6 反向电流的产生与失效过程

上文通过EVM的测试发现在当前的应用场景下确实存在较大的反向电流，虽然EVM上的芯片并未损坏，但是当样本量较大时，则会大大提高反向电流的击穿风险，本章将详细介绍在BUCK的开关过程中，反向电流时如何瞬间失效，以及对应完整的失效过程。

（1）Q1开启与死区阶段

在下电或者输入降至低于输出时，反向电流的回路是VOUT->SW->Q1 体二极管->VIN。此阶段，会给Cds进行充电。

• 当上管Q1开启，下管Q2关断，Cds充电，反向电流流向VIN；
• 当上管Q1关断，下管Q2开启，反向电流会从下管流入GND泄放。
• 死区时间，反向电流会经由上管Q1的体二极管流向VIN，同时Cds会被充电。

（2）Q1关断，Q2开启阶段

上管Q1关断，下管Q2开启时：

• 此时除了输出的反向电流外；
• 在Q1开启阶段和死区阶段充电的Cds同时会通过下管放电；
• 死区时间内导通的体二极管的反向恢复电流也会通过下管导通来泄放。

一般下管的开启时间会在ns级别，所以根据计算，即使只有几百mA的反向电流，di/dt的变化也会是相当大，足以达到损坏下管MOSFET的级别。

（3）失效过程分析

• PIN12: 由于巨大di/dt导致下管MOSFET失效，失效表现为短路，VOUT快速接GND后输出快速下降，此时上管此时导通，会出现VIN直接短接到GND,此时巨大的短路电流会直接把DIE上的VIN的Bonding线烧断，所以VIN显示为OPEN的失效现象。
• PIN3: VCC是内部的LDO PIN,直接从VIN取电的，降压给内部逻辑供电，VIN短路器件巨大的电流把内部的LDO击穿，导致VCC短路。
• PIN1: SW由于下管的短路导致显示失效为短路到GND。

另外还有部分失效表现为BOOT PIN的短路通过图 6-4 可以得到解释，巨大的di/dt同时也会在BOOT电容侧形成较大的电位差，当这个电位差超过BOOT电容的击穿，从而与VCC的击穿形成了短路回路。

（4）其他问题

根据反向电流的失效过程来反推，可能就会有以下几个疑问：

• 为什么失效案例只出现只在PFM模式下？

AUTO Mode(PFM Mode):在负载较轻的，芯片通过降低开关频率，来降低芯片的开关损耗和导通损耗，达到降低功耗的目的。

FPWM Mode：芯片工作期间持续维持RT设定的开关频率，当前设计是2.1MHz。

在Q1导通期间的Cds的电荷量由充电的时间决定，Cds的充电时间分为Q1导通和死区时间，死区时间固定，因此主要影响因素就是Q1的导通时间。因此，轻载下，频率更低，Q2开启的泄放时间就更短，Cds和二极管反向恢复的电流释放时间太短，就会在短时间内形成巨大的di/dt。

总的来说，芯片处于轻载下，开关频率越低，则周期时间越长，Ton相比较低频时越大，上管开启的时间更久，即寄生电容Cds和Cboot充电越久，下管开启时的电流冲击越大。

• 为什么在POC的设计中容易出现？

该案例的同一块电源板上还使用2pcs的LM63635-Q1,不过输出为3.9V/3.3V，均无任何失效问题的出现。而对于 POC的供电应用输出常常设置到8V，汽车电池常常工作电压在9-16V，部分要求6-16V。当汽车电池本身电压较低时，下电比较3.3V/3.9V/5V的电源轨更容易出现反向电流。当前案例中摄像头的负载较轻，相比较板上另一颗LM63635-Q1的3.9V负载较轻，较容易进入PFM Mode，因此出现反向电流击穿的概率进一步增加。