Добрый день.

Может кто сталкивался с такой ситуацией.

Есть передатчик, работает на частоте 400 МГц. Выходная мощность порядка 1Вт. Выходной каскад передатчика сделан на транзисторе RD01MUS2. Непонятно по каким причинам сгорает иногда сгорает выходной транзистор, причем когда устройство уже собрано в корпус и заклеено (корпус герметичный). Из 20 передатчиков сгорает у заказчика порядка 4-5. (у нас при проверке почти не горят).
Сгорает именно в момент включения. (т.е. он либо включился и нормально работает, либо сразу сгорел не сделав ни одной посылки)

При отладке платы на согласованную нагрузку никаких сгораний нет.
Можно было бы подумать что есть рассогласование с антенной, НО антенна согласована (проверено на анализаторе) и когда я специально рассогласовываю антенну руками - сгораний также нет.

Работает устройство на литиевых батарейках напряжением 10 В. Питание выходного каскада 6,8 В через понижающий преобразователь.

Буду очень благодарен если кто подскажет что-нибудь. Или подкинет свежую идею.

Включите задержку подачи сигналов на вход передатчика, чтобы на вход передатчика ничего не подавалось пока питание на транзисторе не установится.
Попробуйте замедлить нарастание напряжения питания выходного каскада. Вы же сами пишете при включении. Там кроме бросков по питанию ничего нет.

попробуйте специально рассогласовывать металлическим предметом, желательно еще проверить на электростатические разряды от модели тела человека

Неоднократно рассогласовывал всем чем только можно)) на статику тоже проверялась плата - не горит.

Проблема в управлении, согласовании затвора, не используете защитные трансилы, проблема обратной связи, возбуд выход из строя. Еще вероятно плохая разводка, не те компоненты ... Скините или выложите тогда сможем что то конкретное посоветовать, а так гадание на кофейной гуще.

задержка между включением питания и подачей смещения 3 секунды. я думаю этого достаточно для затухания переходных процессов при включении.

Переходных процессов при включении не должно быть по определению, только аппериодический процесс допустм за короткое время регламентируемое стандартом. Иначе недопустимое внеполосное излучение.

Прикрепляю схему и печать


Это само собой, поэтому питание включается заранее, за 3 секунды.

ну да сразу видно, что разводка никуда не годится, это вам не низкочастотную часть разводить. Печалька, все переразводить и правильно нужно. Вы даже рекомендации из даташита на этот транзистор не выполнили. У вас есть чем измерять ваше творение? Ну VNA, Анализатор спектра хотябы до 3 Гиг?

..вот за что люблю любимый форум - тут быстро докопаются до истины и объяснят что не так!

Согласен. Отсутствует диссипативная цепь по входу (см. datasheet). Так же непонятен смысл параллельного включения рядом стоящих шунтирующих конденсаторов С90 и С91 номиналом 1000 и 100 пФ.

Как осуществляется отвод тепла от транзистора? Какие тепловые сопротивления получены?

Что касается выхода из строя. Измерялся ли переходной процесс в цепи +VC при запуске понижающего DC-DC преобразователя 10 - 6,8 В ? Похоже на бросок напряжения в цепи +VC.
Возможно самовозбуждение при включении питания за пределами рабочего диапазона частот (диссипативная цепь отсутствует см. выше, да и топология ПП оставляет желать лучшего).
Так же проверить на наличие выбросов напряжения в цепи затвора (но это маловероятно).
Все вышеперечисленное может привести к превышению предельно допустимых режимов эксплуатации транзистора (Uси max, Pmax= f(tкорп), Ic max =f(tкорп)).
Ну и напоследок, нельзя исключать, что транзистор может быть не очень-то и оригинальный.

Там много всего, ... чего только сшивка полигонов земель стоит, ... а где импульсник и как разведен, наводка ВЧ на импульсник, скачек и пробой по затвору обеспечен ...

Бросается в глаза С81, под которым идёт дорожка на смещение затвора. Кто помешал развернуть этот конденсатор на 90 градусов в сторону истока транзистора? Тем самым уменьшилась бы паразитная индуктивность земли и не нужно было бы тянуть дорожку под чип конденсатором.
При проектировании платы забыли про индуктивность истока - факт. Переходных отверстий явно мало и стоят они не там. К тому же ещё эти переходные отверстия подключаются к полигону земли через тепловые барьеры, что для ВЧ и СВЧ не всегда оправдано.
Надеюсь, что хоть под усилителем с обратной стороны платы сплошной полигон земли.

