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二极管反向漏电流导致产品异常关机,新手来看看

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sinasun|  楼主 | 2024-11-12 21:20 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 sinasun 于 2024-11-12 21:26 编辑

#申请原创# @21小跑堂

设计了一个具备下图开机电路的产品,完成样板制作后,通过按键开机来控制。工作半个小时左右后。没有做任何操作,突然异常关机。再次按键后,依然可以开机的。
电路的原理图如下,每次通过按键,功率MOS的M1短暂通电,然后通过DC-DC降压输出3.3V,MCU上电工作,检测3点电压为低电平,然后MCU对2点输出高电平。从而完成开机过程。这个电路也是很通用的按键开机电路,想不到为什么会异常关机。

按键按下后,3点实测的电压为0.2V(肖特基二极管D2压降),随后按键松开后,3点电压抬高到3.3V。然后等待下次按键,3点电压变化为低电平,判断有新的按键指令,再执行其他动作。
如果没有按键操作,3点电压应该一直是高电平的。

但产品放在一边,没有任何按键的操作,通电半个小时左右,3点的电压从3.3V下降到1.8V。

依然静置的放置在一边,再一端时间后,产品就突然自动熄灭屏幕关机了。
按照正常的逻辑,没有进行关机按键操作,产品是不可能关机的。随后找软件讨论,软件读取了MCU存储的log。Log信息显示,3点检测到低电平0V,长达2s左右。程序判断按键进行了关键操作,随后进入关机状态。
可是产品确实没人操作,尽管示波器显示此时3点的电压是0V。
随后再次开机验证,发现在开机半个小时的时间内,3点的电压在缓慢下降,直到下降到0.5V左右,随后进入程序的低电平检测,判断为关机。
这个就很奇怪,3点的电压不断变化,那就是3点的等效下拉电阻在不断减小。正常情况下,按键松开后,等效下拉电阻是无穷大,所以3点电压可以持续保持3.3V的高电平。
再次查看原理图,3点下等效电阻有两个路径,尽管红色路径是开关断开,阻抗是高阻。但黄色路径是二极管,理想二极管是单向导通性。可实际二极管是有漏电流的,还尤其是肖特基二极管。

并且这是一块功率电源板,工作半个小时后,PCB的温度达到了80度左右。查一下肖特基二极管的规格书,反向漏电流真不小。

尽管反向偏压才3.3V。但是架不住温度的。
尤其是仿真的时候,没有加温度参数。
随后在仿真模型中添如温度参数:
在温度25度的时候,3点电压已经是3.14V。
在温度80度的时候,3点电压已经是0。
这个仿真结果和实测结果也是吻合的。

随后将肖特基二极管更换为普通的1N4148,尽管压降VF大一点,但不影响按键开关检测,其漏电流更小的。
仿真得到的结果和理论分析是一样的,3点的电压在高温情况下,也是持续保持3.3V的高电平,不会影响按键检测。

随后将电路板的肖特基二极管更换为普通的1N4148后,得到后仿真一样的结果。电路板持续工作两三个小时,也没有出现自动关机的现象。
规格书是需要仔细看的,尽管现在做电路有各种有效的仿真工具,但也要根据实际使用工况添加参数。同样的电路放在不同的工况场景中,就不一定会正常工作。
尽管二极管的反向漏电流是一个很常规的参数,但是没有留意,照样会让产品**。


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