关于隔离电源断电瞬间MOSFET损坏问题分析

1:故障现象

设备进行POWER ON/OFF实验时，设备发生故障，电源2电路无法启动。

2现象剖析

因电源电路时效，用万用表测量发现输入24V电源正常，输出9V电源异常，故判定为24V转9V隔离电源环路出现问题，部分原理图如下。

 进一步分析故障发现开关电源芯片8号脚OUT损坏且MOSFET损坏。

3原因分析

因MOSFET及开关电源损坏，故使用示波器测试相关管脚波形，发现在断电时候VDS会产生一个尖峰电压，波形如下。

     

 一号表棒为开关芯片FB信号，二号为VDS，三号为24V。

根据上述现象推测MOS管损坏是因为断电瞬间VDS大于MOSFET可承受电压，导致MOSFET击穿。开关电源8号脚损坏是因为MOSFET损坏后大电压到达MOSFET栅极（G），从而导致开关芯片损坏。

4现象复现

在反复上电过程中，发现上电过程中并未发现电路损坏，在多次断电后，电路损坏，从而支撑上述推测。

5问题深入分析

在断电过程中输出电压会随着输入的跌落而下降，因此时系统仍有大电容存储的电量，则反馈回路正常工作，因开关芯片为PWM型，在输出电压跌落过程中，OUT管脚占空比会变大，则MOSFET导通时间会变长，这样通过变压器的电流就会变大，因变压器特性，在MOSFET关断的时候DRC这个工作，从而在VDS上产生尖峰电压。

 6问题整改

方案1：

因断电过程中的尖峰电压来自于电源模块的输出电容与自身的输入电容，故可以减少电源模块输出电容与自身的输入电容，整改后波形如下。

方案2：

问题分析时发现是因为开关电源占空比太大导致的高电压，则我们对开关电源芯片的占空比进行限制，把虚装部分贴装上或者在五号DTC角并联一个71K电阻到地，得到一下波形。

 

方案3：

因变压器产生大电流才导致的大电压，那么在主回路上增加限流电阻，也可以达到增改目的，波形如下。

 

方案4：也可以调整DRC吸收环路来解决这个问题。

方案5：也可以在MOSFET的DS端使用TVS进行钳位。

以上方案经综合评估选择方案2

方案2中将DTC脚并联70KΩ电阻改动较少成本相对较低，且从源头控制问题，对于EMC等后续测试也有一定支持。

复测POWER ON/OFF未发生问题，问题解决。

7问题反思：

1：在设计电路时，对于外部接入电源未做浪涌电流及电压保护，会导致设备在使用不同电源时有差异，从而提高了产品的损坏风险。

2：降本时在删减成熟电路时要慎重，要考虑全面，多角度多维度多种应用场景都要考虑，更改后也要进行反复的大量的验证，已达到降本不降质量的目标。