世纪电源网社区logo
社区
Datasheet
标题
返回顶部
未解决

困扰了我3年的MOSFET 问题, 请高手拯救

[复制链接]
查看: 20382 |回复: 54
1
msc4456
  • 积分:363
  • |
  • 主题:6
  • |
  • 帖子:133
积分:363
LV4
初级工程师
  • 2015-1-26 09:32:56
10问答币

上图是一个简单的控制电路,右侧由DSP的GPIO控制 U37为PMOS
当DSP IO输出高电平时控制 左边的camera POWER由0变为5V,正常状态下 电路工作没问题,但是产品卖出去大概1年左右,就发现有不良的情况 左侧的camera POWER无法得到正常的供电,仅3V左右。工程师在断电的情况将Q1的3脚(C极)对地放电 即可恢复。
概率为3 pcs /1000套

我目前的理解是,异常状态下 U37( P mos)没有进入饱和区,而是进入了放大区,但导致这个问题的原因是什么呢? 又和Q1 的3脚放电有什么关联? 难道跟静电积累有关系?如何才能从根本上解决这个问题。

另:通过什么样的试验能够复现这种现象,因为断电情况下对Q1 C极放电一次后 现象就很难再次出现了

整理网友的回复: ①将BJT的基极串联电阻改为1K左右 对地电阻改为10K,是的三极管可靠工作在饱和区。
可以理解并采纳
②将C222去掉! C222的存在仅仅是EMC debug使然。C222的存在是否会有其他的负面影响?
需要展开讨论
③对BJT 的C极放电会接触故障,原因是开通时右侧的供电通过5.1K电阻向mos的G极充电
需要展开讨论
④建议串入一个电阻到mos的G极
可以理解并采纳
⑤建议检查DSP的 IO是 OC门 还是push-pull


现象描述补充:
出现的概率 ≈ 3/1000
出现的时间 集中在炎热的夏天
出现的地点 产品:北京周边/ 路试:襄阳
断电情况下 对BJT的C极放电后,产品故障恢复,且不易再复现不良现象,我目前亲自测试的主机有3台通过放电后,均不能再复现现象。


irf7416pbf.pdf
收藏收藏1
绍兴大力
  • 积分:1987
  • |
  • 主题:40
  • |
  • 帖子:372
积分:1987
版主
  • 2015-1-26 10:12:24
 
我说过了这个驱动电路显然是学生派设计的,直觉就是这个电路设计太简单了。
驱动改成推挽驱动。两个三极管,一个N,一个P.MOS管最后还是改成N管道。这样就可以了。
不要分析来分析去了。
btclass
  • 积分:1648
  • |
  • 主题:7
  • |
  • 帖子:423
积分:1648
LV6
高级工程师
  • 2015-1-26 12:01:25
 
不能推挽。DSP是3.3V输出。必须三极管电平转换。
msc4456
  • 积分:363
  • |
  • 主题:6
  • |
  • 帖子:133
积分:363
LV4
初级工程师
  • 2015-1-26 17:57:18
 
这也是我想说的,电平转换是必须的
星宇
  • 积分:18286
  • |
  • 主题:29
  • |
  • 帖子:4753
积分:18286
版主
  • 2015-1-27 01:39:06
 
我也同意1楼的说法至于电平转换可以在推挽电路之前加一级反相器!
THTTH1982
  • 积分:11502
  • |
  • 主题:62
  • |
  • 帖子:4345
积分:11502
版主
  • 2015-1-26 10:13:14
 
R198直接改成1K就好了
msc4456
  • 积分:363
  • |
  • 主题:6
  • |
  • 帖子:133
积分:363
LV4
初级工程师
  • 2015-1-26 10:28:56
 
大师,请不吝赐教,具体原因是为何? 而且关键是断电情况下对Q1的C极放电居然能够恢复
工程随风
  • 积分:778
  • |
  • 主题:17
  • |
  • 帖子:179
积分:778
LV6
高级工程师
  • 2015-1-26 10:43:48
 
为保证Q1进入开关状态,使Q1的G端能够对地放电。使MOS管的G对S形成负压
工程随风
  • 积分:778
  • |
  • 主题:17
  • |
  • 帖子:179
积分:778
LV6
高级工程师
  • 2015-1-26 10:42:15
 
