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【原创:技术经验分享】GaN氮化镓电源研发到量产的一些案例

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z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-3 11:32:20
     在世纪电源网这个平台在电源的道路上成长了很多,感谢那些无私奉献的朋友,借此机会每周发1-3条案例分享,给有需要的朋友提供一个参考,避免走弯路,提升自己的经验积累,如有不对的地方还请大家帮忙指出不足,谢谢!

1、一款氮化镓电源第一次试产时有几率上电炸机
直接上关键波形,初级氮化镓的VDS+同步整流的VDS和VGS

图片1.jpg
经过抓取高压通电瞬间波形,MOS栅极电压有2.16V,已达到低开mos最低开启电压,分析是共通造成炸机

微信截图_20221003110641.png
同步芯片:M*6*08A  

初步分析造成开机瞬间同步MOS栅极电压有2.16V的原因有三个,第一是PCB布局的耦合感应,第二是MOS寄生电容引起,第三个是同步芯片的设计。

这款产品因过了认证,PCB又不能动,只能换不同结电容的MOS来测试了,当下回到办公桌位置在抽屉里翻到一袋过期的面包顺便找了一个MOS,查了下对应的规格书,参数刚好满足,于是贴上去抓了一下波形:
图片2.jpg

经过反复开关机包括输出短路,抓取高压通电瞬间波形,同步MOS栅极电压0.9V,已达到低开mos最低开启电压0.9V,在安全范围内,所以变更使用了这个型号的MOS。
经过测试辐射和温升没有影响,再次试产验证后,已经没有发现炸机现象,目前该产品已经批量生产2年多没有出现问题。




z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-4 11:20:37
 
二、45W氮化镓电源在量产过程中有个别同步MOS损坏
前端氮化镓是好的,单独损坏同步MOS,示波器查看同步的Vds Vgs波形分析是PCB Layout问题,测试波形找不到了,如下图PCB布局

图片1.png 图片2.png 图片3.png 图片4.png
图片顺序为顶层、底层、中间一层、中间二层,问题出现在同步芯片VSS脚(芯片2脚)未靠近MOS源极,它是直接连到了靠近输出电容的GND端。


查询规格书有如下走线注意事项第一点:

微信截图_20221004110438.png
VD和VSS检测信号线要尽量接到MOSFET的漏、源引脚


修改优化走线后的PCB:

图片5.png 图片6.png 图片7.png 图片8.png
图片顺序为顶层、底层、中间一层、中间二层,按此优化走线后未发现损坏同步MOS的现象
蒲文龙
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本网技师
  • 2022-10-4 12:52:04
 
我靠,IC躺在功率环上面,mos源级相当于一个寄生电感了,而且被功率环骚扰 ,把mos顺时针90度摆放,IC放mos上面去,电解电容往Mos靠一点看看效果
z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-6 18:55:51
 
这样转个方向确实顺很多,芯片就可以放置在功率环外面,当时没想到
z443233785
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LV8
副总工程师
  • 2022-10-7 20:44:23
 
3、客户投诉插脚会电到人(很多工程师会忽视这个细节,包括认证机构)。
这款产品过了相关认证的,输入X电容为0.068uF,没有放泄放电阻,当时实测泄放电压也很低,并且也小于0.1uF,也没怎么关注这个。

*当然测试X电容的泄放压电压不能直接关闭接仪器的ON/OFF开关,因当外接开关。



tek0007.png 2022-10-07_203337.png
上图是使用10M探头测试的残留电压波形,在1S后,残留电压也已降到37%以下


后面找到的原因是由于示波器的探头阻抗原因导致,安规虽然不管小于0.1uF电容的残留电压,

2022-10-06_152016.png

但是在实际测试中按上图使用100M阻抗的探头能抓到1秒后还有288V的残留电压,这个电压足以电到人了


tek0008.png 2022-10-07_203418.png

上图是使用66.7M探头测试的残留电压波形,因为手上没有100M阻抗的探头,1S后,残留电压没有降到37%以下。
后面在X电容上面增加了两阻泄放电阻后问题解决。

XIAOTU80
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  • 2022-10-10 09:01:43
 
学习一下,上次来一个代理商说是GaN氮化镓量产都能正常的不容易
z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-10 20:58:18
 
