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萬萬沒想到,低功耗也會燒毀元器件?

今天讀到一篇ADI期刊中的故障解決,雖然這種問題在如今晶片設計時已經考慮到并解決,但也非常有意思,分享給各位朋友。

萬萬沒想到,低功耗也會燒毀元器件?

問題:

我更換了一個更新更好的穩壓器,具有更低的電流損耗。結果發生故障,穩壓器甚至燒毀。請問如何解釋這一現象?

解答:

線性穩壓器是相當簡單的器件,并沒有太多挑戰。盡管如此,偶爾還是會遇到麻煩。

我當現場應用工程師時,有時客戶會請我推薦替代其他供應商的器件。在許多情況下,器件的替換由客戶的生産、采購團隊決定,而原來的電路設計師可能并不知曉這個變更。

決策過程相當簡單:替換器件應當具有相同的功能、封裝和引腳配置,以及與被替換器件同等甚至更好的電氣規格。隻要滿足所有這些要求,就向元器件工程師提供必要的比較資料,将新元器件添加到材料清單中,作為第二供應商備選件。

做完這些,應當大功告成。但事實上,使用舊器件正常工作的産品在替換為備選件後,在生産線上開始失效。哪裡出錯了呢?

我曾參與解決這樣一個案例,我們遵循上述流程,在客戶設計中,将一個隔離式RS-485收發器作為另一供應商器件的第二供應商。兩個器件形狀、尺寸和功能相容,而我們的器件具有更好的電氣規格。客戶随後向我們下了大量此器件的訂單,似乎沒有任何理由出錯。然而,客戶報告說,新的RS-485收發器在生産測試台上開始失效。由于設計中沒有任何别的改變,是以一定是圖中的新器件出錯了。

經過進一步調查,我們發現為收發器總線側供電的線性穩壓器未按預期穩壓至5V,而是上升到更高的電壓。我們不得不仔細檢查、比較舊收發器和替換件的資料手冊,以及線性穩壓器的資料手冊,以确定哪裡出錯了。

"更好"是一個定性術語,具體取決于所讨論的參數。例如,當涉及到速度、CMRR、PSRR時,越高越好;當涉及到失調電壓、漂移時,越低越好;而您不需要太多工程知識就知道功耗總是越低越好。真的是這樣嗎?

在這個特殊案例中,并非如此。舊收發器閑置狀态下在總線側消耗15mA(典型值)電流,而新器件僅消耗2mA(最大值)。毫無疑問,新器件在資料上看起來更好。不幸的是,線性穩壓器似乎失常了。

萬萬沒想到,低功耗也會燒毀元器件?

正如本文開頭提到的,線性穩壓器相當簡單,并沒有太多要求。然而,它的一個特殊要求是需要最小負載電流才能正常工作。如果這一需求沒有被滿足,穩壓器将無法正常穩壓,輸出電壓超出範圍。如果穩壓器的輸入電壓遠高于期望的輸出電壓,情況将變得更差。

許多現代線性穩壓器在設計中特别注意了這個問題,因而不會産生故障。一些舊器件(如本案中客戶設計所用的器件)沒有考慮此點,是以在系統設計時需要額外的預防措施。某些情況下,可調輸出LDO的回報電阻網絡負責最小負載電流。

不幸的是,如果決定大幅提高電阻,同時保持相同比值,很可能無意中闖禍。還有另外一種情況,即由LDO供電的器件在正常工作期間滿足負載要求,而在待機狀态下則不行。這些都是需要注意的潛在缺陷,是以請務必仔細閱讀LDO資料手冊。如果有最小負載電流要求,通常以某種形式展現出來。

萬萬沒想到,低功耗也會燒毀元器件?

回到我們的故事,一旦了解了問題産生的根本原因,那麼修複就相當簡單。我們要做的就是在調節器輸出端加一個洩放電阻,以消耗最小負載電流。

雖然不理智的客戶很容易将問題簡單地歸咎于我們的器件,但本例中的客戶看到了積極的一面,很高興能從這一案例中學習到新技術。

萬萬沒想到,低功耗也會燒毀元器件?

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