同意“1楼”的观点。
1、MOS管必需换。如果你不是为了处理0.6V以下的电压信号,就必需换成N管MOS。看你这里是需要控制5V电压信号输出,所以换成N管是优选。
2、驱动这块,个人感觉做的不太合理。三极管毕竟是“电流”控制型器件,你这输出直接一个20K的电阻控制,三极管很难说完全进入开关状态。直接结果就是你P管MOS的导通会受影响(不正常工作)。
3、从你说,不良品对Q1的C端放电后,就能正常工作。更加说明你此处U37的MOS管选用不合理。对于P管的MOS,驱动负压时才会导通。如果你Q1不通良好导通,即C端无法接到地,那MOS管的G端就无法相对S端呈低压,MOS管就不会导通。

还望高手指正
神奇的电
  • 积分:419
  • |
  • 主题:16
  • |
  • 帖子:137
积分:419
LV6
高级工程师
  • 2015-1-26 17:18:00
 
楼主 你在5.1K电阻上并联一个102-103的电容再试试,看看会不会反复出现你这种现象,开关的瞬间,7416存储电荷泄放的速度太慢和8050等效输出电容串联有较大的分压引起的 具体的还没想明白 瞎想吧 哈哈
神奇的电
  • 积分:419
  • |
  • 主题:16
  • |
  • 帖子:137
积分:419
LV6
高级工程师
  • 2015-1-26 17:39:33
 

3.3/20k=0.165mA
5/5.1k=0.980mA
放大倍数40-300需要的基极驱动电流:0.0245-0.003。看似0.165mA好像是够了,实际上开启的瞬间5.1K并联GS的电容可以认为阻抗很小,电流远大于5/5.1k=0.980mA,所以0.165mA是不一定够的,但是稳态了,电容上的电荷放完应该就好了,或是说影响启动时间,但不至于就钳位在3V左右,可能是启动过程的乱78糟的不确定性引起的,暂时不分析,你就加大GS电容看看出现的几率有没有加大。现象反复出现就好弄了。
msc4456
  • 积分:363
  • |
  • 主题:6
  • |
  • 帖子:133
积分:363
LV4
初级工程师
  • 2015-1-26 17:55:22
 
我现在想的也是如何去复现这个现象,说句实话,我已经3年没做电源了,现在做汽车电子类的产品,车载产品要求每个失效项目都有最终的失效分析报告。所以按照大神的思路应该如何设计试验来验证呢。
神奇的电
  • 积分:419
  • |
  • 主题:16
  • |
  • 帖子:137
积分:419
LV6
高级工程师
  • 2015-1-26 17:58:53
 
先验证下我的第一步,5.1K并联电容102-103 看几率会加大吗 千分之3 概率不小了
神奇的电
  • 积分:419
  • |
  • 主题:16
  • |
  • 帖子:137
积分:419
LV6
高级工程师
  • 2015-1-26 18:00:41
 
这个问题 2楼已经给你答案了 驱动能力不够
神奇的电
  • 积分:419
  • |
  • 主题:16
  • |
  • 帖子:137
积分:419
LV6
高级工程师
  • 2015-1-26 18:02:42
 
我也是好几年没做电源了 但一直在做模电 小问题往往折磨死人
神奇的电
  • 积分:419
  • |
  • 主题:16
  • |
  • 帖子:137
积分:419
LV6
高级工程师
  • 2015-1-27 15:51:46
 
结果咋样啊 很期待 哥哥都想自己去搭一个试试了 像楼下说的增大20K 故障应该更加频繁 好方法
神奇的电
  • 积分:419
  • |
  • 主题:16
  • |
  • 帖子:137
积分:419
LV6
高级工程师
  • 2015-1-27 15:54:12
 
上面有个式子错误 是3.3-0.7 在除以20K,你的基极电流就更小了
msc4456
  • 积分:363
  • |
  • 主题:6
  • |
  • 帖子:133
积分:363
LV4
初级工程师
  • 2015-1-28 10:44:44
 
因为另一个项目的原因,暂时搁置了复现试验的问题。正在尝试中,想先理清楚思路再做实验
神奇的电
  • 积分:419
  • |
  • 主题:16
  • |
  • 帖子:137
积分:419
LV6
高级工程师
  • 2015-1-28 18:55:09
 
