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電路板發(fā)出了“滴答滴答”的聲音...

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發(fā)表于 2024-9-3 07:48:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
0 I* Y$ R  \( o# o- V( B6 ~1 e9 `) w) c
點擊上方名片關(guān)注了解更多; O8 B& U. R8 F! c

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% Q, |$ l! M1 h0 b& @( |' k- E$ K; ^9 \! e3 H
在之前的一個設(shè)計項目交付后,由于現(xiàn)場調(diào)試人員的操作失誤,在拆開設(shè)備后面板時被裸露的線頭觸碰電路板(噴有三防漆),最終導(dǎo)致短路,現(xiàn)場反饋的是說單片機不工作,并且聽到電路板帶電時伴有“滴答滴答”的聲音。
$ `% z/ h3 y$ ^緊張的排故開始……( f- Q! Z. [* Z: E! v9 @

& p% u9 L/ K" S
# m$ m& W& I, j" i( L 8 Y( h) ~/ Y' c  e2 R1 m0 G
電源方案原理圖6 u: t, \4 r. }
1 Z9 \( z0 u% E! G3 Z
電源采用的是BL8033同步降壓開關(guān)電源。最大輸入為16V、最大輸出3A、效率高達96%。% ^% m* N0 {9 U4 o1 R& q
( Z5 [1 }7 O* x0 F" r
BL8033的電氣特性& R3 c8 p, R/ l2 L. H8 E

  I8 y( u* i/ _8 Z根據(jù)反饋是因為短路導(dǎo)致電路板上出現(xiàn)“滴答滴答”聲音。得知這個問題,基本可以定位聲音就是出現(xiàn)在電源附近,再分析后就可以確定來自于電感。那么電源為什么在出現(xiàn)負載短路時導(dǎo)致電感發(fā)出“滴答滴答”的聲音呢?下面一起來分析下。
' K( u: \. I( i% p& a8 l' [+ e$ ]; \' ^: m; {1 n
電感為什么會嘯叫?
, h" U( v. ~3 y! E# C+ K' D7 @電感嘯叫問題,如何解決?+ t* k4 x  Z. e
( V7 e5 r9 W1 R. p$ m/ w
1. 大功率開關(guān)電源短路嘯叫。在開關(guān)電源滿載工作時,突然將開關(guān)電源短路,有時會聽到電源嘯叫;或者在設(shè)置電流保護時,當(dāng)電流調(diào)試到某一段位時會有嘯叫,究其原因,當(dāng)所帶負載接近電源的輸出功率極限時,開關(guān)變壓器會工作在非穩(wěn)態(tài)。
% M1 j! N9 V$ r/ ]8 \  J在第1 個周期由于開關(guān)管占空比過大,導(dǎo)通時間太長,因此通過變壓器向后級傳輸了過多的能量;直流整流電路的儲能電感無法在第2 個周期內(nèi)完全釋放第1 個周期存儲的能量;當(dāng)?shù)? 個周期到來時,電源芯片將不會讓開關(guān)管導(dǎo)通,或者讓開關(guān)管導(dǎo)通的占空比很小。  B: @: k7 e8 T$ T; q
這樣,儲能電感存儲的能量經(jīng)過第2 個和第3 個周期的釋放,導(dǎo)致輸出電壓減小。這樣,當(dāng)?shù)? 個周期到來時,電源芯片會驅(qū)動開關(guān)管導(dǎo)通過大的一個占空比這樣周而復(fù)始,就會讓變壓器產(chǎn)生低頻振動,從而發(fā)出人耳可以聽到的聲音。
5 T( v9 j! P; J! E4 h" q0 D電源工作在非穩(wěn)態(tài)時,輸出的紋波電壓也比工作在正常狀態(tài)時大很多。當(dāng)開關(guān)管全截止的周期數(shù)在總的周期數(shù)中達到一定占比時,電源的開關(guān)頻率就從高頻范圍進入了音頻范圍,從而發(fā)出尖銳的嘯叫。此時,變壓器已經(jīng)處于嚴重超載狀態(tài),隨時可能燒毀。
( |8 K- o: P! G1 ]7 ~! L5 B  d! F0 E5 ]) t$ E; q
2. 空載或負載很小時,開關(guān)管也會出現(xiàn)間歇性的全截止周期,當(dāng)開關(guān)管全截止的周期數(shù)在總的周期數(shù)中所占的比例達到一定占比時,電源的開關(guān)頻率就從高頻范圍進入了音頻范圍,從而發(fā)出尖銳的嘯叫。4 t8 ?1 b' ?/ Y( }7 m
另外,在空載或輕載場景,變壓器工作時產(chǎn)生的反電勢無法被很好地吸收,導(dǎo)致很多雜波信號耦合到變壓器的一次繞阻和二次繞阻。當(dāng)這些雜波中的低頻分量與變壓器的固有振蕩頻率一致時,就會發(fā)生諧振。為了避免諧振頻率落入音頻范圍產(chǎn)生嘯叫,可以在電路中增加選頻回路,濾除低頻分量。( D$ X& O. Z8 E, l6 Z# o1 H

