电源部分的常见故障排除的方法有哪些?

鑫锐电气 2022-10-02 09:13 编辑:admin 237阅读

输入电压过高
针对电源模输入参数异常――输入电压过高。这中异常轻则导致系统无法正常工作,重则会烧毁电路。那么输入电压过高通常是那些原因造成的呢?

输出端悬空或无负载;
输出端负载过轻,轻于10%的额定负载;
输入电压偏高或干扰电压。
针对这一类问题,可以通过调整输出端的负载或调整输入电压范围,具体如下所示:

确保输出端不小于少10%的额定负载,若实际电路工作中会有空载现象,就在输出端并接一个额定功率10%的假负载;
更换一个合理范围的输入电压,存在干扰电压时要考虑在输入端并上TVS管或稳压管。
输出电压过低
针对电源模输出参数异常――输出电压过低。这可能会导致整体系统不能正常工作,如微控制器系统中,负载突然增大,会拉低微控制器供电电压,容易造成复位。并且电源长时间工作在低输入电压情况下,电路的寿命也会出现极大的折损。因此输出电压偏低的问题是不容忽视的,那么输出电压过低通常是那些原因造成的呢?

输入电压较低或功率不足;
输出线路过长或过细,造成线损过大;
输入端的防反接二极管压降过大;
输入滤波电感过大。
针对这一类问题,可以通过调整供电或者更换相应的外围电路来改善,具体如下所示:

调高电压或换用更大功率输入电源;
调整布线,增大导线截面积或缩短导线长度,减小内阻;
换用导通压降小的二极管;
减小滤波电感值或降低电感的内阻。
输出噪声过大
针对电源模输出参数异常――输出纹波噪声过大。众所周知,噪声是衡量电源模块优劣的一大关键指标,在应用电路中,模块的设计布局等也会影响输出噪声,那么输出纹波噪声过大通常是那些原因造成的呢?

电源模块与主电路噪声敏感元件距离过近;
主电路噪声敏感元件的电源输入端处未接去耦电容;
多路系统中各单路输出的电源模块之间产生差频干扰;
地线处理不合理。
针对这一类问题,可以通过将模块与噪声器件隔离或在主电路使用去耦电容等方案改善,具体如下:

将电源模块尽可能远离主电路噪声敏感元件或模块与主电路噪声敏感元件进行隔离;
主电路噪声敏感元件(如:A/D、D/A或MCU等)的电源输入端处接0.1μF去耦电容;
使用一个多路输出的电源模块代替多个单路输出模块消除差频干扰;
采用远端一点接地、减小地线环路面积。

干货!电源的上电抖动问题分析

电源是每个电路系统的核心;其关系到这个电路是否正常工作;而对于高端的ARM、DSP等嵌入式处理器更是如此。概因处理器性能越强,对核心的供电要求越高。大电流输出,高电源稳定性是必须的。

近日在调试TMS320C6678 DSP系统的时候遇到问题,发现同一个DC-DC电源方案,在不同的输出电压下有不一样的表现。发现其在设置为3.3V供电、1.5V供电的时候,上电曲线很完美;但是在设置为1V供电的时候,在上电的瞬间却存在抖动的现象;这让我大吃一惊。

测试对象:TMS320C6678小系统,供电芯片:TPS54620

测试工具:无线示波器(泰思科技F28M6D)

测试方式:电压电流,电路参数计算

1、电路电压测量

示波器及待测板子

电压测试

核心电压测试

3.3V的上电曲线

1.5V的上电曲线

1.0V的上电曲线(发现上电有杂波)

放大波形

2、数据测量

在触发出电源的上电瞬间波形后,打开FFT查看频率成份;经过对比,发现抖动的噪声集中在16.9KHz到28.2KHz这个频段。而3.3V的上电曲线则非常干净,没有什么噪声掺杂在里面。

3.3V的频率成份

1.0V的频率成份

3、原理分析:

电路设计是这样的:

3.3V原理图

1.0V原理图

输出电压计算公式

VOUT = 0.8(R1+R2)/R2

则VOUT = 0.8*(2.49K+10K)/10K = 0.9992V

电压输出值符合设计。

最小电感的计算

则Lmin = ((9 - 1)/(4 * 0.3)) * (1 / (9*900kHz)) ≈ 0.8uH

实际电感取值:2.7uH/6A;符合设计。

最小滤波电容的计算

则Cmin = (4*1)/(900kHz*0.075) = 59.24uF

实际电容值:22uF+22uF = 44uF,不满足设计。

4、优化方案:

输出端增加滤波电容,为达到更好的滤波效果;增加电容组合:22uF+1uF+100nF = 23.1uF;增加后总电容值为44uF+23.1uF = 67.1uF;符合设计要求。

(不同电容大小的独立电容在对应的噪声频段有更好的滤波效果,具体分析在后续的技术文章中说明。)

5、更改结果:

增加了电容后

上电测试:

更改后1.0V上电曲线

FFT频域分析:

FFT

小结:

可以发现,更改后的设计;即使符合设计要求,但是上电震荡的问题仍未解决;总体的纹波有改善,但并不明显。

从调试结果来看,也不是电感电容值的问题;在调试过程中,电感值更换了1uH、1.5uF、22uH;均存在震荡的现象。故,初步推测,这个问题是TPS54620的固有缺陷。具体的原因还需要深入排查及咨询原厂。