嗯,2.6÷20-0.7÷47=0.115mA流进基级的电流是有点小。
st.you
  • 积分:16779
  • |
  • 主题:8
  • |
  • 帖子:3794
积分:16779
LV10
总工程师
  • 2015-1-26 17:43:42
 
怀疑是那就直接换三极管的驱动电阻好了,20K换成10K。另外看看PCB是不是脏了。
msc4456
  • 积分:363
  • |
  • 主题:6
  • |
  • 帖子:133
积分:363
LV4
初级工程师
  • 2015-1-26 17:56:11
 
实际情况是 无论我换不换,只要对Q1的C极放一次电后 现象就很难再复现。所以关键是如何设计一个验证试验 使得失效方式能够被还原。
st.you
  • 积分:16779
  • |
  • 主题:8
  • |
  • 帖子:3794
积分:16779
LV10
总工程师
  • 2015-1-26 17:57:54
 
驱动电阻增大几倍试试

神奇的电
  • 积分:419
  • |
  • 主题:16
  • |
  • 帖子:137
积分:419
LV6
高级工程师
  • 2015-1-27 15:49:50
 
结果咋样啊 很期待
工程随风
  • 积分:778
  • |
  • 主题:17
  • |
  • 帖子:179
积分:778
LV6
高级工程师
  • 2015-1-27 14:48:03
 
想先确认一个问题:这个5V输出是一上电就会有,还是在特定的情况下才会有。
我个人对你说要对C放电后,问题就解决的理解是:由于MOS管的GS间通过5.1K的电阻连接的。如果Q1不导通的情况下,可以理解为5V的电,通过5.1K的电阻在给Q1的C,也即MOS管的G端充电。当GS间的结电容充满电,而没有放电的话,那你MOS管就无法正常开启了,这也是为何要对C端放一次电就好的原因。个人理解,可以验证。

暂时想到的验证方法是:将5.1K的电阻减小,比如1K,Q1不要导通,看多长时间,MOS管的GS端的电平基本持平。
WANGYUREN
  • 积分:16197
  • |
  • 主题:94
  • |
  • 帖子:7325
积分:16197
LV10
总工程师
  • 2015-1-26 20:59:23
 
R199到C222热端间连线割断串个电阻试试?
linyibinleo
  • 积分:415
  • |
  • 主题:4
  • |
  • 帖子:66
积分:415
LV6
高级工程师
  • 2015-1-26 22:45:44
 
理论上是要D 和S 电平接近,R198一般我们的使用阻值是1K,下拉使用10K
yuyan
  • yuyan
  • 离线
  • LV8
  • 副总工程师
  • 积分:3213
  • |
  • 主题:204
  • |
  • 帖子:818
积分:3213
LV8
副总工程师
  • 2015-1-27 13:52:38
 
R198确实太大了,如果要验证的话,你可以做低温实验,如果是这个问题故障会一定会重现的!
msc4456
  • 积分:363
  • |
  • 主题:6
  • |
  • 帖子:133
积分:363
LV4
初级工程师
  • 2015-1-28 10:42:55
 
为什么是低温,请赐教! 事实上本批产品在13年7月份出货,出现问题的时间段都是在14年夏天
4S店反馈的信息是这样
chwq105
  • 积分:339
  • |
  • 主题:2
  • |
  • 帖子:107
积分:339
LV4
初级工程师
  • 2015-1-30 08:52:31
 
低温时 VBEsat比较大,基极电流因此比较小,所以说低温可能更容易复现问题!
chwq105
  • 积分:339
  • |
  • 主题:2
  • |
  • 帖子:107
积分:339
LV4
初级工程师
  • 2015-1-28 08:58:25
 
楼主,
R198阻值太大了点,减小R198,可以增大基极电流,优化进入饱和导通的一致性
去掉R199,也在一定程度上增大了基极电流
去掉C222,这个电容在IO由低变高时要先被充电,基极电流在此时就小了,不如把C222并联在R198的两端,加速Q1的导通,更合理。
期待你解决问题后在此帖的反馈!!!
msc4456
  • 积分:363
  • |
  • 主题:6
  • |
  • 帖子:133
积分:363
LV4
初级工程师
  • 2015-1-28 10:41:41
 