Да термобарьеров там не должно быть и близко. К тому импульснику много вопросов MAX1626 те ли там фазосдвигающие цепи, никак не защищенные от наводок. Ну и транзистор там не тот выбран, хотябы взглянули и сравнили S характеристики. Тот IRF7204 никак не LOGIC-LEVEL MOSFET. Ну а длинные индуктивные земли до диода как вам, а оттянутая катушка ... в итоге импульсник просто в зоне нестабильности находится. А если заказчик включает на передачу без нагрузки или с плохим ксв, то запросто отраженкой за доли микросекунд убивается RD01MUS2.

Не очень понятно применение MAX1626 - pulse-frequency-modulated контроллера. Из преимуществ в сравнении с традиционными PWM вроде бы только высокий КПД при очень малых токах потребления. Но с пульсациями в питании могут быть большие проблемы. Что касается стабильности самого импульсника, то тут в основном влияет выходной LС-фильтр, P-канальный ключ, емкость "слабой коррекции" в цепи общей ООС и диапазон нагрузочных токов. В datasheet для обеспечения устойчивости предлагают экспериментально подбирать емкость коррекции, в предположении, что расчет LС-фильтра и выбор P-MOSFET выполнен в соответствии с теми же расплывчатыми рекомендациями производителя.
Из всего этого можно сделать следующий вывод. Номиналы LC-фильтра скорее всего взяты из типовой схемы включения, а вот с цепью ООС есть проблемы. Резистивный делитель слишком высокоомный, а емкость "псевдо-коррекции" взята по максимуму, т.е. 330 пФ.
Итого получаем завышенную граничную частоту петлевого усиления и, следовательно, большой фазовый набег на этой частоте. Поэтому резисторы в делителе надо уменьшить раз в 5-10, а емкость подбирать от 0 до 330 пФ, проводя тест импульсной токовой нагрузкой (cм. datasheet).

Что касается отказа транзистора. Необходимо сначала проанализировать сам сгоревший транзистор. А именно, проверить наличие тока утечки затвора (проще говоря закорочен ли затвор с истоком?). Если да, то проверить ВАХ p-n-перехода сток-исток. Если ВАХ нормальная, значит транзистор сгорел из-за превышения максимально допустимого напряжения сток-исток.
Таким образом, сразу отметается превышение температуры перехода. Если ВАХ отсутствует (обрыв сток-исток или КЗ), значит превышение температуры перехода.

После выявления характера отказа, можно существенно сузить проблемную область исследования.

Разводка ВЧ, переходные, и прочие замечания это все правильно, но если заказчика устраивает в данном случае можно забить и учесть на будущее.
Хотя никто не гарантирует, что правильная версия заработает сразу
Предлагаю в качестве временного решения, поставить мощный неубиваемый TVS на 12V параллельно C82.
Если дело в переходных процессах DCDC, TVS задолго до порога в 30V удавит выброс.
При выгорании TVS можно решить более крадинально.
Поставить последовательно R83 предохранитель, параллельно C89 TVS+ MOV оба на 12V.
Это будет неубиваемая схема. Гореть будет предохранитель, но конечно надо разобраться
виноват ли DCDC, и если виноват, то править DCDC а не бороться с последствиями его неверной работы.

Топологию разводил явно человек, далёкий от ВЧ. Отсюда усилитель может возбуждаться при изменении температур и режимов работы. Вы бы хоть примеры посмотрели, как делают топологию ВЧ усилителей...

Если есть опыт в проектированиии расчете, производстве и тестировании то заработает с высокой вероятностью. Для меня этап пройденный несколько раз, по этому сразу видны проблемы.
Ваше предложение не верное, TVS не спасет. Просто почитайте даташиты и посмотрите его время реакции. И мощный неубиваемый TVS внесет свою емкость, динам емкость и не позволит их использовать. Да и внутри в затворе этого транзистора стоит подобная расчитанная защита. Вы просто не учитываете что будет при плохом ксвн с этой разводкой этого TXa. В MWO помоделируйте эту платку, не сложно, ... ну если конечно умеете, будет над чем задуматься.

Конкретно по схемотехнике, R82 должен быть раз в сто меньшего номинала, а так, что-то грубейшее. Ну да, мало виасов, можно было бы общую топологию поаккуратней сделать. Но извините, откройте любую китайскую портативку, там такого же уровня трассировка, работает она на хрен знает на какую нагрузку, за антенну могут держаться руками, а мощность и более 1Вт зачастую. Ну и по громадному опыту общения с ними, могу точно сказать, что выход из строя выходных каскадов ну точно не 25%. Так, что что-то грубейшее.

Как бы там ни было, считаю автору самый дельный совет дал MePavel, по результатам замеров узнать какой процесс палит транзисторы, а уже потом двигаться дальше.

