電子工程師們，在日常工作中，是不是常被一些莫名奇妙的故障搞得焦頭爛額？今天，就給大家分享一段我親身經(jīng)歷的“電子破案記”，關(guān)乎一個(gè)在正常供電下，卻因熱插拔瞬間“消失”的DCDC芯片，一起來(lái)看看背后到底藏著怎樣的玄機(jī)。
這次實(shí)驗(yàn)用到的器材并不復(fù)雜，一臺(tái)可調(diào)開關(guān)電源，它能精準(zhǔn)調(diào)控輸出電壓，為整個(gè)電路提供穩(wěn)定“動(dòng)力”；一塊DCDC測(cè)試電路板，看似平平無(wú)奇，卻在這次事件中扮演關(guān)鍵角色，其輸入端安裝著一顆SMAJ28CATVS，按照我們最初的理解，反向關(guān)斷電壓28V的它，就像忠誠(chéng)衛(wèi)士，會(huì)牢牢守護(hù)著DCDC芯片的安全。再看實(shí)驗(yàn)的核心——DCDC芯片，DCDC芯片的正常供電范圍在5-28V，芯片手冊(cè)上也特別注明，一旦輸入電壓超過(guò)30V，就有“性命之憂”。
圖1 可調(diào)電源
圖2 DCDC測(cè)試電路板
一切準(zhǔn)備就緒，我們將開關(guān)電源輸出精準(zhǔn)設(shè)置為28V，處于DCDC芯片的理想工作區(qū)間，再加上TVS的防護(hù)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)似乎萬(wàn)無(wú)一失。
圖3 可調(diào)電源調(diào)到28V
當(dāng)熱插拔操作瞬間發(fā)生，意外毫無(wú)征兆地降臨，DCDC芯片突然“罷工”，現(xiàn)場(chǎng)陷入一片死寂，所有人都懵了，滿心疑惑：?jiǎn)栴}究竟出在哪里？
起初，我們將懷疑的目光投向開關(guān)電源，反復(fù)檢測(cè)其輸出穩(wěn)定性，參數(shù)一切正常，沒(méi)有任何異常波動(dòng)；接著仔細(xì)排查DCDC測(cè)試電路板，焊點(diǎn)牢固，線路連接也毫無(wú)瑕疵；就連負(fù)載也重新進(jìn)行了全面測(cè)試，并未發(fā)現(xiàn)短路等問(wèn)題。一番地毯式搜索后，卻一無(wú)所獲，故障原因仿佛被重重迷霧籠罩，難以捉摸。
就在大家陷入僵局之時(shí)，我們決定回歸最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，從器件資料入手，逐字逐句梳理每一個(gè)細(xì)節(jié)。當(dāng)翻到SMAJ28CATVS的資料時(shí)，一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)映入眼簾——它的最大擊穿電壓竟然高達(dá)34.40V！此前，我們一直錯(cuò)誤地認(rèn)為，反向關(guān)斷電壓28V就是它的“防御上限”，卻忽略了這個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)。
隨著調(diào)查深入，真相漸漸浮出水面。熱插拔瞬間，電路狀態(tài)急劇變化，寄生電感瞬間產(chǎn)生超高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成一股強(qiáng)大的沖擊電壓。當(dāng)這個(gè)沖擊電壓高于34.4V時(shí)，TVS才會(huì)擊穿，并開始限制電壓，將其鉗位在34.4V左右?？蓪?duì)于DCDC芯片而言，這34.4V已經(jīng)遠(yuǎn)超其30V的最大耐壓值。接上示波器抓取沖擊電壓，果然！上電瞬間最大電壓達(dá)到了33.75v，在TVS還沒(méi)來(lái)得及充分發(fā)揮鉗位作用時(shí)，超高的沖擊電壓就已如猛獸般沖破DCDC芯片的“防護(hù)壁壘”，芯片內(nèi)部的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)瞬間被摧毀，導(dǎo)致芯片徹底燒毀，。
圖4 上電瞬間沖擊電源（黃色）
這次“破案”經(jīng)歷，給我們敲響了警鐘。在電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)待每一個(gè)器件的參數(shù)，都必須嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，不能有絲毫馬虎，尤其是TVS這類承擔(dān)關(guān)鍵保護(hù)作用的器件，反向關(guān)斷電壓和最大擊穿電壓是截然不同的概念，絕不能混淆。同時(shí)，熱插拔操作看似平常，實(shí)則暗藏危機(jī)，即便是在正常供電電壓下，也可能引發(fā)致命的沖擊電壓。
為避免類似“悲劇”重演，我們總結(jié)了幾點(diǎn)實(shí)用經(jīng)驗(yàn)：在選擇TVS時(shí)，要全面綜合考慮反向關(guān)斷電壓、最大擊穿電壓等各項(xiàng)參數(shù)，確保其防護(hù)范圍能夠有效覆蓋電路可能遭遇的過(guò)電壓情況；優(yōu)化電路布局，盡可能減小寄生電感和電容，從源頭上降低沖擊電壓的產(chǎn)生幾率；若非必要，盡量避免熱插拔操作，若必須帶電操作，一定要做好防護(hù)措施，比如使用帶防浪涌功能的連接器。
在復(fù)雜的電子世界里，每一個(gè)細(xì)微之處都可能決定整個(gè)電路的成敗。這次DCDC芯片“離奇消失”事件，既是一次深刻的教訓(xùn)，也是我們成長(zhǎng)路上的寶貴經(jīng)驗(yàn)。希望大家能從我們的經(jīng)歷中汲取養(yǎng)分，以后再遇到類似問(wèn)題，不再被“玄學(xué)”故障所困擾，輕松應(yīng)對(duì)各種電路挑戰(zhàn)。
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