我先说说 C222的作用:
这个地方之所有有C222 是因为车载BCI(大电流注入试验)会从左侧的对外端口侧有一定的注入,最大值约800mV@10MHZ~20MHZ,由于视频信号的带宽问题,我不得不有所折衷,没有直接将端口的注入全部滤掉,所以这个地方放个电容是因为BJT导通后G极的钳位电压只有0.7V 是很容易受到干扰而导致供电down机的。车身的EMC环境相对来说较复杂。
大师推荐的方法值得一试,但我觉得C222可能还是得加上,另外这个地方对供电得启动时间并不太关注。
chwq105
  • 积分:339
  • |
  • 主题:2
  • |
  • 帖子:107
积分:339
LV4
初级工程师
  • 2015-1-28 14:13:01
 
大师不敢当,熟练工而已。
如果可以改电路结构的话,我建议这样试试:
C222拿掉,在MOS管和三极管之间做一个RC缓启电路,目的是让MOS管缓慢导通,时间参数你根据实际情况确定,使之既能满足供电的启动时间,又不受车身EMI干扰。
cdzx11
  • 积分:10107
  • |
  • 主题:37
  • |
  • 帖子:3956
积分:10107
LV10
总工程师
  • 2015-1-28 21:55:02
 
有视频信号,那么得考虑晶体管的PN结是否会感应到视频信号,变成一个检波电路,产生额外的电压。
总之,还是应该尽量降低驱动阻抗。


C22和晶体管的发射结是否会形成一个检波电路?如果是,结果如何呢?
cdzx11
  • 积分:10107
  • |
  • 主题:37
  • |
  • 帖子:3956
积分:10107
LV10
总工程师
  • 2015-1-28 12:23:00
 
这个故障看起来很神奇的样子,最大的可能就是Q1的驱动过于临界。
我发现很多人都指出R198过大,显然这是对的。另外,如果对关断速度要求不高,R200可以再大一些,效果也是一样的。
不知道DSP的驱动管脚是什么特性的,如果是带上拉的OC输出端,甚至可以考虑直接短路R198;否则,R198也可以尽量小一些,比如3k……
zhaohua2764
  • 积分:11183
  • |
  • 主题:40
  • |
  • 帖子:3774
积分:11183
LV10
总工程师
  • 2015-1-28 19:00:20
 
神奇的东西,了解了,也就不神奇了,说到底是设计不严谨。同意楼上的观点。
cuncaosheng
  • 积分:1918
  • |
  • 主题:22
  • |
  • 帖子:530
积分:1918
LV6
高级工程师
  • 2015-1-29 13:13:11
 
楼主 千分之三的不良率 按理说不错了
sym21ic
  • 积分:240
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:25
积分:240
LV3
助理工程师
  • 2015-1-29 13:59:53
 
R200=10K R198=5.1K
qq690625509
  • 积分:115
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:4
积分:115
LV2
本网技师
  • 2015-1-29 17:30:46
 
我也碰到跟楼主差不多的情况,就是MOS边上的一个电容引起的只是地方不同,什么原因造成的我也不是很清楚求,只知道把C20电容下掉就好了。换新的上去就没有那种情况了。也是千分之3的不良。。。很是头痛。。。求解
boy59
  • boy59
  • 离线
  • LV10
  • 总工程师
  • 积分:16430
  • |
  • 主题:118
  • |
  • 帖子:2779
积分:16430
LV10
总工程师
  • 2015-1-29 17:41:51
 
是否跟布线有关?从VCC到源级S间的导线电阻稍微大了点。
在MOS管开启的瞬间导线电阻和MOS管内阻分压拉低了S端的电压使MOS管进入线性区,这时可能有三种情况:
1 电路正反馈最终MOS管彻底导通
2 电路负反馈最终MOS管无法导通
3 在某一电压下达到稳态
因为MOS管中有个体二极管管,对源级S放电也相当于对接在D端的电容C192放电,让电容C192残存一点电压是否能让现象重现?
蓝图
  • 蓝图
  • 离线
  • LV8
  • 副总工程师
  • 积分:3542
  • |
  • 主题:11
  • |
  • 帖子:388
积分:3542
LV8
副总工程师
  • 2015-1-29 18:28:43
 