TVS имеет смысл ставить с пробивным напряжением около 8 В. При 12 В питания RD01MUS2 можно быстро вывести из строя при превышении как Uси max, так и Pmax.
Если возникает самовозбуждение за рабочей полосой в режиме ХХ при 12 В питания напряжение Uси может легко превышать 30 В.
Мне интересна идея применения MOV вместе с TVS (никогда не использовал MOV с низким рабочим напряжением и потому непонятно, что это даёт).

P.S. Схема входного смещения транзисторов V3 и V4 несколько необычна. По постоянному току есть связь между первым и вторым каскадом. Ток покоя RD01MUS2 по моим расчетам где-то 200...250 мА, что достаточно много. Таким образом, рассеиваемую мощность в 1,5 Вт в покое считаю не очень приемлемой, учитывая плохой отвод тепла от корпуса транзистора. Да и при 1 Вт выходной мощности КПД для батарейного питания явно маловат будет.

Откуда такой ток покоя 200...250 мА? При питании то 10 Вольт, питание выходного каскада 6,8 В. Там RF7309 к 5.1V притянут, затем делитель. Хотя нет левой части схемы, вряди что там экзотическое. Да и смещение вероятно подается перед подачей сигнала.

На участке Uси = 6,8...10 В при Uзи=3...3.2 В ток стока практически не меняется (участок насыщения тока стока на выходных ВАХ (в datasheet диаграмма "Vds-Ids CHARACTERISTICS"). Кроме того, выходные ВАХ снимаются в изотермическом (импульсном) режиме, т.е. без существенного нагрева канала транзистора. При токе 200 мА температурный коэффициент порогового напряжения отрицательный, поэтому за счет саморазогрева ток покоя ещё немного подрастет (думаю что на 20-50 мА, в зависимости от результирующего теплового сопротивления всей конструкции).

Возможно и так, логика работы мне неизвестна. Тем более, что во время испытаний заказчик может входное смещение и не снимать.

Uзи=3...3.2 В откуда там столько?

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Даже промоделировал. Оказывается 3.2 В.

Если так рассуждать то да, там делитель 1K и 2K это обеспечивают. Но я не уверен, что они полностью тркрывают RF7309 до 5.1V если есть слева проц он может обеспечивать и другие режимы. Тогда смещение в точку режима A происходит перед подачей сигнала, постоянного смещения как такого нет. Кпд да низкий, но это основные стабильные режимы работы таких усилителей для этих частот.

Ключи в IRF7309 открываютcя полностью с запасом. Причём мощнейший N-канальный транзистор, через подтягивающий резистор R62=100 кОм открывает не менее мощнейший P-канальный транзистор, который затем управляет цепью слаботочного смещения с потребляемым током в несколько миллиампер!
Отмечу, что IRF7309 выходит на ток более 100 А, а им управляют нагрузкой в 2 мА и 50 мкА (R62) ! Для этой задачи хватило бы c большим запасом BC846 и BC856.
Поскольку IRF7309 очень мощный, то токи утечки p-n-перехода, особенно при повышенной температуре могут достигать десятков и сотен микроампер, таким образом подтягивающий резистор R62=100 кОм при разогреве передатчика может перестать выполнять свои функции.


Стабильные режимы обычно при токе покоя, указанном в даташите, т.е. при 100 мА. При Uзи = 3,2 В с учётом саморазогрева ток покоя может достигать 300 мА, да при этом возрастет усиление, но самое главное, что рассеиваемая мощность превысит предельно допустимую Pmax. Из даташита Pmax при напайке на тестовый полигон PCB при температуре 60 С составляет 1,7 Вт. А тут получается 0,3 А *6,8 В = 2 Вт, т.е. превышение.
Кроме того, при большем токе покоя устойчивость к автогенерации ухудшится.

Если TX цифровой, для кортоких пакетов то еще как то работать будет. Хотя конечно я бы так не делал ни схему, ни плату.
... что-то ТС не появляется. Может выложит всю схему и прояснит нам, а то мы тут как то сами в догадках ..., может это ему и не нужно.

Еще есть вариант, что транзистор горит при отключении нагрузки во время передачи. Вся схема неудачная. ТС не ввел преднамеренные потери в затвор. В результате, по входу, на частотах ниже рабочих, коэффициент отражения подходит близко к 1. Это гарантирует самовозбуждение и выгорании при повышении сопротивления нагрузки.
Все тесты ТСа ни о чем. У заказчика может быть другая длина кабеля, которая попадает на частоты, кратные возможным частотам самовозбуждения.

