電源為什么在出現(xiàn)負(fù)載短路時(shí)導(dǎo)致電感發(fā)出滴答滴答的聲音呢？

在之前的一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目交付后，由于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員的操作失誤，在拆開設(shè)備后面板時(shí)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(chǎng)反饋的是說(shuō)單片機(jī)不工作，并且聽到電路板帶電時(shí)伴有“滴答滴答”的聲音。

緊張的排故開始……

電源方案原理圖

電源采用的是上海貝嶺的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

根據(jù)反饋是因?yàn)槎搪穼?dǎo)致電路板上出現(xiàn)“滴答滴答”聲音。得知這個(gè)問(wèn)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(lái)自于電感。那么電源為什么在出現(xiàn)負(fù)載短路時(shí)導(dǎo)致電感發(fā)出“滴答滴答”的聲音呢？下面一起來(lái)分析下。

電感為什么會(huì)嘯叫？

大功率開關(guān)電源短路嘯叫。在開關(guān)電源滿載工作時(shí)，突然將開關(guān)電源短路，有時(shí)會(huì)聽到電源嘯叫；或者在設(shè)置電流保護(hù)時(shí)，當(dāng)電流調(diào)試到某一段位時(shí)會(huì)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(shí)，開關(guān)變壓器會(huì)工作在非穩(wěn)態(tài)。

在第1 個(gè)周期由于開關(guān)管占空比過(guò)大，導(dǎo)通時(shí)間太長(zhǎng)，因此通過(guò)變壓器向后級(jí)傳輸了過(guò)多的能量；直流整流電路的儲(chǔ)能電感無(wú)法在第2 個(gè)周期內(nèi)完全釋放第1 個(gè)周期存儲(chǔ)的能量；當(dāng)?shù)? 個(gè)周期到來(lái)時(shí)，電源芯片將不會(huì)讓開關(guān)管導(dǎo)通，或者讓開關(guān)管導(dǎo)通的占空比很小。

這樣，儲(chǔ)能電感存儲(chǔ)的能量經(jīng)過(guò)第2 個(gè)和第3 個(gè)周期的釋放，導(dǎo)致輸出電壓減小。這樣，當(dāng)?shù)? 個(gè)周期到來(lái)時(shí)，電源芯片會(huì)驅(qū)動(dòng)開關(guān)管導(dǎo)通過(guò)大的一個(gè)占空比這樣周而復(fù)始，就會(huì)讓變壓器產(chǎn)生低頻振動(dòng)，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(shí)，輸出的紋波電壓也比工作在正常狀態(tài)時(shí)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(shí)，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(shí)，變壓器已經(jīng)處于嚴(yán)重超載狀態(tài)，隨時(shí)可能燒毀。

空載或負(fù)載很小時(shí)，開關(guān)管也會(huì)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(shí)，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(chǎng)景，變壓器工作時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)無(wú)法被很好地吸收，導(dǎo)致很多雜波信號(hào)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(shí)，就會(huì)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。

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(shí)，雖然帶載能力一般不受影響，但會(huì)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(jì)不良時(shí)，也可能在工作時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生嘯叫。

初級(jí)穩(wěn)壓電源芯片接地線走線不良。接地線走線不良時(shí)，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(wú)法帶負(fù)載，甚至無(wú)法起振。此時(shí)，經(jīng)常會(huì)伴隨嘯叫。

次級(jí)穩(wěn)壓電源芯片的接地線失誤。變壓器次級(jí)的基準(zhǔn)穩(wěn)壓芯片的接地和初級(jí)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(huì)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？

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(jì)的電源中采用了一個(gè)“FB3”磁珠，所以排除電源短路，這個(gè)就很方便；

對(duì)電源的配置參數(shù)進(jìn)行檢查，然后重新對(duì)電源上電測(cè)試，保證輸出電源符合設(shè)計(jì)需求；

當(dāng)電源問(wèn)題排除后，短路現(xiàn)象依然存在，那么此時(shí)后級(jí)負(fù)載就需要分析如何拆除才能確認(rèn)由于哪個(gè)器件導(dǎo)致的短路（最終定位單片機(jī)短路）；

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(gè)點(diǎn)測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，拆下的芯片本身也要進(jìn)行測(cè)量。

留意板上的錫球（焊接殘留）；

為什么噴涂了三防漆還是出現(xiàn)短路？

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(wèn)題。在PCB上有許多的元器件本身工作的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生熱量，若此時(shí)噴涂三防漆后會(huì)導(dǎo)致器件本身散熱大打折扣。另外加上對(duì)板上的接插件不能噴涂的原因，這就增大了短路的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)然，本次PCB短路事故本應(yīng)該不會(huì)發(fā)生的，由于現(xiàn)場(chǎng)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(jí)問(wèn)題。

審核編輯：劉清