楼主 有没有分析干扰因素;Layout 图发出来看看。
deep_thought
  • 积分:6846
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:1128
积分:6846
LV8
副总工程师
  • 2015-1-30 14:55:49
 
遇到过类似的现象,三极管不正常工作了,然后用电烙铁烫一下引脚,或者用万用表量它的某个结,然后三极管功能恢复了。


原因就是元件品质问题,内部结有微微接触不良。遇到高低温就表现出来了。
pukeff
  • pukeff
  • 离线
  • LV6
  • 高级工程师
  • 积分:816
  • |
  • 主题:19
  • |
  • 帖子:204
积分:816
LV6
高级工程师
  • 2015-1-30 15:34:00
 
把那个三极管换个同封装的mos管就搞定了
btclass
  • 积分:1648
  • |
  • 主题:7
  • |
  • 帖子:423
积分:1648
LV6
高级工程师
  • 2015-1-30 23:24:30
 
一定是PCB受潮。导致MOS的SG之间有微小电阻。
设计是不合理的,三极管处于不饱和开关状态.
负载探头内部有大电解,负载大电解电能会通过受潮放电途径流向MOS G极。跟上拉5.1K综合导致三极管更加不能进入饱和区,MOS导通减弱,对负载电解充电减少,泄漏电流也减少,于是G极电平下降--->MOS导通加强-->对负载电解充电加强-->泄漏电流增加-->MOS导通减少。。。。。周而复始,形成闭环相对稳定状态。
如此一来,MOS , 三极管都处于闭环的线性导通模式下。让负载电压处于3V这种相对稳定的状态。
如果三极管C极对地短路下,会泡坏这种闭环相对稳定状态。因为单单看三极管驱动部分,是一种不稳定的非饱和导通模式。
整改:起码得让三极管驱动电流大于1MA吧?复杂点,把PCB泡一泡三防漆。你们做这种产品,一定是吃行业饭的,赚的天价,搞认真点,还不是毛毛雨?

btclass
  • 积分:1648
  • |
  • 主题:7
  • |
  • 帖子:423
积分:1648
LV6
高级工程师
  • 2015-1-30 23:42:39
 
哥刚才又想了想。或者PCB不一定受潮。
如果MOS处于线性导通(由于三极管驱动设计及其狗屎),那么MOS会有较大功耗,发热。MOS一发热,会导致其工作区变化(尤其是在线性区部分,对于增强型MOS来说,会很敏感),从而引起发热--》导通程度 某种负反馈相对稳定状态,导致输出为3V的状况。
msc4456
  • 积分:363
  • |
  • 主题:6
  • |
  • 帖子:133
积分:363
LV4
初级工程师
  • 2015-2-2 09:19:02
 
楼上大师, 导致MOS的SG之间有微小电阻。 这里是SG之间,还是 DG之间,我使用的是P MOS , D极输出。 我理解的是您说的是 DG之间的微小电阻让MOS无法开通
anlikon
  • 积分:768
  • |
  • 主题:2
  • |
  • 帖子:296
积分:768
LV6
高级工程师
  • 2015-2-27 08:59:24
  • 倒数4
 
jimsboy
  • 积分:113
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:3
积分:113
LV2
本网技师
  • 2015-2-4 15:57:26
  • 倒数10
 
先弄清楚,是导不通还是关不断.
可能是想关的时候,结果没能彻底关断.后面就一直卡在那里了.
也可能是开的时候,没能打开.
我感觉这时某个原因引起了器件受伤.而不是简单的无法控制.
farmer
  • farmer
  • 离线
  • LV6
  • 高级工程师
  • 积分:1211
  • |
  • 主题:3
  • |
  • 帖子:207
积分:1211
LV6
高级工程师
  • 2015-2-7 17:18:04
  • 倒数9
 
为什么不看下三极管Q1的Vbe呢?
碰到过不少三极管Vbe导通压降老化后上升的,此时三极管性能已经下降.导致三极管导通时VCE饱和压降上升.提供给IRF7146的反向偏压变低.
另外IRF7146 MOSFET的启动门限为4.5V,在此处应用偏高了点.
dengyuan
  • 积分:223
  • |
  • 主题:0
  • |
  • 帖子:2
积分:223
LV3
助理工程师
  • 2015-2-8 10:53:50
  • 倒数8
 
