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地彈導致電源芯片工作不正常

jf_60870435 ? 來源:jf_60870435 ? 作者:jf_60870435 ? 2023-06-09 16:22 ? 次閱讀

很多讀者都應該聽過地彈,但是實際遇到的地彈的問題應該很少。本案例就是一個地彈現象導致電源芯片工作不正常的案例。

問題描述

如下圖1 ,產品其中一個供電是12V轉3.3V的電路,產品發貨50K左右以后,大約有1%的產品無法啟動,經過解耦定位,問題出在下圖中的電源芯片。

poYBAGSC4CmAXwEZAAFm1wDRnMU475.png

原因分析

經過分析,問題最終定位在與PCB的布局和布線有關,其中涉及一個重要容易忽略的技術:地彈。如下圖,左圖是芯片內部的原理框圖,右圖是實際PCB中的布局圖,在高頻開關電源中,提供能量來源的有兩個器件:輸入電容Cvin和電感Lbuck;(1)當高端開關閉合,低端開關斷開時,電流的路徑如紅色箭頭所示;(2)當高端開關斷開,低端開關閉合時,電流的路徑如藍色的箭頭所示。

poYBAGSC4MiABJ4hAAIby9h6tS0851.png

根據電磁感應定理:e=-dФ/dt=-d(Li)/dt=-Ldi/dt,由于紅色和藍色的環路面積變化較大,最終的體現會在低端開關和Cvin之間產生感應電動勢。

廠商內部手冊中顯示,電源芯片滿足以下兩個的條件,就可以進入測試模式,測試模式下,電源芯片不工作,電源無輸出。(1)pin5 引腳FB 電壓大于3V;(2)pin6引腳COMP電壓小于-0.5V;我們實際設計的PCB示意圖如下圖所示,環路1由Cvin、高端開關、L、Cbuck、負載組成,環路2由Cbuck、負載組成,環路3由低端開關、L、負載組成。其中環路面積變化A最大,同時電流突變最最迅速,實測引腳6 COMP 最高可達到-0.6V。如果FB引腳耦合的干擾達到3V,是可以將芯片進入到測試模式的,導致無法輸出。

pYYBAGSC4O2AV85IAAWFiPB_s7M418.png

解決方案

問題的原因主要時兩種開關狀態時的環路面積不一樣,導致感應電動勢變化太大,導致芯片內部的邏輯混亂。重新布局后的措施如下:(1)將輸入電容、高低端開關盡量在同一水平線;(2)將輸出電容和負載盡量靠近用電端,消滅上圖中的環路2導致的變化。同時可以應付用電設備的突發電流,突發電流大部分由輸出電容供電,而不是通過電源芯片轉換而來。(3)重新布局后的環路面積變化=變化的長度 X 板厚度。板厚為2mm,此時的面積變化基本可以忽略不計。

pYYBAGSC4QWAKK9sAAciMpQBvbM848.png

總結

對于DCDC電源芯片,廠商不會對外公布其內部的具體邏輯電路,但是有一點可以肯定,高低開關兩種不同的狀態導致的環路面積變化,如果沒有處理好,產生的地彈會影響內部邏輯,使得進入不確定的工作狀態。

【以上信息由艾博檢測整理發布,如有出入請及時指正,如有引用請注明出處,歡迎一起討論,我們一直在關注其發展!專注:CCC/SRRC/CTA/運營商入庫】

審核編輯黃宇

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