电路板发出了“滴答滴答”的声音...

硬件笔记本

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在之前的一个设计项目交付后，由于现场调试人员的操作失误，在拆开设备后面板时被裸露的线头触碰电路板（喷有三防漆），最终导致短路，现场反馈的是说单片机不工作，并且听到电路板带电时伴有“滴答滴答”的声音。
6 `* u  @- g3 S% k9 t3 h紧张的排故开始……

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( ~7 w$ w* {% S2 T电源方案原理图

$ R! f" p1 ]5 o" m4 Q电源采用的是BL8033同步降压开关电源。最大输入为16V、最大输出3A、效率高达96%。

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' J5 l) o3 @3 T# q0 Q' mBL8033的电气特性
  E+ e8 Q; X, o1 a2 v: X: r7 B
' I4 O6 U7 @# U2 O; F5 w/ q* B( V根据反馈是因为短路导致电路板上出现“滴答滴答”声音。得知这个问题，基本可以定位声音就是出现在电源附近，再分析后就可以确定来自于电感。那么电源为什么在出现负载短路时导致电感发出“滴答滴答”的声音呢？下面一起来分析下。
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" t/ q; ~$ c0 G! b% z电感为什么会啸叫？
电感啸叫问题，如何解决？
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) ~: X4 R9 C' ~, G4 C. Q) {1. 大功率开关电源短路啸叫。在开关电源满载工作时，突然将开关电源短路，有时会听到电源啸叫；或者在设置电流保护时，当电流调试到某一段位时会有啸叫，究其原因，当所带负载接近电源的输出功率极限时，开关变压器会工作在非稳态。
在第1 个周期由于开关管占空比过大，导通时间太长，因此通过变压器向后级传输了过多的能量；直流整流电路的储能电感无法在第2 个周期内完全释放第1 个周期存储的能量；当第3 个周期到来时，电源芯片将不会让开关管导通，或者让开关管导通的占空比很小。
9 S6 q. X' t  `( S/ M这样，储能电感存储的能量经过第2 个和第3 个周期的释放，导致输出电压减小。这样，当第4 个周期到来时，电源芯片会驱动开关管导通过大的一个占空比这样周而复始，就会让变压器产生低频振动，从而发出人耳可以听到的声音。
- N" H* Q2 B) A* Y% x7 O电源工作在非稳态时，输出的纹波电压也比工作在正常状态时大很多。当开关管全截止的周期数在总的周期数中达到一定占比时，电源的开关频率就从高频范围进入了音频范围，从而发出尖锐的啸叫。此时，变压器已经处于严重超载状态，随时可能烧毁。
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" ^4 Y  l0 `6 l2. 空载或负载很小时，开关管也会出现间歇性的全截止周期，当开关管全截止的周期数在总的周期数中所占的比例达到一定占比时，电源的开关频率就从高频范围进入了音频范围，从而发出尖锐的啸叫。
) A7 s! K8 _# @另外，在空载或轻载场景，变压器工作时产生的反电势无法被很好地吸收，导致很多杂波信号耦合到变压器的一次绕阻和二次绕阻。当这些杂波中的低频分量与变压器的固有振荡频率一致时，就会发生谐振。为了避免谐振频率落入音频范围产生啸叫，可以在电路中增加选频回路，滤除低频分量。

. P" |; [+ W% C5 E0 t- z6 |! p3. 变压器浸漆不良，包括未进行浸漆处理。变压器浸漆不良时，虽然带载能力一般不受影响，但会产生啸叫，输出波形有尖刺。需要注意的是，变压器的设计不良时，也可能在工作时振动产生啸叫。

4. 初级稳压电源芯片接地线走线不良。接地线走线不良时，常见的表现是概率性故障（部分产品可以正常工作，部分产品发生故障）。故障现象为无法带负载，甚至无法起振。此时，经常会伴随啸叫。

5. 次级稳压电源芯片的接地线失误。变压器次级的基准稳压芯片的接地和初级的电源稳压芯片的接地有类似的要求：不能直接和变压器的冷地、热地相连接。如果连接在一起，就会导致带载能力下降并且产生啸叫。负载越大，啸叫越明显。
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" O: `+ ~# w) S6 ~定位啸叫原因后如何解决短路？
: f& M) y# W& I2 z5 _3 l8 s. W( l2 y1. 硬件条件允许的情况下可将电源输出与负载之间的通道断开，在本上面设计的电源中采用了一个“FB3”磁珠，所以排除电源短路，这个就很方便；
2. 对电源的配置参数进行检查，然后重新对电源上电测试，保证输出电源符合设计需求；
. G8 ?# `- {, X3 s' W4 }: B+ @3. 当电源问题排除后，短路现象依然存在，那么此时后级负载就需要分析如何拆除才能确认由于哪个器件导致的短路（最终定位单片机短路）；
7 F) r2 f% l3 V# \, j4. 排除负载短路的方法，我一般都是从小器件到大器件且易焊接的开始，拆除一个点测量一个点，拆下的芯片本身也要进行测量。
5. 留意板上的锡球（焊接残留）；

为什么喷涂了三防漆还是出现短路？
三防主要是：防霉菌、防潮湿、防盐雾。所以它并不能起到有效防止短路的问题。在PCB上有许多的元器件本身工作的时候会产生热量，若此时喷涂三防漆后会导致器件本身散热大打折扣。另外加上对板上的接插件不能喷涂的原因，这就增大了短路的风险。
$ ?1 `* ]. O4 A3 ?: \; F当然，本次PCB短路事故本应该不会发生的，由于现场调试环境的复杂，加上调试人员粗心，最终出现了这种低级问题。

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