Ну и чё тут фантазировать? Он же пишет конкретно:
/// ... Сгорает именно в момент включения. (т.е. он либо включился и нормально работает, либо сразу сгорел не сделав ни одной посылки)
При отладке платы на согласованную нагрузку никаких сгораний нет.
Можно было бы подумать что есть рассогласование с антенной, НО антенна согласована (проверено на анализаторе) и когда я специально рассогласовываю антенну руками - сгораний также нет. ///
И преднамеренные потери в затвор для этого TXа не нужны, он не широкополосный. ...

Преднамеренные потери во входной согласующей цепи (см. даташит) никак не связаны с широкополосностью усилителя мощности. Corner, абсолютно правильно написал


RC-цепочка в даташите на RD01MUS2 (68 Ом - 240 пФ) необходима для повышения устойчивости на низких частотах (5-200 МГц примерно).

Вообще при проектировании отдельного каскада усилителя неоходимо анализировать устойчивость от 0 Гц до предельной частоты генерации транзистора.
Но даже если отдельный каскад усилителя абсолютно устойчив (т.е. устойчив при любых |Гист&нагр.|<=1 во всём диапазоне 0...fгр), то это ещё не гарантирует отсутствие автогенерации.
Дело в том, что, например, источником мощности для RD01MUS2 является каскад на транзисторе BF540. Если коэффициент отражения по выходу у входного каскада на каких-то частотах больше 1, то следующий (даже абсолютно устойчивый) каскад на RD01MUS2 может возбуждаться. У ТС можно сказать вообще ничего не сделано для обеспечения устойчивости ни входного, ни выходного каскадов.
Причём при работе на согласованную нагрузку в штатных режимах питания автогенерации может и близко не быть. А вот в отличных режимах, автогенерация может наблюдаться.
Устойчивость надо проверять при разных напряжениях питания (токов покоя) и нагрузку надо приводить с большим КО и разными фазовыми углами. Для этого необходима линия переменной длины и отрезки кабеля разной длины. Фазу КО желательно менять в диапазоне 0...360 гр на частоте 1/10 fраб и ниже.
Тоже самое касается КО источника.
Вообще экспериментальные методы проверки устойчивости усилителя мощности широко освещены в литературе.

Типично для разработчиков рсв цифры и еще каких простых схем. Был аналогичный случай когда продвинутый , как считалось разработчик, и рсв разводчик установил для заливки меди клиренс порядка 0.2мм и развел и долго доказывал что это круто, так и должно быть.
Вот это сразу бросается в глаза на Вашей РСВ и если так валюнтаристки, то значит и все остальное проблемное.

Для чего вводят потери в затвор.
1. Ниже рабочих частот и в затворе и в стоке оказываются индуктивности. С емкостю сток-затвор - вива ля трехточка!
2. При токах меньше рабочей точки, сопротивление истока скатывается в чистую индуктивность. Особенно все плохо с НЕМТ транзисторами. Пока рабочая точка не установилась, схема может вести себя непредсказуемо. Разработчики транзистора учли сей факт добавив резистор в затвор. К сожалению, ТС проигнорировал рекомендации.
Еще в схеме есть недостаток. При включении, на затворе выходного транзистора может быть напряжение, соответствующее очень большому току. Посимулируйте переходной процесс включения и удивитесь. У меня по симуляции транзистор горит все время (точнее симулятор падает, когда кончается его модель).

В чём, в каком симуляторе симулировали? И каую модель использовали? Или делали свою модель и вводили s-параметры? Интересно проверить у себя, получу ли то же самое.
Ну и симулировать нужно весь выходной каскад, с топологией. Иначе можно получить хз что.

При одном ватте ВЧ мощи очень желательна, вернее обязательна активня стабилизация тока покоя выходного каскада. Экономить на одном операционнике и паре резисторов- глупость. Также очень желателен детектор отраженного сигнала и быстрая АРА, завязанная на детектор.

Доброго дня!

Не поделитесь схемкой? Мы для этого (стабилизация тока покоя выходного каскада) как раз в ватном усилителе используем токовое зеркало на комплементарной паре транзисторов. Но таких транзисторов отечественных нет, поэтому встал вопрос либо о переделке схемы. Хотелось бы увидеть как эта задачка при помощи операционника решается.

Что то типа такого. Хотя это конечно стабилизатор тока покоя от СВЧ усилителя, где необходимо давать отрицательное смещение на затвор. Но прекрасно работает и с обычными полевиками. С операционником проще настройка, чем со схемой на транзисторах. Конечно надо следить за допустимым диапазоном вхожных напряжений ОУ, особенно при использовании современных низковольтных.