5V LDO explodiert nur beim Testen der Stromaufnahme

Question

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Ich habe eine Schaltung, um eine 5-Volt-Logik von einer + 24VDC-Quelle zu versorgen.Es verfügt über einen grundlegenden Verpolungsschutz und verwendet einen TI 5VDC LDO. Während des normalen Betriebs funktioniert alles hervorragend, wenn ich mein FLUKE-Multimeter im Verstärkermodus verwende, um die Stromaufnahme wie folgt zu testen:

Das LDO explodiert sofort.Rauch, Funken, ein helles Licht, alles. Weiß jemand, was los ist?

Danke

Answer 1

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Ich denke, die Leute werden vom PMOS abgelenkt, aber der wahre Grund ist eine Spannungsspitze beim Anschließen der 24 V, da die Induktivität der Verkabelung beim Anschließen des Multimeters noch höher ist und die maximale Spannung des LDO bei weitem überschreitet . Ich gehe davon aus, dass Sie einen Keramikkondensator am LDO-Eingang verwenden. Dies ist ein Grund, warum dieses Problem möglicherweise zum ersten Mal auftritt - mit einer Elektrolytkappe würde dies nicht passieren, wie ich erläutern werde.

Vergessen Sie vorerst den Transistor und modellieren Sie die Schaltung wie folgt mit einer Quelle, die einen gewissen Widerstand und eine gewisse Induktivität in der Verkabelung aufweist (R1, L1). Modellieren Sie den Kondensator auch mit einem sehr niedrigen ESR (R2):

^{simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>}

Wenn Sie dies simulieren, klingelt die RLC-Schaltung und erreicht beim Einschalten der 24 V einen Spitzenwert von ca. 42 V:

Versuchen Sie nun dasselbe, nachdem Sie R2 von 10 mΩ (was ein typischer ESR für einen mehrschichtigen Keramikkondensator sein könnte) zu 1 Ω (was ein typischer ESR für einen Elektrolytkondensator sein könnte) geändert haben und der Peak viel niedriger sein wird. ungefähr 27 V:

Der zusätzliche Widerstand in Reihe mit der Kappe dämpft die Schwingung erheblich und hält die Eingangsspannung gut im Bereich des LDO. Yay! Die einfache Lösung besteht darin, add einen zusätzlichen 1 Ω-Widerstand zwischen Ihrem 1 uF-Kondensator und GND hinzuzufügen, um den niedrigen ESR der Kappe zu berücksichtigen.

Mit einem Oszilloskop sollten Sie dieses Verhalten in der realen Schaltung ziemlich einfach beobachten können. Entfernen Sie das LDO (um ein Aufblasen zu vermeiden) und beobachten Sie die Spannung am Kondensator, wenn Sie die 24 V zum ersten Mal anschließen. Sie können den Wert des hinzugefügten Widerstands nach Bedarf anpassen, um sicherzustellen, dass die Spitze niemals die LDO-Grenze überschreitet.

Alternativ wird das Klingeln unabhängig von den parasitären Werten niemals die doppelte Eingangsspannung überschreiten, sodass Sie zu einem LDO mit einer Eingangsgrenze von> 48 V wechseln können und immer sicher sind.

Answer 2

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Ich stimme VillageTech bei der Belastung des PMOS zu. Es hat eine kapazitive Last in der Source und eine induktive Last im Drain (Ihre Mutlimeter-Drähte), fügt ein bisschen parasitäre induktive / kapazitive Kopplung hinzu und Sie erhalten einen Colpitts-Oszillator.

Da Ihre Versorgung jedoch 24 V beträgt und Sie ein LDO verwenden, um 5 V bei 80 mA zu erzeugen, frage ich mich, warum Sie ein PMOS verwenden müssen, um eine quasi ideale Low-Dropout-Diode herzustellen ...

Wenn Sie Ihren Verpolungsschutz mit einer dummen alten Diode implementieren, die 0,6 V abfällt, hat der LDO immer noch 18,4 V Headroom anstelle von 19 V!

Also würde ich sagen, einfach das PMOS loswerden und durch eine Diode ersetzen.

