我們在測試過程中往往優先考慮的是被測件(DUT)的狀態,而忽略了測試系統的穩定性及可靠性,因此有時候觀察到的現象可能會與我們預期的相反,情況變得更為糟糕,這種情況常常令人沮喪,項目進度也會停滯不前。可是如果因為排查出最根本的原因而使情況變得更糟時,距離真相也就不遠了!
有一次,當我對一塊DCDC PCBA進行重復短路測試時,雖然開關芯片的過載功能比較好,但可以肯定的是這種破壞性試驗引起的結果就是IC損壞!
事實證明,短路DCDC輸出端似的輸入直流電源的輸出失控,IC損壞;當以一定的頻率重復短路時,情況更不理想。這時我意識到即使是實驗室電源也存在內部反饋環路,引起振蕩,以前沒有遇到過,始終認為只有開關芯片才會發生振蕩。
當DCDC輸出短路,輸入電壓也會被拉低,此時也就是實驗室電源的輸出被拉低,所以電源反應劇烈,試圖恢復正常,從而IC的Vin輸入端會產生反復的上沖和下沖,當電壓超過Vin的額定值,IC會損壞。
但是此時還不能判定具體原因,降低DCDC的輸入電壓,開關IC的損壞可能性降低了,看上去好像是過大的電壓應力造成的IC損壞,而不是過流。這是想到如果利用實驗室電源的環路矯正使輸出電壓抖動變小,肯定會減小DCDC開關芯片的損壞概率,因此將實驗室電源的引線加長連接至DCDC的輸入端,但是情況相反,電壓抖動的更劇烈了!顯而易見,電源的開關壞路設計的很差,我對這臺電源的合格性嚴重懷疑,這時候我找同事拿了一臺安捷倫的電源,一切又恢復了正常。
因此在進行測試之前必須先確認測試系統的好壞,結果:
1. 和預期的一致,短路時由于開關芯片具有限流功能,IC短路時未損壞;
2. 當反復短路時,IC環路不穩定,導致IC Vin引腳被沖擊,IC損壞。
另外關于短路測試,以前覺得帶有過載保護功能的IC損壞模式都是過壓,但是后來發現也不盡然,這里摘抄一段Datasheet手冊的翻譯:過流限制,通過檢測高側MOS管的漏源電壓來實現過流限制。然后將漏源電壓與表示過流閾值限制的電壓電平進行比較。如果漏源電壓超過過流閾值限制值,則過流指示器設置為 true(真)。在每個周期開始時的前沿消隱時間內,系統將忽略過流指示器,以避免任何開啟噪聲干擾。一旦過流指示器設置為 true(真),就會觸發過流限制。在傳播延遲之后,高側MOSFET在周期的剩余時間內關閉,這種過流限制模式稱為逐周期電流限制。有時在短路等嚴重過載情況下,使用逐周期電流限制仍可能會發生過流失控。使用第二種電流限制模式,即斷續模式過流限制,在斷續模式過流限制期間,電壓基準接地,且高側MOSFET在斷續時間內關閉。一旦斷續時間結束,穩壓器在慢啟動電路的控制下重新啟動。
建議:針對容易引起輸出短路的應用,不建議選取電壓控制模式的芯片,選一顆電流模式控制的芯片更合適些,因為電流控制芯片可以進行逐周期過流保護,限流更加容易,并且在特定開關頻率處可以做到更快的負載動態響應。
備注:本文只提供一種測試案例,并非所有人都會碰到這些問題,絕大部分人在電路設計中碰到的問題都只是九牛一毛,有的由于選型與PCB Layout 布局的不同即使遇到相同的現象可能解決方案也不同,由于本人水平有限,思考問題難免有局限性,因此本文僅供參考!
北京漢通達科技主要業務為給國內用戶提供通用的、先進國外測試測量設備和整體解決方案,產品包括多種總線形式(臺式/GPIB、VXI、PXI/PXIe、PCI/PCIe、LXI等)的測試硬件、相關軟件、海量互聯接口等。經過二十年的發展,公司產品輻射全世界二十多個品牌,種類超過1000種。值得一提的是,我公司自主研發的BMS測試產品、芯片測試產品代表了行業一線水平。
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