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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
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點擊上方名片關(guān)注了解更多0 D% L( n/ m7 j. }8 F
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7 e5 ~1 E# S8 i& y
" ?  t7 o2 H* L3 p1 d
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。
5 [7 s; X. \, i5 {' J: {, h緊張的排故開始……
9 O6 K  f0 Z+ \$ s: ]8 L: ?: e+ X/ T8 t9 d( z# r3 X- p' ?* z& ~: D0 G

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電源方案原理圖* i2 R+ g0 ]' D- U6 J5 ^' c

0 J( n5 Z) w/ z' n% G/ M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%。; d( j% A9 q* D

/ [. k# p) f2 N. x1 [( BBL8033的電氣特性, y; \% x! N9 Y6 Y) d3 K' U& C

) B" b2 l# T  t6 F, E8 f- Q' h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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電感為什么會嘯叫?7 K4 U6 ~( C$ d- A9 x
電感嘯叫問題,如何解決?% W# y$ K% q- d' X  Y' Q

1 C* `& ~: z2 p4 n1. 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)。$ h: f% w0 t" f3 M6 t7 l, n& b
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。
( j* B! Q( l7 e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。3 M: d/ B3 w+ ?1 g
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(yán)重超載狀態(tài),隨時可能燒毀。. C3 A8 [( k& M) m2 K  x
1 n- C3 h. |8 _- A
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。  M5 ^4 g' E, I9 W  f  X
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。
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( q) k# [; R% `' e8 Q4 I1 l3. 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。
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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。" H  q7 L  L, m. j# z

9 J. f" _# N  W8 n( T( g; Y- z5. 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?
; Z' Q/ ~$ @5 ]9 [: g  c" P1. 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;
7 z( o8 K* H. H/ j  v: g; T% T4 @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;
5 Q8 H5 J3 I# t$ @9 p6 k! ~% Q" L3. 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);0 P- ^1 D8 e" x
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。
. z* C3 S5 F1 H8 e# u3 O5. 留意板上的錫球(焊接殘留);7 D+ F# N, z4 e/ d3 U- v; |
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為什么噴涂了三防漆還是出現(xiàn)短路?6 {4 E9 o: F* z% W. M
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。
. ]; `2 t* X' w: b/ J2 e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。( x: l0 W8 J0 g* k* f* O

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& p7 A7 E3 r# Z% e. S, f聲明:
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8 V& z6 g9 T3 A9 J1 t電路設(shè)計-電路分析  [+ g7 p: m, Y4 _8 J8 S: Z2 M
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