數(shù)字控制器IC使用黑匣子工具和在線診斷功能最大限度地減少現(xiàn)場(chǎng)回訪

黑匣子診斷使用先進(jìn)的數(shù)字控制器，通過(guò)提高故障信息的準(zhǔn)確性和減少故障診斷的周轉(zhuǎn)時(shí)間，提供了徹底改變客戶退貨故障分析的機(jī)會(huì)。

本文包含哪些內(nèi)容？

數(shù)字控制器IC，使用黑匣子工具和在線診斷功能最大限度地減少現(xiàn)場(chǎng)回波

黑匣子內(nèi)容

數(shù)據(jù)檢測(cè)和恢復(fù)

EEPROM 壽命和數(shù)據(jù)保留

電源公司可以通過(guò)使用黑匣子來(lái)借用飛機(jī)工業(yè)的概念，該黑匣子監(jiān)控操作并存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)以供故障審查。這一概念將有助于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)退貨進(jìn)行故障分析，這對(duì)公司及其客戶來(lái)說(shuō)可能是昂貴的時(shí)間和金錢，并且診斷和報(bào)告全面故障分析的額外時(shí)間壓力可能會(huì)進(jìn)一步使供應(yīng)商與客戶的關(guān)系緊張。擁有適當(dāng)?shù)墓收显\斷工具來(lái)快速調(diào)試和解決問(wèn)題可能意味著產(chǎn)品成功與失敗之間的差異。您可以為隔離電源系統(tǒng)配置ADP1055高級(jí)PMBus?數(shù)字控制器IC，以提供在線黑匣子。

通過(guò)在線診斷和在線黑匣子，可以緩解問(wèn)題，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這些問(wèn)題會(huì)帶來(lái)更強(qiáng)大的設(shè)計(jì)實(shí)踐和系統(tǒng)知識(shí)。在線黑匣子具有一個(gè)數(shù)據(jù)記錄器，記錄關(guān)鍵事件或中斷之前電源的所有相關(guān)和關(guān)鍵信息。除了電源，您還可以輕松地將此概念應(yīng)用于其他系統(tǒng)。

黑匣子操作

ADP1055的黑匣子功能可以在EEPROM中記錄有關(guān)導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)斷的故障的重要數(shù)據(jù)。黑匣子診斷工具有兩個(gè)基本功能：首先，第一個(gè)標(biāo)志ID功能記錄第一個(gè)故障實(shí)例，例如過(guò)流，電壓和溫度;其次，當(dāng)控制器遇到此類故障時(shí)，將捕獲遙測(cè)的快照（如圖 1 所示）。此信息將保存到嵌入式非易失性EEPROM中，稍后可以檢索該信息以進(jìn)行調(diào)試。在存在多個(gè)故障的情況下，黑匣子會(huì)捕獲導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)閉的第一個(gè)標(biāo)志 ID 以及所有遙測(cè)信息。

圖1.來(lái)自 GUI 的黑匣子標(biāo)志顯示 V外OV FAST 故障作為第一個(gè)故障 ID

由于數(shù)字控制電源中有多個(gè)參數(shù)被測(cè)量，因此ADP1055采用專用（非多路復(fù)用）Σ-Δ型ADC，這些ADC隨時(shí)間推移對(duì)電壓、電流和溫度等每次測(cè)量進(jìn)行平均，為確保捕獲準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，在關(guān)斷時(shí)將測(cè)量數(shù)量記錄到黑匣子中。

此黑匣子功能對(duì)于在測(cè)試和評(píng)估期間對(duì)故障系統(tǒng)進(jìn)行故障排除非常有幫助。如果召回系統(tǒng)進(jìn)行故障分析，則可以從EEPROM讀取此信息，以幫助調(diào)查故障的根本原因。

有幾個(gè)選項(xiàng)可用于記錄到黑匣子，其中包括：

無(wú)錄音，黑匣子禁用

僅在最終關(guān)閉之前記錄遙測(cè)數(shù)據(jù)

記錄最終關(guān)機(jī)和所有間歇性重試嘗試的遙測(cè)數(shù)據(jù)（如果設(shè)備設(shè)置為關(guān)機(jī)并重試）

使用 CTRL 引腳或 OPERATION 命令記錄最終關(guān)斷、所有重試嘗試和正常關(guān)斷操作的遙測(cè)數(shù)據(jù)（如 PMBus 所述）