Wenn das PMOS einen Verpolungsschutz für andere Elemente auf der 24-V-Schiene bietet, die Sie in Ihrer Frage nicht erwähnt haben, entfernen Sie das PMOS natürlich nicht, sondern fügen Sie stattdessen eine Kappe am 24-VDC-Eingang hinzu. Vorzugsweise ein Elektrolyt mit etwas ESR, wie eine 10-100µF-Allzweckkappe, um Transienten oder Resonanzen aufgrund der Kabelinduktivität und Kappen mit niedrigem ESR in der Stromversorgung zu dämpfen. Eine Keramikkappe mit niedrigem ESR kann aufgrund dessen ein Klingeln erzeugen.

Answer 3

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Ich bin misstrauisch, dass Sie möglicherweise nicht genügend Kapazität am Ausgang des LDO haben. Persönlich halte ich es für unwahrscheinlich, dass der MOSFET daran beteiligt ist. Die Körperdiode schränkt das Unheil, das sie anrichten kann, stark ein.

Wenn der LDO am Rand der Instabilität schwebt, kann eine kleine Änderung am Eingang ihn über den Rand schieben. Wenn Sie einen sehr kleinen (physikalischen) Kondensator verwenden, kann die Kapazität unter Vorspannung much geringer sein als selbst die von Ihnen angegebenen nominalen 1,5 uF. Und Sie liegen trotz des Nennwerts unter dem empfohlenen Minimum 2,2 uF.

Aber das ist vielleicht nicht die Hauptsache. Betrachten Sie die massive Verlustleistung für ein so kleines Gerät, wie Andy betont. Wenn ich den Suffix-Code richtig gelesen habe, haben Sie ein SOT-23-5-Gerät mit einem Datenblatt (möglicherweise optimistisch, abhängig vom Fußabdruck) von Wärmewiderstand zwischen Verbindung und Umgebung von 212 ° C / W, was bedeutet, dass die Verbindung bei Raumtemperatur ist Richtung 350 ° C. Viel zu hoch für einen Siliziumchip. Jetzt soll es unter thermischer Überlastung (bei einer sehr hohen Düsentemperatur) ordnungsgemäß abgeschaltet werden, aber das ist keine gute Sache, um es zu provozieren, und bei einer so hohen Eingangsspannung kann es infolgedessen sterben.

Answer 4

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Es scheint, dass Ihre PMOS-Schutzschaltung zu schwingen beginnt, weil der Stromquelle lange Drähte (Induktivität) in Reihe geschaltet werden.Versuchen Sie, einen Kondensator von 0,1 uF zwischen dem Drain des PMOS (Pin 3) und Masse hinzuzufügen.

Answer 5

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Der 50-V-Eingangskondensator überlebt eine Spitze über 30 V, was für den Regler fatal ist.

Beim Einschalten kann es zu einer Überspannungsspitze kommen.

Es ist möglich, dass beim Einschalten eine im Amperemeter vorhandene Induktivität versucht, den stabilisierenden Einschaltstrom zu überschreiten, wodurch die Spannung über die Leistungsfähigkeit des Reglers hinaus erhöht wird. Sobald der Einschaltstrom auf einen stabilen Wert zurückfällt, erhöht das Amperemeter die Spannung und wirkt effektiv als Booster. Es hat wenig Energie, aber genug Spannung über 30 V, um den Regler zu braten, während die Eingangskappe bis zu 50 V geschützt ist, was anscheinend nie erreicht wird.

Manchmal sind die industriellen 24-VDC-Netzteile auf 28 oder sogar 32 VDC einstellbar. Stellen Sie sicher, dass Ihre auf 24 VDC eingestellt ist.

Die Eingangskappe (50 V) muss beim Ausschalten entladen werden. Wenn Sie die Last getrennt und dann zum Einsetzen des Amperemeter abgeschaltet haben, haben Sie den Kondensator aufgeladen gehalten und können daher im Falle eines Auftretens eine Spitze tragen.

Dies ist keine einfache Fehlerbehebung. Der Startpunkt sollte die 24-VDC-Versorgung sein, also nahe an der vom Regler unterstützten maximalen 30-V-Spannung.