2025/3/20

在单片机系统板中，常用BUCK降压芯片给单片机和外设进行供电，通常是6-24V转换为5V，再经过LDO芯片降为3.3 V以减小纹波。使用TPS54331和SCT2460芯片设计的降压电路中，当接入电压为15V以下时电路都很稳定，一旦输入电压超过24V，两个芯片均出现上电瞬间导致芯片损毁的现象。因损毁时间很快，且温度不高，由此判断可能是芯片某引脚的电压过高导致。遂进行多次反复的测试，发现最大的可能是上电时导线的寄生电感和输入端去耦电容之间形成RLC震荡导致出现了极高的尖峰电压而损毁芯片。

将芯片及外围电路去掉，只留下去耦电容以观察输入电压响应

考虑导线的寄生电感和电阻可以将电路图简化为如下

焊接完毕后，将电源调至26V，用示波器的触发模式测输入电压上电瞬间波形

在不断的测试中，有很大概率出现图中波形，输入的26V电压产生的震荡最大值达到了46V，远远超过了芯片的最大耐压值

也就是说，在上电瞬间产生的震荡电压使得芯片的高侧mos击穿，芯片损毁

模拟上面的RLC震荡电路，是一个由导线上的电阻，寄生电感，去耦电容组成的二阶电路，此电路的零输入响应方程为

微分方程的解为

解出方程有四种状态，很明显实际电路中形成了欠阻尼状态而产生震荡

用Matlab仿真一下来看

假设开关电源给电路板供电的连接线为0.5m左右

其线上的寄生电感大概为0.5uH，电阻为4mΩ，去耦电容大概为150uF，输入电压为26V

确实为欠阻尼状态并产生了震荡

从二阶方程来看，当

欠阻尼，那么为了避免震荡，可以提高R，减小L或提高C

减小寄生电感不可能，提高R也就是在电路中串联电阻，提高C就是增加去耦电容

首先提高R，根据计算当R大约大于0.1R时不再震荡（如果电路有电阻负载则不会出现这种情况），但串联电阻会增大功耗

如果提高C，根据计算当C大约大于0.5F时不再震荡，这显然不可能

解决方案

1）输入电路中串联一个小电阻，但会增加功耗

2）使用软启动电路，通过电容和mos管使电路缓慢上电，但比较复杂，我并未仔细研究

3）直接使用TVS齐纳二极管进行电压钳位

使用24V齐纳二极管以及保险丝实现电路的输入电压钳位，防反接，以及过压保护（保险丝最大电压32V）的功能

将电路焊接完毕后上电进行测试，同样用示波器读波形（输入电压26V）

经过多次测量，电压被钳位在了28-30V左右

反复多次上电，芯片没有爆炸（爽

26V输入电路正常运行

7-28V输入，3.3V输出（可调）TPS54331 buck降压模块

防反接，过压保护

测得输出纹波大概在70mV左右

在电路设计中，应考虑电感电容元件带来的电压电路的剧烈变化，尤其是启动停止，带感性负载时，应做好保护措施

本文章仅代表个人意见，才疏学浅，若有错误请多多指正，欢迎讨论

板子一上电电源芯片就炸？上电瞬间输入电路 RLC 震荡导致电压尖峰损毁电路讨论