一种多路电源模块无输出故障分析

一种多路电源模块无输出故障分析

王波

陕西华经微电子股份有限公司  陕西西安710065

摘要：本文对一种多路电源模块无输出故障进行了分析，详细地介绍了该产品的技术指标、电路原理、故障分析过程和结论，预防措施等。

关键词：多路电源；击穿电压；串扰

一种成熟的多路输出电源模块，产品在某批次交付用户后，电磁兼容试验过程中一产品出现了电源模块各路均无输出的故障，本文主要对该故障现象进行分析，找出故障原因采取措施杜绝该类故障再次发生。

1 产品技术指标

1.1 绝对最大额定值

1）工作电压：VCC=+18V～+36V；

2）输出电压：A路：+5.0V±0.25V；B路：-12V±0.5V；C路：+12V±0.5V；D路：+12V±0.5V；E路：1.5V+0.2V；

3）输出电流：A路：3A；B路：1A；C路：1.5A；D路：1.5A；E路：7A；

4）纹波电压：VRA≤2mV；VRB≤5mV；VRC≤5mV；VRD≤5mV；VRE≤2mV；

5）电压调整率：B、C、D路≤0.3%；A路≤0.5%；E路≤1%；

6）负载调整率：SIA≤2.5%；SIB≤1.5%；SIC≤1.5%；SID≤1.5%；SIE≤12%；

7）温度系数：A、B、C、D路≤0.02%/℃；E路≤0.03%/℃；

8）重量：≤380g。

9）自检电压：控制端接地3.3V≤VZJA、VZJB、VZJC、VZJD、VZJE≤4.2V;

            控制端悬空0V≤VZJA、VZJB、VZJC、VZJD、VZJE≤0.3

封装形式：全金属外壳封装.

1.2 推荐工作条件

使用环境条件： 输入电压范围（VI）:+18V～+36V

工作温度范围（TC）:-45℃～+80℃。

1.3引脚定义

图1 引脚定义图

供电+：19、36                                  供电-：20、37     

+5VDVDD：7、25、42、43                              +5VDVD地：8、9、10、26、27、44

-12VDVDD：16、17、34、50                            -12VDVDD地： 15、33、49

+12V发射接受用地：11、12、29、45、46

+12V接受用： 13、14、30、31、32、47、48            +12V发射用：18、35、51

+1.5VAVDD：4、21、22、38、39                        +1.5VAVDD地：6、24、40

+5VDVDD自检；: 41                                  -12VAVDD自检:5

+12VAVDD自检:28                                    +12VDVDD自检:2

+1..5VAVDD自检:23                                  电源输出控制：1、3 

2 电路原理

电源模块由五路独立的小模块组装而成，原理框图如图1所示分别为：输出1路：+5V±0.25V/3A；输出2路：-12V±0.5V/1A；输出3路：+12V±0.5V/1.5A；输出4路：+12V±0.5V/1.5A；输出5路：+1.5V+0.2V/7A；电源整体受控。各模块电源基本电路原理相同，属于单端正激式脉宽调制DC/DC变换器模块电源，由输入滤波、启动电路、脉宽调制器电路、保护电路、取样反馈电路以及输出滤波电路等组成，具有限流保护、 禁止功能。   图1 原理框图                                                      

3 故障定位

电源模块随整机做电磁兼容试验过程中出现整机不工作现象。经过多方排查，确认多路电源模块出现故障，现象为：多路电源模块各路均无输出。

首先我们进行理论分析，由于故障现象为“电源模块各路均无输出”，能造成该现象的原因主要有四个：⑴输入短路，无法给产品提供正常工作所需要的输入电压，导致产品无输出；⑵电源模块各路输出均短路；⑶产品内部五路电源模块均发生故障，模块失效，无输出；⑷控制端失效，处于常关状态。对故障模块输入、输出端进行静态测试，我们用万用表测量多路电源输入正、负阻值大于21KΩ，输入端阻值大于15KΩ即符合要求；输出正、负阻值大于8KΩ，输出端阻值大于5KΩ即符合要求。且二极管特性存在，故排除第一、二种故障原因；第三个和第四个可能原因相比，第三个原因可能发生的概率较小，故我们怀疑控制端失效引起了产品故障。其次检查故障模块外围是否有明显损伤。未见机械损伤及腐蚀痕迹，外部结构未见明显异常。用X光设备对故障产品进行扫描，产品均正常，确认外部无异常后开壳。经检验在显微镜下仔细观察发现控制电路中的二极管D7表面有一个较小的的损伤痕迹，用万用表测量该二极管，万用表正端接二极管正，负端接二极管负，测量输出端阻值为1.2Ω，呈短路状态，二极管特性不正常。将该二极管更换后，产品测试正常。仔细检查电路其他部分和元器件均未发现异常。