三年前是的,不过现在技术都比较成熟了,基本上没有什么问题
XIAOTU80
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  • 2022-10-10 11:11:37
 
MOS寄生电容不同,结果导致现象不一样,跟米勒效应串扰到VGS引起的误导通有关吧
z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-10 20:56:13
 
是的,主要还是误导通造成
z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-10 20:52:42
 
4、PD电源测试辐射时,诱骗器测试时间长了后,在包络线上叠加的尖峰为诱骗器产生的干扰
2022-10-10_203704.png
更换诱骗器后就没有尖峰了:
2022-10-10_203738.png




鸡腿
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副总工程师
  • 2022-10-11 15:40:38
 
发现的时候可把你高兴了是吧;我有一次更气人的,它们测试台下面有一根空的网线没有塞进铁盖子,大家都不在意,花了1个小时整改辐射,后来实在没招了,把网线塞进去试试,辐射余量达到10;

z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-13 19:35:42
 
这个到时没留意,倒是碰到过同一台机子同负载,去两次每次测试结果相差3dB
XIAOTU80
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  • 2022-11-9 09:04:10
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诱骗器是干嘛用的
z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-13 19:44:55
 
5、交流太靠近变压器造成的传导干扰

这个传导怎么整都整不下来,X电容加大没有用,共模电感加大也没用,Y电压已经调到接近0V状态了,项目催的急,苦恼的我一个星期没睡好觉,变压器绕了不下50个,后面跟其它工程师朋友交流探讨,发现是共模电感太靠近变压器了,造成的150-500K 余量不足

2022-10-13_193802.png
把共模电感卧着放,一下子下来一大截,连X电容都可以用小一号了
2022-10-13_193857.png


由此可见,论经验积累的重要性。

蒲文龙
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本网技师
  • 2022-10-13 23:38:51
 
效果这么好,学习了
鸡腿
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副总工程师
  • 2022-10-14 09:25:21
 
能有这么大差别?这就离大谱了;
那辐射有没有影响?
z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-14 20:57:01
 
不影响辐射效果,传导比较难整改的地方就是500K-1M的位置
赵日天
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副总工程师
  • 2022-10-15 18:15:59
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深有体会,500K 600K改来改去纹丝不动
XIAOTU80
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  • 2022-11-9 09:03:23
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赞一个 经验啊
z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-19 19:05:32
  • 倒数9
 
6、再来一组传导整改案例,RCD电路太靠近交流造成的传导干扰
800K的位置顶线,怎么整改都整不动,验证了N多种变压器绕法,纹丝不动的。此时引刻,一首凉凉送给自己.....
2022-10-21_203902.png

最后调整了RCD的位置,变压器参数不变,直接被压下来很多
2022-10-21_204011.png

可以看出,论画板的重要性,画板不努力调机徒伤悲
z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-21 20:45:09
  • 倒数8
 
7、低压90V20V1.5A满载老化,开关波形异常在老化一会3分钟的样子,表现为输入功率升高2W左右,高压输入又没有问题,测量开关波形如下
图片1.png
怀疑是同步的问题,把同步拆了直接上肖特基,问题消失。不过同步整流是某科的,全集成在里面了,调不了参数,后面只能加重吸收才把这个问题解决
之前吸收是10R+470p要改成10R+1nF
赵日天
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副总工程师
  • 2022-10-24 10:39:23
  • 倒数7
 
有没有问问某科这个是什么原因?这个问题比较隐蔽
z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-29 19:42:50
  • 倒数5
 
说是要加重吸收,应该是振铃误开通,后面也不了了知了
hongjun_chen
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助理工程师
  • 2022-10-24 13:51:21
  • 倒数6
 
这应是大小波现像吧,吸收能造成大小波
z443233785
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副总工程师
  • 2022-10-29 19:43:38
  • 倒数4
 
八成是斜率检测的问题
Vegard137017878
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副总工程师
  • 2022-10-31 14:54:23
  • 倒数3
 
有一些小问题往往没注意总是搞到焦头烂额,细节决定成败啊。不过话说回来,团队能有个人审核讨论下还是更容易发现这些问题了,一个人赶项目工作多很容易就出现小纰漏。
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