通常用法是MOS的D-S,G-S各加一个104的电容,R200 5.1K的电阻反并联一个5819的肖特基。让G-S慢速开通,快速关断。
Derena
  • 积分:104
  • |
  • 主题:0
  • |
  • 帖子:2
积分:104
LV2
本网技师
  • 2015-2-9 10:15:14
  • 倒数7
 
只有一种可能性,R200的5.1K电阻不良或开路,MOSFET的G极电压无法完全释放,使MOSFET处于不稳定的临界导通状态,换掉该电阻即可。
Derena
  • 积分:104
  • |
  • 主题:0
  • |
  • 帖子:2
积分:104
LV2
本网技师
  • 2015-2-26 11:54:54
  • 倒数5
 
将R200改为两个10K电阻并联,可将这种不良率降低到十万分之一左右。
frank123
  • 积分:335
  • |
  • 主题:7
  • |
  • 帖子:25
积分:335
LV4
初级工程师
  • 2015-2-25 21:00:16
  • 倒数6
 
楼主,麻烦你测一下当出现故障时,Q1的集电极(端口3)和基级(端口1)的电压分别是多少?
anlikon
  • 积分:768
  • |
  • 主题:2
  • |
  • 帖子:296
积分:768
LV6
高级工程师
  • 2015-2-27 09:53:17
  • 倒数3
 
细细想来,应该是PCB受潮,泄漏电阻所致。断电后因电容还存有电量,短路Q1的C脚,短暂的大电流经泄漏电阻,,发热使潮汽挥发,所以电路正常了,故障无法再現!!
这个受潮所致的,在DG间的泄漏电阻,正好就能产生楼主所描述的输出3V的奇怪现象。
Q1导通,Vg被拉低,MOS导通,Vds逐渐升高,泄漏电阻Rdg上的电流会逐渐增大,最后导致Q1退出饱和,Vgs减小,U37进入线性区,达到一种稳态,这就是输出3V而不是5V的原因。
问题分析至此,下面就请楼主试验确认了。。
windh
  • windh
  • 离线
  • LV8
  • 副总工程师
  • 积分:2677
  • |
  • 主题:24
  • |
  • 帖子:1190
积分:2677
LV8
副总工程师
  • 2015-2-27 13:01:07
  • 倒数2
 
PMOS这边没有问题。


谢谢大家!


如果三极管的集电极电流为1mA,那么基极电流应该为0.1mA以上,才能可靠饱和。


20k看来没有问题。


几个A的输出电流对于这个PMOS来说都不是问题。


其实大可不必困扰了3年。


你有30分钟,测量一下电路,就都知道了。


再次感谢大家·



windh
  • windh
  • 离线
  • LV8
  • 副总工程师
  • 积分:2677
  • |
  • 主题:24
  • |
  • 帖子:1190
积分:2677
LV8
副总工程师
最新回复
  • 2015-2-27 14:06:51
  • 倒数1
 
输出的3V很可能是振荡。


没有必要用电感。


负载电阻如果太大,这个LCR电路,上电的时候就会振荡。


用万用表量出来的电压可能就是3V。


谢谢大家!
热门技术、经典电源设计资源推荐

世纪电源网总部

地 址:天津市南开区黄河道大通大厦8层

电 话:400-022-5587

传 真:(022)27690960

邮 编:300110

E-mail:21dy#21dianyuan.com(#换成@)

世纪电源网分部

广 东:(0755)82437996 /(138 2356 2357)

北 京:(010)69525295 /(15901552591)

上 海:(021)24200688 /(13585599008)

香 港:HK(852)92121212

China(86)15220029145

网站简介 | 网站帮助 | 意见反馈 | 联系我们 | 广告服务 | 法律声明 | 友情链接 | 清除Cookie | 小黑屋 | 不良信息举报 | 网站举报

Copyright 2008-2024 21dianyuan.com All Rights Reserved    备案许可证号为:津ICP备10002348号-2   津公网安备 12010402000296号