黑匣子內(nèi)容

EEPROM的兩頁(yè)（A頁(yè)和B頁(yè)）專門用于存儲(chǔ)黑匣子內(nèi)容。這允許總共 16 條記錄（每頁(yè)由 64 條記錄組成，每條記錄 16 個(gè)字節(jié)）。這兩個(gè)頁(yè)面形成一個(gè)循環(huán)緩沖區(qū)，用于記錄黑盒信息，其中數(shù)據(jù)每 <> 個(gè)被覆蓋千記錄。

EEPROM是一種頁(yè)面擦除存儲(chǔ)器，這意味著必須先擦除整個(gè)頁(yè)面，然后才能寫(xiě)入頁(yè)面。由于EEPROM的頁(yè)面擦除要求，在寫(xiě)入任何頁(yè)面的第八條記錄后，下一頁(yè)會(huì)自動(dòng)擦除，以允許連續(xù)的黑盒記錄。

每次在黑匣子中寫(xiě)入記錄時(shí)，設(shè)備都會(huì)遞增記錄編號(hào)。每個(gè)黑盒寫(xiě)入記錄圖 1 和圖 2 中列出的 PMBus 和制造商特定寄存器。

圖2.來(lái)自圖形用戶界面的黑盒讀數(shù)。

單個(gè)黑盒記錄大約需要 1.2 毫秒的編程時(shí)間。但是，必須考慮增加的頁(yè)面擦除時(shí)間，以確保成功記錄錯(cuò)誤。在ADP1055器件中，每頁(yè)可以寫(xiě)入8條記錄，因此只要記錄號(hào)是1n ? 0（n>32）的倍數(shù)，就會(huì)在另一頁(yè)上啟動(dòng)頁(yè)面擦除操作。擦除操作需要額外的 8 毫秒才能完成。因此，每次（1n ? 33）寫(xiě)入也需要頁(yè)面擦除，這使得總記錄時(shí)間達(dá)到2.1毫秒。建議每個(gè)關(guān)機(jī)和重試周期之間的最小延遲時(shí)間大于最小黑盒編程時(shí)間，即 2.33 毫秒，在最壞情況下可以延長(zhǎng)到 2.<> 毫秒。

圖 3 顯示了寫(xiě)入操作的計(jì)時(shí)。成功記錄黑匣子的另一個(gè)考慮因素是電源電壓或V的損失DD到集成電路。ADP1055需要一個(gè)恒定的VDD正常工作和黑匣子操作為 3.3 V。通常在隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器中，輔助電源或始終接通電源為控制器供電。在其他情況下，V上的保持電容DD引腳可用于將電壓保持在 UVLO 閾值以上。

圖3.黑盒寫(xiě)入操作。

黑匣子回讀

可以使用兩個(gè)專用的制造商特定命令來(lái)回讀存儲(chǔ)在EEPROM中的黑盒數(shù)據(jù)的內(nèi)容。READ_ BLACKBOX_CURR 命令是一個(gè)塊讀取命令，它返回當(dāng)前記錄 N（保存的最后記錄）以及所有相關(guān)數(shù)據(jù)，如“黑盒內(nèi)容”部分中所定義。READ_BLACKBOX_PREV 命令是一個(gè)塊讀取命令，它返回上一條記錄 N ? 1（靠近保存的最后一條記錄）的數(shù)據(jù)。由于這些命令是塊讀取命令，因此接收的第一個(gè)字節(jié)稱為BYTE_COUNT，并向 PMBus 主站指示還要讀取多少字節(jié)。

建議使用ADP1055 GUI查看黑盒數(shù)據(jù)，因?yàn)樗砸子陂喿x、用戶可訪問(wèn)的格式顯示整個(gè)黑匣子內(nèi)容。

ADP1055中的黑匣子功能使用數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤檢查（PEC）來(lái)確保數(shù)據(jù)有效性。每個(gè)黑盒記錄末尾的 PEC 字節(jié)特定于每個(gè)記錄，并使用循環(huán)冗余校驗(yàn) （CRC） 8 多項(xiàng)式計(jì)算。在寫(xiě)入EEPROM時(shí)，PEC字節(jié)將附加到數(shù)據(jù)中，并且是該記錄的最后一個(gè)有效字節(jié)。在從EEPROM讀取時(shí)，每條記錄的標(biāo)頭塊用于計(jì)算預(yù)期的PEC代碼，并將該內(nèi)部計(jì)算的PEC代碼與接收的PEC字節(jié)進(jìn)行比較。如果比較失敗，則設(shè)置STATUS_CML寄存器中的PEC_ERR位，并且由于數(shù)據(jù)的有效性已受到損害，該記錄將被丟棄。

