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$ y# U9 w3 b% H8 E* N點(diǎn)擊上方名片關(guān)注了解更多" P1 m. M7 U2 T; C- l
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* M) L( y" U n- M0 b; Y1 X在之前的一個設(shè)計項(xiàng)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(jī)不工作,并且聽到電路板帶電時伴有“滴答滴答”的聲音。
* X$ E6 m9 c0 D# F% J4 N緊張的排故開始……: |% z$ D1 M1 E
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電源方案原理圖4 @& U" V+ J; D2 u
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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(dá)96%。
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. Y/ P: g' x- W9 c' W# {2 ~4 bBL8033的電氣特性, V3 m; l' |# x0 t% _
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根據(jù)反饋是因?yàn)槎搪穼?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(fù)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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: D! m. p7 _* t" Y* M; `' m( r電感為什么會嘯叫?
+ w u, N- X, s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(hù)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(fù)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)。
6 m% Y# l) d; m, n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。
' s0 e i' i$ k; K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。 s- o& M! M+ P3 b4 E; z$ \
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(dá)到一定占比時,電源的開關(guān)頻率就從高頻范圍進(jìn)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(yán)重超載狀態(tài),隨時可能燒毀。0 I3 R' B5 g4 H" A$ I
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2. 空載或負(fù)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(dá)到一定占比時,電源的開關(guān)頻率就從高頻范圍進(jìn)入了音頻范圍,從而發(fā)出尖銳的嘯叫。
; [8 l6 L8 Y, Z1 x+ q; e$ q5 K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。- |5 T& M" v7 f9 c- p
% D+ ^* w5 O$ L, }- n9 S. J3. 變壓器浸漆不良,包括未進(jìn)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。8 {8 {" P9 x& r" B% i5 S
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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(fù)載,甚至無法起振。此時,經(jīng)常會伴隨嘯叫。
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7 P& t8 z" i9 i2 v0 Y5. 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(fù)載越大,嘯叫越明顯。: n3 k3 x2 H2 n7 {8 M2 j
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定位嘯叫原因后如何解決短路?8 F8 h( d" D3 B0 S/ W
1. 硬件條件允許的情況下可將電源輸出與負(fù)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;
% Z9 |: B) x; Z" I* _( w8 F( E3 g2. 對電源的配置參數(shù)進(jìn)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;( b: z2 V# m2 a/ H/ v H3 U
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(fù)載就需要分析如何拆除才能確認(rèn)由于哪個器件導(dǎo)致的短路(最終定位單片機(jī)短路);
8 p; P/ [7 `. O4. 排除負(fù)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(diǎn)測量一個點(diǎn),拆下的芯片本身也要進(jìn)行測量。8 Y0 I7 u" Y9 ^; k1 c
5. 留意板上的錫球(焊接殘留);$ l+ B+ q6 ]4 O: n+ g# F
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為什么噴涂了三防漆還是出現(xiàn)短路?( l. y: S0 |0 C
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。
( O: A3 A$ u3 e/ l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。5 [, \& D1 r: I4 ^& g+ K) s! ~$ |- l
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電路設(shè)計-電路分析
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