3 u& Q# b  h3 b3. 變壓器浸漆不良,包括未進行浸漆處理。變壓器浸漆不良時,雖然帶載能力一般不受影響,但會產(chǎn)生嘯叫,輸出波形有尖刺。需要注意的是,變壓器的設(shè)計不良時,也可能在工作時振動產(chǎn)生嘯叫。2 `5 M6 p; v" N2 R  Q
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4. 初級穩(wěn)壓電源芯片接地線走線不良。接地線走線不良時,常見的表現(xiàn)是概率性故障(部分產(chǎn)品可以正常工作,部分產(chǎn)品發(fā)生故障)。故障現(xiàn)象為無法帶負載,甚至無法起振。此時,經(jīng)常會伴隨嘯叫。
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5. 次級穩(wěn)壓電源芯片的接地線失誤。變壓器次級的基準(zhǔn)穩(wěn)壓芯片的接地和初級的電源穩(wěn)壓芯片的接地有類似的要求:不能直接和變壓器的冷地、熱地相連接。如果連接在一起,就會導(dǎo)致帶載能力下降并且產(chǎn)生嘯叫。負載越大,嘯叫越明顯。
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定位嘯叫原因后如何解決短路?4 K/ Q$ ?6 h- h- I2 v8 c
1. 硬件條件允許的情況下可將電源輸出與負載之間的通道斷開,在本上面設(shè)計的電源中采用了一個“FB3”磁珠,所以排除電源短路,這個就很方便;  G2 t+ Q! c# D" e6 \
2. 對電源的配置參數(shù)進行檢查,然后重新對電源上電測試,保證輸出電源符合設(shè)計需求;4 \/ [$ o- z; k3 N7 Y
3. 當(dāng)電源問題排除后,短路現(xiàn)象依然存在,那么此時后級負載就需要分析如何拆除才能確認由于哪個器件導(dǎo)致的短路(最終定位單片機短路);" i/ m, D: A0 F! |6 j* D7 r
4. 排除負載短路的方法,我一般都是從小器件到大器件且易焊接的開始,拆除一個點測量一個點,拆下的芯片本身也要進行測量。7 L% y, W5 ?. ^; P. T6 C
5. 留意板上的錫球(焊接殘留);
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為什么噴涂了三防漆還是出現(xiàn)短路?6 B# v  q$ C/ S/ u6 D. L
三防主要是:防霉菌、防潮濕、防鹽霧。所以它并不能起到有效防止短路的問題。在PCB上有許多的元器件本身工作的時候會產(chǎn)生熱量,若此時噴涂三防漆后會導(dǎo)致器件本身散熱大打折扣。另外加上對板上的接插件不能噴涂的原因,這就增大了短路的風(fēng)險。
- @0 b: V  ^" r7 B! b當(dāng)然,本次PCB短路事故本應(yīng)該不會發(fā)生的,由于現(xiàn)場調(diào)試環(huán)境的復(fù)雜,加上調(diào)試人員粗心,最終出現(xiàn)了這種低級問題。7 G" A# O  n: N- Q

+ ?) Y4 l8 b) A  ]8 V 4 {$ x/ Z& M% m4 ~
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