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@21小跑堂
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问题现象:用5V供电时系统可以开机,但用12V供电时系统开不了机,这时按电源键和复位键也都没有作用。做了六块板中,有一块可以开机。另外若是加上纽扣电池BAT1,这12V供电也能开机。 应用电路:
(图一)DCDC线路
(图二)MOS开关线路
(图三)RTC供电及GSENSOR供电线路
供电描述: 如(图四)所示,电源12V或5V输入,通过TCS4162降压到3.3V,用作常电,然后分三路进行系统供电,一路是供给RTC系统所用,一路是供给GSENSOR所用,另一路通过MOS开关线路供给主控系统电源。MOS开关由PWR_EN信号控制,而PWR_EN是由电源键触发产生。而电源键硬件功能是由RTC系统实现。
(图四)供电框图
本系统设计的上电方式是,当12V或5V供电时会触发电源键,从而使得PWR_EN输出高电平信号,然后通过PWR_EN信号再打开主控系统电源,最后使得整个系统工作运行。 PCB布局走线:
PCB—TOP层
PCB-BOTTOM层
问题分析: 注:以下主要分析的是用12V供电不开机问题。 1、是否有贴错物料? 从测试现象看,几块板中还是有可以开机的板,所以第一怀疑的是不是有贴错元件,经与可以开机的板对比,没有发现贴错料的问题。 2、是否主控有问题? 用万用表没有测到PWR_EN有电压值,是否主控存在问题?这时将与好的板对调下主控,结果还是不能开机。这里可能排除主控的问题。 3、是否是TCS4162的问题? 可以确定的是不开机问题是由电源问题造成的。而涉及到开机,那只有常电部分哪里出错了。这时将TCS4162这颗芯片与可以开机的板对调下,这里作的尝试是将TCS4162及外围元件一起调换,拆装工具用热风枪,调换后测试两块板都开不了机了,然后再调换过来测试,两块板还是开不了机,这不开机的问题就更加迷离了。难道用热风枪将元件吹坏了? 想下这元件应该是不可能那么容易吹坏,但也要做下实验,将TCS4162更换新的来测试,结果还是不开机。 4、是否是TCS4162线路参数的问题? 如(图五)是上电后测得的TCS4162开关频率,看起来这开关频率没有正常起振,会不会是这里的影响?怎么调?
(图五)TCS4162的开关频率
这时有必要联系下TCS4162的FAE了,首先问我C1的耐压值是多少? 回复用的是6.3V,那边FAE说是要用24V以上的耐压值,好吧,那就换吧,将这电容改成25V的耐压值后来测试则结果还是不能开机。然后更改下C1的值试下,往大1UF,往小10NF都试过,结果这开关频率测到的还是如(图五)那样,还是一样的开不了机。这说明与这个C1参数无关。 再缩小时间范围测下这开关频率,如(图六)
(图六)时间间隔在500ns时的开关频率
这个图形可以说明两个问题,(1)TCS4162线路没有问题;(2)TCS4162输出挂的负载极轻(近乎空载),TCS4162的开关频率会随着所带负载的变化程序而产生变化。 那问题究竟出在哪呢? 1、会不会是PWR_EN信号被拉死了? 怎么判断PWR_EN信号被拉死了呢?这还是得用示波器来抓,该怎么抓这信号呢? 如(图七),开始是将示波器的时间设置成500ms来测的,这时上电后这波形没有变化,所以认为PWR_EN是没有输出的。
(图七)PWR_EN信号
其实,这样测量是不对的,时间调得太慢是测不到那种瞬态变化的。正确的测量方法是将时间调到,如下(图八)是将时间调到25us时量得的PWR_EN波形变化
(图八)时间为25us时的PWR_EN信号
从图中可以看出PWR_EN信号是有输出的,但立马会被拉低,这里会不会是PWR_EN线路存在问题呢? 1、会不会是Q6这颗MOS管的问题? 从实物上看这颗器件的表面丝印是如(图九)为22FS
(图九)Q6元件
这个丝印看起来有点陌生,先不管,换成常见的SI2302元件(丝印为A2sHB)试下,结果还是开不了机。所以Q6这颗元件是没问题的。 1、是不是Q5/Q6这外开关线路存在问题? 将(图二)中的R70电阻断开再测量PWR_EN信号,结果测得输出正常(图十)。那究竟是哪个参数的问题呢?
(图十)PWR_EN信号
将(图二)中的R70更改下参数试试,改成47K时测得如下(图十一)电阻两端的波形
(图十一)R70为47K时电阻两端波形
如下(图十二)是R70改成1.2K时的波形
(图十二)R70为1.2K时电阻两端波形
由上两图可以看出单改R70是不能改善PWR_EN被拉低的问题。 会不会是MOS管布局时放在DCDC及电感元件背面所致?如(图十三)将MOS管开关线路接到外面来测试,还是一样的开不了机。
(图十三)MOS开关线路移到板外
将MOS管开关线路的参数改成如下(图十四)中的值,
(图十四)MOS管线路元件参数更改
参数更改后经测试是可以满足12V供电使得系统正常开机。这是否可以说明12V供电时这TCS4162电路的驱动能力较弱? 分析到这里,还是还原未改之前,重新用示波器抓一波看看,如下
(图十五)MOS管线路的输入输出电压
(图十六)电阻R70两端的信号
(图十七)MOS管Q6第3脚端信号
那么问题来了, 问题一:为什么5V供电的又可以而12V供电的又不行? 问题二:Q5和Q6两个元件的参数不变动的情况下,外围元件参数要怎么设置? 这里先来回答下问题二: 如下(图十八)中将电容C73的值改成1UF,电容C11的值改成2.2UF,经测试是可以开机。
(图十八)更改Q5和Q6外围电容参数
更改C73和C11两个电容参数的目地是为了减缓VCC3.3V的开启时间。 至于问题一,从一开始的测试现象,加纽扣电池则12V可以开机,到后面的定性分析,可以得出,TCS4162的驱动能力是够的,主要在于RTC电源及MOS管开关线路部分,这里存在一个上电时间问题,因为5V的供电使得DCDC电源能够更快稳定,而12V供电则相对慢些,所以需要在电源开启时间上做下调整,这里的目的是先要让RTC电源稳定后再来开启相关电源。
总结: 问题虽然简单,但要想将问题弄透,那需要研究的方向还是挺多的,如同一个电路5V和12V供电的区别、MOS管外围参数为什么这样设置及区别、元件的特性、时序的影响、示波器的使用等等,我这里也只是根据实际测试验证结果而已,好多理论上的东西还没有涉及,因笔者能力有限,所以存在不足处还望读者多多包涵及指正! 谢谢惠读!
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非常完整的对硬件电路的分析思考及逐步解决过程,从大问题中逐步剖析,一步步追踪问题根源,虽然最终的原因看起来不大,但是整个定位的过程值得肯定
讲解的非常到位,受教了。