數(shù)據(jù)檢測(cè)和恢復(fù)

黑匣子算法依賴于足夠的時(shí)間來(lái)保存黑匣子數(shù)據(jù)和/或執(zhí)行頁(yè)面擦除操作來(lái)準(zhǔn)備黑匣子進(jìn)行記錄。在 V 的情況下DD在最短編程時(shí)間過(guò)去之前折疊，則有可能損壞EEPROM中的數(shù)據(jù)。此外，如果 VDD在EEPROM擦除操作期間折疊，黑匣子內(nèi)的數(shù)據(jù)也可能損壞。

在這種情況下，黑盒算法可以檢測(cè)到發(fā)生了數(shù)據(jù)損壞，并嘗試采取糾正措施以恢復(fù)正確的黑盒記錄。請(qǐng)注意，黑匣子不會(huì)嘗試更正損壞的數(shù)據(jù)，而是忽略損壞的記錄并恢復(fù)記錄在不同的記錄。下面的說(shuō)明詳細(xì)介紹了此方案。

在 V 期間DD上電時(shí)，讀取EEPROM兩頁(yè)中所有記錄的標(biāo)頭塊，并確定記錄是否有效。如果記錄通過(guò)以下測(cè)試，則該記錄有效：

標(biāo)頭塊和 PEC 字節(jié)不能全部為 1，因?yàn)檫@是頁(yè)面擦除后每條記錄的初始數(shù)據(jù)。

計(jì)算出的 PEC 代碼（使用標(biāo)頭塊中的數(shù)據(jù)）必須與收到的 PEC 字節(jié)匹配。

記錄編號(hào)必須在有效記錄范圍內(nèi)，但它必須大于當(dāng)前記錄編號(hào)且小于最大記錄編號(hào)。

如果記錄未通過(guò)上述任何測(cè)試，則該記錄將被視為無(wú)效并被丟棄。如果記錄通過(guò)所有測(cè)試，則會(huì)更新指向最后一個(gè)有效記錄編號(hào)的指針。以下信息顯示了兩種情況，其中潛在的 VDD崩潰可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞及其恢復(fù)過(guò)程。

場(chǎng)景 1

在 VDD 在記錄完成之前崩潰的情況下，PEC 字節(jié)（即寫(xiě)入的最后一個(gè)字節(jié)）很可能會(huì)損壞。在 VDD 通電的掃描過(guò)程中，此記錄將無(wú)法通過(guò)測(cè)試 2 并將被丟棄。

在通電掃描過(guò)程中，如果A頁(yè)上的記錄未通過(guò)測(cè)試2，則B頁(yè)將被擦除，下一個(gè)記錄指針將是B頁(yè)的第一條記錄。例如

頁(yè)面 A 有：

0. 有效Rec_No_0
1.有效期Rec_No_1
2.有效期Rec_No_2
3.有效期
Rec_No_3 4.有效期Rec_No_4
5.有效期
Rec_No_5 6.有效期
Rec_No_6 7.有效Rec_No_7

頁(yè)面 B 有：

8. 有效Rec_No_8
9. 有效Rec_No_9
10. 有效Rec_No_10
11. 有效Rec_No_11
12. 無(wú)效Rec_No_12（由于 VDD 丟失而損壞;將失敗上電時(shí)測(cè)試 2）
13. 空
14. 空
15. 空

在掃描過(guò)程結(jié)束時(shí)，

最后一條有效記錄是第 B 頁(yè)的Rec_No_11

丟棄頁(yè)面 B 的無(wú)效Rec_No_12，并設(shè)置PEC_ERR

頁(yè)面 A 將被擦除，下一個(gè)用于存儲(chǔ)的記錄是頁(yè)面 A 的Rec_No_16

READ_BLACKBOX_CURR返回Rec_No_11

READ_BLACKBOX_PREV返回Rec_No_10

請(qǐng)注意，B 頁(yè)的 Rec_No 12-15 丟失，但這是可以接受的，可以恢復(fù)黑盒記錄過(guò)程的正常運(yùn)行。

場(chǎng)景 2

如果 VDD 在頁(yè)面擦除完成之前折疊，則擦除的整個(gè)頁(yè)面上可能會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)損壞。在VDD上電的掃描過(guò)程中，此頁(yè)面的所有記錄可能無(wú)法通過(guò)測(cè)試2，也可能未通過(guò)測(cè)試3，在這種情況下，記錄將被丟棄。