4 故障分析

故障二极管D7型号是1N4148，该二极管最大反向电压为100V，最大电流为100mA。在正常工作中，控制电路中电阻R阻值为10KΩ，输入电压最大36V，该元器件流过的电流最大不超过4毫安，远小于最大电流100毫安；在电磁兼容输入端加200V尖峰试验中，该元器件流过的电流最大不超过20毫安，远小于100毫安。该二极管正向端电压最大不会超过为5.1V，反向端电压在接地时为0V，此时正向导通，不承受反向电压；悬空时，反向端电压比正向端电压略微小一点，也不承受反向电压。设计符合要求，设计合理。

二极管在电路中正向端电压最大不超过为5.1V，只有反向端电压超过105V才会使二极管反向击穿；也就是说只有在悬空状态时，控制端上产生过大于105V电压，才会使二极管反向击穿。

产品内部的控制电路通过D7接到控制端引脚上，控制端对外悬空关断、接地开启。在这次故障中，D7损坏不通，导致内部的控制电路始终处于悬空关断的状态，对外表现为电源模块各路均无输出。

该批次二极管从合格供应方处采购，采购渠道正常，同时我们联系供方对该批次电容进行了追溯分析查证，可以肯定该批二极管不存在批次性质量缺陷，其他用户也未发现类似问题；

该批次二极管按程序进检，进检合格；

装配前对该批次二极管进行筛选，筛选合格；

查询该二极管的整个生产过程，尤其对生产过程中的各项记录及检验记录进行全面的检查，确认整个生产过程严格按照相关文件执行，各工序的生产记录及检验记录完整、详细、规范，整体质量状况良好，质控正常。

该元器件在我公司大量使用，查阅相关的生产、质量记录，未发现类似问题。通过上述分析，元器件使用正常，排除该二极管批次性质量问题；

我们对剩余库存二极管取出后进行检验和筛选，均合格。

悬空和接地的控制状态，是由整机来实现。后经多方排查、分析产品在整机进行电磁兼容试验时的工作状态与专用测试台上的工作状态的差异。主要是由于实验时整机板应是在做200V尖峰试验时，高于200V的高压从整机某一处串扰或感应到控制端处，才导致二极管反向击穿。

故，高压从整机某一处串扰或感应到控制端是此次失效的原因。

5 故障复现

用故障产品进行故障复现试验。

更换故障产品中失效的二极管，故障消失，产品正常输出；换回原故障产品拆下的二极管，故障复现，产品各路均无输出；

反复多次试验，确认故障现象复现。

6 措施及验证情况

针对此次质量问题，主要做两方面的改进工作，一是：改善整机的工作环境，减少高压串扰或感应的问题；二是，提高电源模块的抗干扰能力了。

对于提高电源模块的抗干扰能力，我们采取以下措施：⑴在控制端到地之间增加电容C（104/500V）来吸收串扰或感应高压；⑵改变二极管D7，选用电流大于80毫安、反向耐压大于250V的二极管。

我们确认，落实以上措施以后，可以有效避免同类质量问题再次发生。

7 结论

综合以上分析产品故障是因为高压从整机某一处串扰或感应到控制端造成的质量问题。我们更加深刻的理解了电路的工作原理，也同时也再次提醒我们设计时要计算准确、验证到位，对出现的个别现象要深入分析找到根源，避免后期由于器件参数波动引起的产品故障。

参考文献

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[3]三宅和司著,张秀琴译,电子元器件的选择与应用[M].北京:科学出版社,2006.

[4]周淑阁,付文红,硕力更.模拟电子技术[M].北京:高等教育出版社,2006.

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