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【感恩TI】BQ24610出现芯片发热的现象

Other Parts Discussed in Thread: BQ24160, BQ24610, BQ24617, BQ24600, BQ24610EVM

         楼主使用BQ24160设计了一款充电器,但是在使用的过程中出现了芯片严重发热的现象,对于其原因很是不解,发帖求助,楼主的主要问题是:其余功能,限流,调整电压,都可以实现,但芯片随充电电流越大发热越严重,已经烧坏了好几片了。上下MOS管栅极波形也看了,是正常的。但芯片空载时vcc输入电流达到25mA,充电电流0.7A时VCC上有50mA的电流,随之快速升温直至烧坏或保护。原理图检查没有什么问题,器件也检查过了。有人遇到过这种情况吗?

帖子链接:www.deyisupport.com/.../23071.aspx

         楼主的测试波形如下图所示,原理图:


          TI FAE:解答了楼主的问题,指出了设计中最可能被大家忽视的问题,就是芯片thermal pad的焊接问题,如下图所示:
  

          对于焊接的问题,楼主做出了详细的检查:是焊接了的,昨天做实验发现,断开自举中的二极管,直接用外部电源供电,5V,输出电流200mA,如果是内部LDO输出这个电流是肯定会发热的,现在就是没找出来这200多mA的电流在哪里消耗掉了。。因为外部供电后芯片就不发热了。但电流没有出路啊。驱动MOS管不可能这么大电流啊。

           我们再来看看BQ24610的热阻,看看其散热条件如何,如下图所示:

            从上图中,我们可以看到BQ24610的热阻还是比较高的,我们在设计的时候必须注意利用PCB的铜皮去散热。我们看看楼主的PCB布局是怎么样子的,是不是thermal pad的焊接问题呢,如下图所示,楼主的PCB布局图:

         楼主的PCB布局图,背面图如下所示:

              从楼主的PCB的布局图上面,我们可以看到,芯片thermal pad的焊接是没有问题的,不然的话,也不可能带的动这么重的负载啊,那么问题究竟出在什么地方呢,我们看看楼主的最后的问题的原因:是因为mos管Qg取值有点大,之前没注意到。同时散热条件又不好。如下图所示:
  

             那么BQ24610究竟是一款什么样子的芯片呢,为什么MOSFET的QG对BQ24610的影响会有这么大呢,我们下面一起来看看BQ24610的基本结构,以及BQ24610的具体的应用电路,分析学习一下BQ24610这款芯片,下面是BQ24610的典型的封装结构图,如下图所示:

           如上图所示,就是BQ24610的典型的24PIN的VQFN封装,对于这个封装结构相信大家都已经非常的了解了,这里就不详细说明了,我们需要关注的主要是BQ24610的典型的输出输入参数,如下图所示的表格:

            如上图所示,已经给出了BQ24610的许多的关键参数,最大的输入电压为40V,最大的充电电流的能力为10A。当然还有更为重要的就是BQ24610的控制方式,也就是同步BUCK的方案了,也就是说BQ24610只能用于降压的电路中,bq24610是高度集成的锂离子或锂聚合物开关模式电池充电控制器。。它们可以为恒频同步 PWM 控制器提供高准确度充电电流和电压调节、适配器电流调节、充电预处理和充电状态监控。bq24610在以下三个阶段为电池充电:预处理、恒定电流和恒定电压。当电流达到最低的用户可选级别时,充电将终止。可编程充电定时器可以为充电终止提供安全备份。当电池电压低于内部阈值时,q24610会自动重新启动充电周期;当输入电压低于电池电压时,则会进入低静态电流休眠模式。

          下面我们来看看BQ24610的典型用用电路:

            等效的电路图如下所示:

           从上面BQ24610的典型应用电路中,我们可以注意到,BQ24610是同步BUCK的控制方式,但是其MOSFET都是外置的,外置的MOSFET对整体的参数影响非常大,首先我们必须关注的就是BQ24610的驱动能力是否能够满足我们的驱动要求呢,如下图所示,就是BQ24610的驱动参数:

              如上图所示,是BQ24610的驱动能力表格,高端驱动的最大电阻为6欧姆,低端驱动的电阻最大为7欧姆,驱动电流也就在1A左右,如果我们选择的mosfet的QG过大的话,就有可能驱动不了MOSFET了,这个也是造成楼主芯片发热的问题所在了,我们再看看BQ24610的工作频率。

          我们再看看BQ24610的工作频率,最高可以达到600KHZ,这个高的工作频率,如何MOSFET的结电容过大的话,可以想象芯片的驱动损耗有多少了,也就可以理解楼主的发热的问题了。

           下面我们再来看看BQ24610的相关的启动以及保护的时候的测试波形,深入了解一下BQ24610,如下图所示:. REF REGN and PG 启动波形:

        . Current Soft-Start波形:

       连续模式下的工作波形:

          BQ24610的输出短路异常的时候的保护波形,如下图所示:

       我们最后来看看BQ24610的整体的效率怎么样?

           从上面我们可以看到,BQ24610的效率还是很不错的,在设计的时候注意散热处理,选择合适的MOSFET是不会出什么问题的。

          以上就是关于BQ24610出现芯片发热的现象的分析,以及关于BQ24610的一些测试波形的学习,与大家一起分享一下。


  • 对于芯片的选型问题,除了BQ24610,TI还推荐了两种功能及其相似的控制芯片,也就是BQ24600和BQ24617,他们的整体功能及其的相似,只是在部分的参数上有细微的差异,比如输入电压的区别。在实际的设计选型的时候,我们可以根据自己的需要合理的选择。

  • 对于BQ24610相关的设计,我们其实还可以参考TI提供的相关的DEMO板的资料:BQ24610EVM:Evaluation Module for BQ24610 Multi Cell Synchronous Switch-Mode Battery Charger。相关的资料的链接如下所示:http://www.ti.com.cn/tool/cn/bq24610evm?keyMatch=bq24610&tisearch=Search-CN#2。如果有需要的话,我们可以直接参考TI的设计,简单便捷。

  • BQ24610的DEMO板 BQ24610EVM:的主要参数是:最高支持26V的电池电压,AC适配器的工作电压范围为5V到28V,此外还有LED信号指示灯,以及各个测量端子方便测试。DEMO的图形如下所示:

  • 补充一点关于BQ24610的驱动MOSFET的选型问题,由于BQ24610的驱动能力问题,以及很高的驱动频率,我们在选在MOSFET的时候,要充分考虑CISS的结电容大小,同时还需要注意MOSFET的内阻,不然的话,MOSFET的开通,关断速度回很慢,一方面发热严重,另外一方面,就是容易出问题。