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查找程控直流电源电路和器件故障机理的好仪器好方法解析

最近帮助一些客户做程控直流电源电路故障的分析,在了解情况过程中,问起哪里坏了,大都能告诉我“某某器件坏了”,但再问“哪个管脚坏了”“可能是什么原因造成的”“坏到了啥程度”,往往就没人接茬了,即使接茬,也不外乎两类话“哟,还真没研究过”,“要真知道,不就不请您来了嘛”。


下面介绍的这个仪器和测试方法,就是解决如上问题的法宝。它能解决几大问题:


1、 能定位到哪个管脚坏了,便于程控直流电源工程师顺藤摸瓜,将无关的影响排除在外;

2、 能判断出故障的损坏程度;

3、 可以根据损坏的程度,推理出损坏的机理;

4、 根据失效的机理,可以制定出解决问题的办法。


这个测试的工程理论基础是:1、器件外部的应力通过管脚端口对器件内部造成损伤;2、端口的应力损伤会影响到端口的阻抗特性。


本仪器的应用就是测试器件端口的阻抗特性图。即“端口的伏安特性曲线”,一个好的程控直流电源电路板和一个故障的程控直流电源电路板来对比,损伤端口的V-I曲线一定会发生变化,根据曲线的变化趋势,就可以判断出损伤的程度和机理。具体的测试和判断方法如下:


1、解决问题的操作程序

有好、坏可对比的程控直流电源电路板或机器各一。分别测量其每个管脚的V-I曲线,当然如果能根据现象基本锁定在哪块程控直流电源电路坏掉了,也可以只针对目标怀疑对象进行测试,减少测试的工作量。然后对比好坏程控直流电源电路板上对应管脚的曲线,差别较大的一般就可能是损伤管脚,要认真对待了。


2、如何根据测试结果判断故障原因

用此仪器测试,测试的结果一般不外乎 开路、短路、漏程控直流电源电路增加、阻抗变化、曲线形状变异(一般是组合程控直流电源电路)等几种结果。波形如图。

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图1:纯电阻的V-I曲线,如果斜率发生较大变化,则说明电阻阻值变化,斜率变小,相当于加同样的电压,而电流变小,则阻值变大,说明电阻非完全性损伤,原因一般为静电、腐蚀、电迁移、瞬时电过应力;

图2:短路;

图3:开路;

图4:普通二极管V-I曲线,如果电流正向上升的转折点左移,则说明漏电流增大,一般是静电损伤,断路则是过压击穿,开路则是过流烧毁;

图5:稳压二极管V-I曲线;

图6:大电容的V-I曲线;

图7:小电容的V-I曲线;如果椭圆的形状由图6向图7的趋势发生了变化,则说明容值发生了漂移;

图 8:IC管脚对地的V-I曲线,注意两个问题,一是不同厂家的相同功能器件,因为其内部程控直流电源电路结构的不同,对比测试时表现在外面端口的阻抗特性可能不同,不 同厂家的同型号器件不具备可比性;二是IC的特性曲线测试一般要测试Pi-VDD、 Pi-VSS、Pi-Pi+1、Pi-Pi-1,这是因为Pi管脚发生故障,一般的引入路径不外乎电源、地、相邻管脚间的过压耦合。

图9-图12是组合特性的标准曲线,如果实测的值在此标准曲线基础上有某方面的变化趋势,可以据此分析出可能是哪个因素影响的,这个就是靠分析的经验和能力了。


所以T40程控直流电源电路和元器件故障分析仪是一个辅助分析工具,工程师的智慧才是最好的工具。不过值得欣慰的是,我和我的技术团队,我们的经验已经融入了本设计的软件和文档中,大家尽可以直接站在我们的肩膀上,在电子设计的大地上昂然前行。


3、如何根据原因制定整改方法

机理判断出来了,解决方法就好找多了。如果出现批次性的器件问题,那自然是找采购了;

如果批次某类器件出现了随机的引脚开路(不固定在某个管脚上的开路)。则最大可能是 MSD,在焊接过程的工艺上要加上一道焊前高温烘烤;

如果出现了漏电流增加或阻抗参数退化但非完全性损伤,则是ESD,改造生产储存环境则不宜迟;

如果是开路,毫无疑问是过载,尤其是在有烧的痕迹(此部分可以通过本公司S40程控直流电源电路板显微检测仪放大观察和灵敏的鼻子嗅来判断);

如果是短路,则可能是电压击穿,找找看有没有上断电过程的浪涌电压的波动影响。

还有些其他的现象和判断及整改方法,大家可以熟能生巧,把这个仪器用起来。

依程控直流电源电路设计工程师的技术经验来看,本仪器几乎是可以和示波器、万用表、频谱仪并驾齐驱的第四大电子测试基础设备,而它的价值却远远没被发掘出来。英国人发现了这个特 性,后人在前仆后继的想显示比英国人高明,俟机发现新的测试机理,然而结果每每令人失望,从1960年代至今,半个世纪的应用已经充分验证了其应用理论的 成熟。我偶然在航天实验室发现了这种仪器,并将它转化为成本不高、功能简化、并将我们的经验结合进去的实用性测试仪器,希望它能帮助我们的电子技术同行能 百尺竿头,更进一步。

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