Buck Converter muere impredeciblemente al conectar la energía

Hice una PCB para un controlador de solenoide basado en ESP32 que funciona con un conector de 24 V CC. Estoy usando un convertidor reductor AP63205 para reducir esa entrada a 5 V CC y luego un LDO lineal de 3V3 para alimentar el ESP32. He ensamblado múltiples PCB idénticas y todas deben recibir alimentación de 24 V CC.

La clasificación de voltaje del convertidor Buck es de hasta 32 VCC, y todos los componentes alrededor del convertidor tienen una clasificación de al menos 32V. Cuando conecto 12V en el DC Jack, todo funciona y el LED de encendido que tengo a bordo se enciende.

Sin embargo, cuando conecto 24 V, a veces las placas funcionan normalmente, pero a veces el IC del convertidor reductor se quemará solo (solo con este enchufe inicial del conector de CC), cortocircuitando 5 V a GND (se verificó que el IC está dañado al quitarlo, y desaparece el corto de 5V a GND en PCB). Cuando esto sucede, el LED de encendido se apaga.

Si enciendo la PCB con una fuente de alimentación de CC a partir de 12 V y aumentando lentamente el voltaje a 24 V, la placa siempre funciona como se esperaba sin freírse. Sospecho que el problema está relacionado con la conexión del conector de CC de 24 V, pero no estoy seguro de qué podría estar causando las muertes inconsistentes.

Incluso cuando el Buck IC muere, el 3V3 LDO aún funciona y el USB alimenta la placa correctamente.

El esquema de mi convertidor de dinero está a continuación:

Esquema del convertidor reductor

EDITAR: Los componentes que usé de DigiKey:

La fuente de alimentación de 24 V CC que estoy usando es la siguiente:Fuente de alimentación de 24 VCC

¿Es posible que el inductor no se esté alimentando correctamente con el enchufe inicial de alimentación, lo que provoca una EMF trasera grande que fríe el IC? ¿Hay alguna protección contra esto?

Me di cuenta al enchufar el conector de 24 V CC en otros dispositivos que a veces hay una pequeña chispa. No estoy seguro de si es un problema con el conector de 24 V o si es común, pero es muy probable que sea el culpable. Todavía me gustaría protegerme contra esto.

Use un diodo TVS en la entrada que pueda soportar 24 V pero que se sujete antes del voltaje de entrada máximo de 32 V. Utilice un fusible antes del TVS para que, en caso de avería, se funda el fusible antes que el TVS.
¿Puede editar para incluir los números de pieza reales de: el condensador de entrada (C7), los condensadores de salida (C8, C9) y el inductor (L1). Consulte la página 13 de la hoja de datos de AP36205. El capacitor de entrada debe cumplir con la clasificación de corriente de irrupción (corriente RMS); El condensador de salida debe tener una ESR baja; El inductor debe tener suficiente almacenamiento de energía LI^2 (corriente de saturación). Cada uno de estos capacitores/inductores tendrá su propia hoja de datos. Supongo que también siguió el diseño de PCB sugerido en la página 15.
ti.com/lit/an/slva670a/slva670a.pdf Ideas para limitar la corriente de irrupción a través de un interruptor de carga o una solución discreta
MarkU He agregado los enlaces de los componentes. Usé solo componentes que tenía por ahí de una BOM antigua, así que reemplacé el capacitor de entrada con uno de 4.7uF. No pensé que eso marcaría la diferencia, pero ¿quizás usar los 10uF nominales reales reduciría esta corriente de entrada?
¡Me pasó exactamente lo mismo con mi proyecto! Hice un controlador LED RGB de 24 V basado en ESP-32. El diseño de la fuente de alimentación que utilicé para alimentar el ESP32 era básicamente el mismo que su diseño. La única diferencia fue el tipo de convertidor IC utilizado (EUP3458, micro-bridge.com/data/Eutech/EUP3458.pdf ) que tiene una potencia nominal de 30 V, y el hecho de que literalmente TODO estaba frito excepto los MOSFET (para controlar los LED) . Actualmente estoy rediseñando la placa para usar un IC buck ic (LM22675MRX-5.0) de mayor voltaje nominal, junto con un polifusible y un diodo TVS. Espero que eso resuelva los problemas...

Respuestas (3)

Esto se debe a la corriente de entrada. ¡Tener una buena idea de lo que realmente está tratando con una simulación siempre es una buena ayuda! (Vale la pena investigar LTspice)

ingrese la descripción de la imagen aquí

Como puede ver en la simulación, el capacitor toma (aproximadamente...) 20 A de pico a 24 V. Para limitar una alta tasa de cambio en la corriente, se puede usar un inductor. Pero esto inducirá oscilaciones de voltaje en la entrada. Esto no es completamente evitable, pero debe tratar de amortiguarlos tanto como sea posible.

La simulación que hice NO es una solución completa. Deberías jugar con él para ver qué funciona. Un diodo TVS podría ayudarlo, pero un filtro de entrada adecuado debería poder solucionar el problema.

(También en la página 10 de la hoja de datos, se menciona un circuito de arranque suave con el pin EN (capaz) que aliviará más las cosas).

(No estoy muy familiarizado con la corriente de entrada, lo estoy leyendo) ¿la corriente de entrada no dañaría el capacitor de entrada y no el IC reductor? Probé los capacitores de entrada y son completamente funcionales, solo el IC está frito.
Sí estoy de acuerdo. Pero los circuitos integrados del regulador son cosas complejas y podría deberse a oscilaciones de control de modo de conmutación. Su suministro de entrada está limitado a ~ 1.5A (probablemente más alto en el pico) pero esto también hará que el suministro se corte. 2 algoritmos de control que luchan entre sí es algo que se debe evitar. Humedezca los flancos actuales (di/dt) y todo podría "arreglarse solo".

Supongo que un aumento de voltaje en el encendido es la causa más probable pero no segura.
Una pequeña resistencia de entrada en serie seguida de un zener de 27 V, por ejemplo, recortaría los picos de arranque. Agregar un capacitor a través del zener reduciría la disipación del zener.
Dimensione la resistencia en serie para que caiga lo menos posible y tanto como sea necesario bajo la corriente de carga máxima, tal vez una caída de voltios o 2.

¿Qué pasaría si sus cables de alimentación de 24 V CC tuvieran una inductancia significativa que provocara un pico de voltaje de casi 48 V al encenderse cuando C7 tiene cero voltios iniciales? Esta es la razón por la que se aceptaba la práctica de la vieja escuela de usar piezas de 60 voltios para lograr una buena confiabilidad. Ahora que se ha comprometido con el chip de 32 voltios, debe abordar los voltios pico en C7 por cualquier medio.

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