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插拔电源瞬间的毛刺分析与思考

对于硬件工程师,我们不仅需要实现产品的功能,也需要保障产品的稳定性。而产品的稳定性的保障离不开硬件各个信号的测试,而上电测试就是其中之一。

问题案例:

机顶盒产品,使用AC220-DC12V适配器给产品供电,产品上面有DC12V转1.2V的DCDC芯片

下图就是在上电瞬间测试到的波形,测试的为12V转1.2V的DC-DC电路。

可以看出拔插适配器时,输入输出都有较大的毛刺,而且DC-DC是输出1.2V的,但是毛刺居然达到了3.5V左右,完全忍不了啊。另外也奇怪的是,原本用1.2V的器件,在多次测试的时候,即使电压飙到3.5V,超过了芯片最大耐压的上限,也并没有发现损坏的情况。

测试现象:

  1. 这个毛刺也不是必现的,有时有,有时没有
  2. 毛刺的幅度也是高低不同的,有时高,有时低
  3. 直接插拔220V那头,毛刺概率出现的概率更高,电压越大(与拔插适配器的12V的DC头子相比)

       

问题分析过程:

1、DC-DC芯片可能有问题,上电时,电压直接从输入窜到了输出。

芯片使用的是MPS品牌的,内部有软启动,没启动之前,芯片开关MOS管也是关闭的,所以即使输入有毛刺,也不应该窜到输出。在输入达到5V左右的时候,输出才会开始。而实际情况是在输入毛刺都没有5V高的时候,输出已经有了。

换不同的板子测试,结果也一样,不是单个芯片的问题,芯片的来源也是专门的代理商,质量是有保证的。-------问题到这里是没法解释通的。

  1. 测试方法有问题

将示波器探头的接地端和信号端都接到板上DC-DC输出端的GND上,拔插电源,发现居然也有毛刺产生。

理论上示波器探头的信号端和接地端接到一起,是不应该有的呀,由此可以判断,应该是上电瞬间示波器和接地线受到了冲击噪声的影响。

  1. 换隔离示波器测试

使用装电池的手持示波器重新测试,发现输入和输出在上电时都没有测到尖峰,由此可以确定,实际上电时并没有尖峰的,前面之所以测到了尖峰乃是示波器受到了干扰所致。

新的问题:为什么常规示波器测试有噪声,而手持示波器没有出现呢?

       示波器测试模型:

如上图,示波器和电源适配器通过变压器都接到了220V市电,在测量时,示波器已经上电,探头的GND和被测PCB板已经共地。

这时突然插入电源适配器,会在共地线上形成瞬间电流,而因为示波器与被测PCB板上连线引入的寄生电感的存在,会在GND上产生压差,因此示波器会检测到一个尖峰。所以即使示波器的输入端与GND直接短接,也会测到尖峰。

那为什么手持示波器没有这个尖峰呢?笔者认为手持示波器因为用电池供电,没有接到220V市电上面,完全是处于浮地的状态,所有即使在插电的瞬间,示波器的接GND探头上面是基本没有电流流过的,因此也不会产生压差,也就没有尖峰。

另外一个问题:示波器的电源,电源适配器都是有变压器隔离的,不应该有电流才对?

个人认为:上电瞬间是一个突发的情况,对于整个系统来说,是一个交流的信号,变压器起不到完全隔离的作用。变压器隔离,与手持装电池的完全浮地的系统,还是不一样的。

总结:上电测试的时候,需要考虑示波器的影响,也许你看到的尖峰并不是真实存在的。这时可以换装电池的示波器测试,或者换差分探头进行测试。

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