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% j9 ?% ~3 K# \3 s% o; s8 r點擊上方名片關(guān)注了解更多
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$ H* V$ k. j5 h7 a4 b6 e. W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。
( K* ?5 { L' Z" U緊張的排故開始……. r0 Q( R" T. S
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電源方案原理圖8 ^+ @' l+ T! t* L5 _; i
: ~9 N4 j3 g0 F3 y6 a) s3 v( f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%。0 F5 q# n& Q- y! H
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BL8033的電氣特性# ]; F5 D4 j7 e+ T: }
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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。
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) E$ Q' P" [) f% w! {電感為什么會嘯叫?
6 _% a# a' ^ g1 r電感嘯叫問題,如何解決?
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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,當電流調(diào)試到某一段位時會有嘯叫,究其原因,當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)。
+ e/ L+ |+ w) i5 _5 |- p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?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。
4 ~- l0 I4 C! Q2 h" L# K, p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?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。 G: @" h* x$ H: J8 {& H
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。$ s) B; t% T. h% J6 r) h4 F! e5 ]* w J
" [8 _1 V# R) a" `4 b6 a( a/ @& y2. 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。- j* Z( s+ x3 o9 h, y H+ H, H
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。& v' [% L L6 X2 X" x2 l
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3. 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。9 `4 @- X- Y9 m# y3 g) G- b& o4 Z* y# ~
- h# g* T* R# o& w" }( M6 c4. 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。& D, ^/ y0 ~: l, T2 Z, T
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定位嘯叫原因后如何解決短路?) n2 K! R( G! H+ ?
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;4 ~/ a' W5 r2 J: j D2 H
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 b7 ]6 S% y6 ]3. 當電源問題排除后,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);. b: t) Y- V' k7 J
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。
) \/ T% ]% f% p8 H, O3 J5. 留意板上的錫球(焊接殘留);
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! E2 {! w% e3 k" f% E為什么噴涂了三防漆還是出現(xiàn)短路?7 B% k, h, V6 r+ B/ y, S; B* V
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險。
U5 j# s3 g9 F0 l" U當然,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 t1 `- N0 a: W8 }, e
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