空气中冒烟。3种不同的PCB。PCB有鬼吗?


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是的,那是a句。(编辑:修复它...现在实际上是Haiku)

不,我不是在微笑。

我正在做一些标准测试;看看当我设计的PCB上的两个电源轨之一短路到GND时会发生什么。我们正在谈论的是由台式电源提供的12 V电源轨,以及一个单独的板载5 V降压转换器,该转换器为PCB上的另一个电源轨供电(我的ATmega328PB连接到该电源轨)。

12 V电源轨上有一堆DC桶形插孔,这些插孔将暴露给最终用户。因此,自然而然地,我决定将珠宝商的螺丝刀塞入其中的一个中,以进行短路测试。

瞧,我的ATmega328PB冒了点烟。

我认为这意味着发生以下事情之一:

在此处输入图片说明

示意图时间

这是与ATmega328PB的连接示意图:

ATmega328PB原理图

以下是设计中所有与12 V电源轨(VBAT +电源轨)连接并控制GND电流返回路径的示意图:

FET功率控制

模拟前端

这是桶形插孔和相关插孔检测引脚的示意图(请注意,这些引脚直接连接到ATmega328PB的某些引脚,没有串联电阻):

带有插孔检测引脚的DC桶形插孔

短路计划

解决12 V电源轨上的短路的计划只是简单地关闭LOAD_FET N沟道FET,因为固件满足了以下两个逻辑条件之一:

  1. ADC以1 Hz的速率采样将检测过流情况,并使FET_LOAD开关停止导通,从而切断短路电流
  2. 为ATmega供电的电压将进入欠压状态,MCU将复位并将FET_LOAD开关初始化为“关”,从而切断短路电流

大烟

这是一个示波器探头,说明通过使用珠宝商的螺丝刀将Vbat +与GND短路到CH1上的Vbat +导轨(黄色)和CH2上的+5导轨(蓝色)时发生的情况(插入蓝色电缆),示波器探针。桶式千斤顶电路(我没有将螺丝起子插入插座中)由台式电源供电,该电源设置为12V @ 5 Amps:

短路|  CH1-Vbat + |  通道2-+ 5V

在那之后,只要我给开发板加电,ATmega就会变得非常热,并且实际上是+ 5V输入和信号地之间的短路。我用热风对ATmega进行了拆焊,并测试了FET_LOAD N沟道FET是否被油炸。实际上,它已经失败了,以至于在将栅极电压施加到+5或信号地时,它不再完全关闭或打开,而是在两者之间的暮光区域中的某个地方工作。当在桶形插座中插入负载时,无论是“导通”还是“关断”,它在传导约200 mA电流时都会下降约2.3伏。

直觉

有一种预感,即由于FET被损坏,对ATmega造成损害的矢量可能是由高电压通过FET漏极传输到其栅极再到MCU所引起的。在较低的电压下为12V电源轨进行了一些后续测试。请注意,前三个图像基本相同,但峰值电流不同。一旦ATmega关闭(由于Vbat +轨上的电压崩溃),MCU提供的LOAD_GND_ENABLE信号(下面的蓝色)又变为低电平,从而切断了FET_LOAD开关。

传说:

CH1 = Rshunt两端的电压(0.005 ohm) CH2 = LOAD_GND_ENABLE信号上的电压(连接到ATmega)

以6V供电的Vbat +:

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以7V供电的Vbat +:

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以8V供电的Vbat +:

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以9V供电的Vbat +:

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在那最后一个上,电流永不停止增加,并且LOAD_GND_ENABLE信号进行了时髦的跳动,但总而言之,似乎从未在LOAD_GND_ENABLE引脚上突破最大限制(至少我不认为这是...我只有一个2通道示波器,必须测量+ 5V电压才能知道LOAD_GND_ENABLE wrt Vcc 上的电压。

下一步

我只剩下1个可以牺牲的木板,因此我的计划是:

  1. 使用空白的ATmega328PB,以便在未配置/初始化任何外设的情况下将其所有引脚默认为高阻抗。重复短路测试以查看ATmega328PB是否仍然冒烟。如果没有问题,则说明MCU必须失败,因为在先前测试中运行固件时,它从配置为输出的引脚之一中汲取/吸收了过多电流。

  2. 使用通过飞线连接到PCB的分线板上安装的ATmega328PB进行测试(不幸的是,该芯片未采用DIP封装)。有选择地开始一次连接一条飞线,进行测试,看看哪条飞线最终成为负责油炸ATmega328PB的那条。

  3. 订购具有更改布局的新样品PCB,以使连接至ATmega328PB的所有走线均通过可在我测试时手工焊接的焊桥连接。这样,可以在将ATmega一次连接到有限数量的信号的情况下进行短路测试(以及任何其他测试),并且可以轻松地将所有其他外部电路连接到这些焊桥,从而独立于ATmega进行控制。

是的,这确实是一个问题!

问题是:

  • 有人在这里看到我没看到的东西吗?明显吗?我希望它不明显...
  • 您下一步将是什么?

5
+1表示ku句,还有一个确实做得很好的完整详细问题。但不幸的是,我没有经验/知识甚至无法给出答案。
manassehkatz-恢复莫妮卡

2
短路电流的1秒采样率太慢。假设处于危险中的部分是某些半导体,其有源区域的厚度为10微米,该10微米的热Tau为1.14微秒,则需要快速检测过电流(即短路)。
Analogsystemsrf

2
放出魔力后,电东西不起作用...
太阳迈克

我希望我们看到更多这样的问题。+1
Wossname

Answers:


1

我认为您在LOAD_GND线路中的开关可能是有罪的,再加上未保护的微型插孔检测线(我要指出的是,对于没有插入插头的任何插孔,它们都连接到LOAD_GND。

考虑一下如果关闭该MOSFET会发生什么情况(未插入插孔的插孔上的插孔检测线将通过短路负载连接到电池电压,从而会冒烟),您至少应具有一些串联电阻和一个钳位在插孔上检测线路(说10k左右,还有一对二极管),但实际上我看不到LOAD_GND开关真的能比高端开关给您带来什么收益?

顺便说一句,在汽车行业中,有一个非常不错的逻辑控制高端开关,内置有过电流跳闸和电流检测功能,非常值得一看。


你是绝对正确的。非常简洁,非常正确。谢谢你,先生。
macdonaldtomw

3

12 V导轨上有一堆DC桶形插孔,这些插孔将暴露给最终用户。因此,自然而然地,我决定将珠宝商的螺丝刀塞入其中的一个中,以进行短路测试。

这意味着您在无保护的JACK_DETECT线路上施加了+ 12V的电压,从而油炸了MCU。请参阅上面的“任何引脚[..]上的电压”。

重新设计电路,使两者之间完全短路VBAT+并且JACKx_DETECT不允许MCU引脚上的电压上升到VCC以上-例如使用电阻器和二极管。


0

显然还无法发表评论。但是,根据以下观察,我更改了答案以与上述观点一致。

我要注意的一件事情是,当ATMega处于启动/重置状态时,确保您的FET处于良好驱动状态(上拉/下拉)。引脚通常设置为输入模式IIRC,这会导致FET栅极浮置并提供差的Vgs驱动,从而增加通道电阻。如果漏极和源极连接之间的电流很大,将迅速使FET过热/毁坏。

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