頁(yè)面 A 有：

0. 有效Rec_No_0
1. 有效Rec_No_1
2. 有效Rec_No_2
3. 有效Rec_No_3
4. 有效Rec_No_4
5. 有效Rec_No_5
6. 有效Rec_No_6
7. 有效Rec_No_7（黑匣子錄制成功;但是，
由于 VDD 丟失，頁(yè)面擦除已損壞）

頁(yè)面 B 有：

8.由于在頁(yè)面擦除過(guò)程中VDD丟失而損壞Rec_No_7
9.由于在頁(yè)面擦除過(guò)程中VDD丟失而損壞 Rec_No_7
10.由于在頁(yè)面擦除過(guò)程中VDD丟失而損壞Rec_No_7
11.由于在Rec_No_7之后的頁(yè)面擦除過(guò)程中VDD丟失而損壞
12.由于在頁(yè)面擦除過(guò)程中VDD丟失而損壞 Rec_No_7
13.由于在頁(yè)面擦除過(guò)程中VDD丟失而損壞Rec_No_7
14.由于在頁(yè)面擦除過(guò)程中VDD丟失而損壞Rec_No_7
15.由于在頁(yè)面擦除過(guò)程中VDD丟失而損壞Rec_No_7

在掃描過(guò)程結(jié)束時(shí)，

最后一條有效記錄是第 A 頁(yè)的Rec_No_7

通過(guò)頁(yè)面 B 的Rec_No_8無(wú)效Rec_No_15將被丟棄，并設(shè)置PEC_ERR

頁(yè)面 B 將被擦除，下一個(gè)用于存儲(chǔ)的記錄是頁(yè)面 B 的Rec_No_8

READ_BLACKBOX_CURR返回Rec_No_7

READ_BLACKBOX_PREV返回Rec_No_6

請(qǐng)注意，在這種情況下，不會(huì)丟失記錄，因?yàn)槲赐瓿傻捻?yè)面 B 擦除操作在通電時(shí)重新啟動(dòng)。

EEPROM 壽命和數(shù)據(jù)保留

ADP1055的EEPROM經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)，知道電源可在現(xiàn)場(chǎng)工作，使用壽命長(zhǎng)。ADP1055的EEPROM在15°C下的數(shù)據(jù)保留期長(zhǎng)達(dá)125年。 此外，在電源的使用壽命期間，可能會(huì)對(duì)EEPROM進(jìn)行多次寫(xiě)入，這也是數(shù)據(jù)保留的一個(gè)限制因素。為了在過(guò)長(zhǎng)的擦除程序周期后提高EEPROM的數(shù)據(jù)可靠性，ADP1055將故障記錄的最大數(shù)量限制為158，000（當(dāng)ADP1055的環(huán)境溫度低于85°C時(shí)推薦）或16，000（當(dāng)ADP1055的環(huán)境溫度低于125°C時(shí)）。

在每次黑匣子記錄到 EEPROM 之后，當(dāng)前記錄編號(hào)遞增。如果發(fā)生故障并且當(dāng)前記錄數(shù)大于上述最大記錄數(shù)，則不允許進(jìn)行額外的黑盒記錄，因?yàn)镋EPROM已達(dá)到其允許的最大擦除程序周期，并且任何額外的記錄都不可靠。STATUS_CML寄存器中的MEM_ERR位設(shè)置為指示此條件。

圖4描述了ADP1055是一款具有黑匣子功能的高級(jí)數(shù)字DC-DC控制器，如何在典型應(yīng)用中使用。它適用于全橋、相移和有源正激鉗位等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它具有多種功能，例如冗余 OVP、平均和峰值過(guò)流保護(hù)、帶微型 FPGA 的 GPIO 以及有源緩沖器。ADP1055還可用作多相控制器。配置黑匣子不需要額外的硬件。ADP1055基于FSM（有限狀態(tài)機(jī)），具有專用邏輯，易于使用，因此用戶無(wú)需學(xué)習(xí)任何新的編程語(yǔ)言，因此不涉及固件。

圖4.采用ADP1055的隔離式DC-DC功率級(jí)的高級(jí)視圖

黑匣子功能也可以在制造流程中有效部署，以檢測(cè)產(chǎn)品驗(yàn)證和試生產(chǎn)早期階段的老化和壓力測(cè)試故障。黑匣子將電源調(diào)試提升到一個(gè)新的水平，并為復(fù)雜系統(tǒng)的故障排除提供了重點(diǎn)指南。通過(guò)消除黑匣子記錄儀發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，從而減少客戶故障并改善可靠性指標(biāo)，例如故障間隔時(shí)間 （MTBF）

審核編輯：郭婷