嘉峪检测网 2025-05-17 11:09
导读:本文介绍了接触放电测试出现系统自动关机失效分析案例。
某电脑显示器产品,在正常显示画面时,对金属端子进行±4KV接触放电时出现自动待机现象,反复验证多次问题现象确实存在,排除概率性、随机性问题的可能性。
出现自动待机现象时,重新按开关按键可以正常开机,电脑显示器电路原理框图如下所示:
根据电脑显示器电路原理框图可知,出现自动待机现象主要与复位电路、DC-DC电源、按键控制电路、显示控制芯片电路相关。引起系统出现自动待机现象的条件如下:
12V转5V DC-DC工作状态异常,出现输出电压跌落,导致后端LD0、显示控制芯片因工作电压低于额定工作电压出现异常,系统出现自动待机。显示控制芯片的复位电路受到静电放电噪声干扰,导致复位电路的误动作,引发系统错误的复位操作,系统出现自动待机。
按键控制电路受到静电放电干扰,导致按键误触发,发出错误的关机指令,系统出现自动待机。显示控制芯片本身受到静电放电干扰,导致其工作状态出现异常,出现系统自动进入待机模式。
静电放电过程中使用示波器测量12V转5V DC-DC输出端5V电压,发现出现瞬间电压跌落到2.96V,反复测量多次确认DC-DC输出端确实出现电压跌落现象,12V转5V DC-DC电路如下图所示:
为确认是否因5V DC-DC输出电压跌落引起系统自动待机问题,将DC-DC电源断开使用稳压源提供系统5V供电,静电放电系统自动待机现象消失,确认是DC-DC输出端电压跌落引起后端系统工作状态异常,DC-DC输出电压在静电放电过程中测量波形如下图所示:
DC-DC输出端电压跌落的原因主要有:EN脚开启电压瞬间低于额定电压,DC-DC出现瞬间关断输出电压跌落,后端电解电容容量较小,电压补偿来不及;DC-DC反馈环路受到静电放电干扰,导致反馈信息出错,DC-DC芯片做出误调整引起输出电压瞬间跌落,后端电解电容容量较小,电压补偿来不及。
根据DC-DC电路设计可知,DC-DC芯片EN脚采用12V电压输入被RD7/RD4电阻分压,其中RD4电阻参数为20Kohm,RD7电阻为100Kohm,通过计算得出EN脚的供电电压为12V*(20/100+20)=2V。
根据DC-DC芯片规格书上对EN脚描述说明可知,EN脚需要高电平开启,建议设计是直接接100Kohm电阻上拉到输出电源Vin,而实际上的电路设计不符合芯片规格书要求。根据数字电路高、低电平定义,此电平值处于不确定电平段,极易导致芯片误判。(数字电路电平定义:≦0.7V为低电平,≧2.8V为高电平,0.7V≦开启电压≦2.8V应避免)
仔细查阅芯片规格书可知EN脚工作最低电压要求为1.5V,实际工作电压设置为2V,处于临界值日,非常不安全,将EN脚下拉电阻RD4移除,电压达到12V,静电放电测试时自动待机现象消失。
12V转5V DC-DC是系统主电源,由于EN脚分压电阻参数选择不当,实际工作电压为2V,而EN脚工作最低电压要求为1.5V,实际工作电压处于SPEC要求的下限。
静电放电电流流过参考地平面时,引起参考地电位波动,DC-DC EN脚参考电压跟随地电位波动,波动范围超过DC-DC芯片EN脚开启电压容限,出现DC-DC芯片被误关闭引起输出电压跌落,后端电解电容容量较小,来不及补偿输出电压,导致后端电路因输出电压低于额定工作电压,系统出现自动待机现象。
根据问题原因分析,试验验证结果,结合DC-DC芯片规格书使用说明要求,结合成本最优原则,问题解决方案如下:
问题解决方案(一):将DC-DC芯片EN脚对地分压电阻参数由20K改为47K,工作电压由2V调整到3.6V,使DC-DC EN脚实际工作电压在芯片规格书允许的安全范围内。
问题解决方案(二):将DC-DC芯片EN脚对地分压电阻移除,工作电压由2V调整到6.67V,使DC-DC EN脚实际工作电压在芯片规格书允许的安全范围内。(解决方案二)综合评估采用解决方案(一)
关于DC-DC芯片电路设计应严格遵守芯片应用手册,尤其是EN脚、反馈信号、输出端滤波电感、电解电容关键器件选型。本案例DC-DC输出端电解电容参数由100uF改为470uF甚至更大容量电容时输出电压跌落问题就不是非常明显,则很容易忽略,很难被发现。
来源:风陵渡口话EMC
关键词: 接触放电测试