電路板發(fā)出了“滴答滴答”的聲音...

硬件筆記本

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! k; i" M& i7 u+ q7 i+ J2 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(jī)不工作，并且聽到電路板帶電時伴有“滴答滴答”的聲音。
- P. d* z4 C: ], e緊張的排故開始……


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電源方案原理圖
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! d. \/ P0 z) k6 L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%。

BL8033的電氣特性
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2 m/ V; d; c% n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(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。

+ X3 j# s) G' j8 I電感為什么會嘯叫？
電感嘯叫問題，如何解決？
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2 V6 {8 ]7 w( E9 a1. 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)。
) H: c6 ~9 f1 ^3 p/ R% ]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。
% w7 f/ d) }2 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。
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。

. U- u# k+ a, q; P& d$ @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。
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。

3. 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。
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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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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(fù)載越大，嘯叫越明顯。

定位嘯叫原因后如何解決短路？
3 y% h& m' q* M1. 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；
2. 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；
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）；
4. 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，拆除一個點測量一個點，拆下的芯片本身也要進(jìn)行測量。
% j8 i4 B% B. P, E6 D5. 留意板上的錫球（焊接殘留）；
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4 ~* V7 E0 Z% _3 ]4 S為什么噴涂了三防漆還是出現(xiàn)短路？
( c. L0 E* c) X1 ]/ {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。
+ v0 f, {" P5 \4 r: K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。
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