浅谈48VDCDC转换器硬件故障解决思路
张发家束远涛陈勃言刘杰宫克长
宁波吉利汽车研究开发有限公司创新研究院浙江省宁波市315300
近几年随着国内混合动力技术地快速发展，包含BSG电机、轻混、增程、插混、纯电动形式的新能源车辆日渐增多，新能源车辆低压供电系统，需要DCDC转换器从高压电转换而来；但DCDC作为伴随新能源车辆的全新部件，相对传统车型的成熟产品的故障率要高，涉及一些新技术，问题处理起来也较为棘手，本篇通过解读车辆报的故障码，梳理解决问题的思路。
2.1问题现象
某款装备BSG电机弱混配置的SUV车辆，在车辆试制过程中出现诊断系统报码硬件故障等问题，经过对故障件进行如下解析：
①外观检查及气密性：结果ok；
②工厂下线EOL复测：结果notok；
③进一步检查发现二极管漏电流fail；
④各端子阻值测量、拆开外盖测量MOSFET(用于保护电路故障的40V安全MOSFET)短路、对MOSFET本体进行量测，阻抗notok；
⑤更换状态无问题件的MOSFET后重复测量MOSFET阻抗：ok。得到结论：MOSFET短路导致DCDC故障。
2.2机理分析
场效应晶体管（单极型）是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是电压控制元件。它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入电阻高，且温度稳定性好[1]；
MOSFET失效原因如下：
①雪崩失效(电压失效)，也就是我们常说的漏源间的Vdss电压超过MOSFET的额定电压，并且超过到达了一定的极限才能导致MOSFET失效。例如满载工作时发生异常，触发保护模式safetyswitch切断功率回路，这时电池电压、电容电压及线路中寄生电感在关断时感应出来的电压叠加后有可能超过额定电压。低温时更为恶劣，比如40V的MOSFET低温时额定电压会下降10%。
②SOA失效(电流失效)，既超出MOSFET安全工作区引起的失效，分为Id超出器件规格失效以及Id过大，损耗过高器件长时间热积累而导致的失效。MOSFET工作时流过的电流不能大于额定工作电流或者流过体二极管的电流不能超过额定工作电流。比如长时间工作在过流模式下或者有大的瞬时inrush电流流过时。
③体二极管失效：在桥式、LLC等有用到体二极管进行续流的拓扑构造中，由于体二极管遭受破坏而导致的失效。
④谐振失效：在并联运用的过程中，栅极及电路寄生参数导致震荡引起的失效。
⑤静电失效：在秋冬时节，由于人体及设备静电而导致的器件失效。
⑥栅极电压失效：由于栅极遭受异常电压尖峰，而导致栅极栅氧层失效[2]。
⑦热跑脱：MOSFET工作在线性区时电流增加和温度升高形成正反馈导致管子温度迅速升高最终超过节温而损坏。
⑧过功率：MOSFET工作时消耗在MOSFET上的功耗超过额定功率而导致产生的温升超过最大节温：Tj＞Tjmax。比如驱动电阻异常时开通或者关断的速度变慢，开关过程中的损耗增大。
通过如下几个维度对故障进行全面分析：
①元器件系统选型方案合理性：通过MOS器件Vds端电压、Id电流、功率发热损耗计算温升对表面Tcase、Tjmax等选型均有余量，综合来看选型无问题；
②电路保护设计合理性排查：通过电磁兼容试验报告排查辐射传导、静电ESD结果均是通过；其次确认12V电池侧压波形时是否发会造成MOSFET元器件过压（充放电线束过长），通过复测抛负载验证结果均通过（如下图1）；
图1台架试验结果
③实车模拟测试：车辆正常进行点火、加用电器负载、多种道路路试、模拟蓄电池负极断开等操作，MOSFET管波形平稳，未发现异常波形（如下图2）；
图2实车试验数据
图3过欠压采集数据
④台架模式测试：
3.1散热胶对产品影响：首先进行EOL测试记录结果，去掉PCBA背面的散热胶，重新连接设备，测试5min，样件EOL无故障，结论：散热胶对MOS过热烧毁影响较小。
3.2过压欠压对产品的影响：
排查步骤：1.在实验室模拟实验，通过分别调节12V输出端、48V输入端电压值，确认是否会触发9496故障；
2.触发9496故障后再将电压调节回正常范围，确认9496故障能否自恢复，DCDC是否可以正常工作；
排查结果：1.当输入端、输出端电压过大或过低时，可以触发0A9496故障；
2.触发0A9496故障之后再调整电压回到正常范围内，0A9496故障会自动恢复，反复测试多次，DCDC均可正常工作；说明DCDC产品在短时过欠压有自修复功能，且不会烧蚀MOSFET。
⑤工艺规范性检查：主要从EOL测试时48V/12V/GND是否存在接反情况、EOL测试程序异常、产线老化测试检测波形异常等方面，排查发现满