电路板

本文介绍有关实现优化电路板布局的基础知识,在设计开关模式电源时,优化电路板布局是一个重要方面。合理布局可以确保开关稳压器保持稳定工作,并尽可能降低辐射干扰和传导干扰(EMI)。这一点电子开发人员都很清楚。但是,大家并不知道,开关模式电源的优化电路板布局应该是什么样子的。

图1所示为 LT8640S 评估板电路。这是一个降压开关稳压器,支持高达42 V的输入电压,可提供高达6 A的输出电流。所有元件都紧密排列在一起。一般建议将元件尽可能紧密地排列在电路板上。这种说法并无错处,但是,如果目标是获得优化电路板布局,可能就未必合适。在图1中,开关稳压器IC周围有数个(11个)无源元件。在部署这些无源元件时,哪些元件应该优先部署?为什么呢?

“图1.
图1. LT8640S开关稳压器的电路板,元件布局紧密,所以电路板布局非常紧凑

在开关稳压器PCB设计中,最重要的原则是:传输高开关电流的走线越短越好。如果能够成功实践这一原则,开关稳压器电路板的很大部分都能合理布局。

如何在电路板布局中轻松实现这条黄金法则呢?第一步,找出开关稳压器拓扑中的关键路径。在这些关键路径中,电流会随开关切换而变化。图2显示降压型转换器(降压拓扑)的典型电路。关键路径以红色显示。这些连接线路可能传输满电流,也可能不传输电流,具体取决于电源开关的状态。这些路径越短越好。在降压型转换器中,输入电容应尽可能靠近开关稳压器IC的VIN引脚和GND引脚。

“图2.
图2. 降压型开关稳压器的原理图,其中电流快速变化的路径以红色显示

图3显示升压拓扑电路的基本原理图。该电路将低压转换为更高电压。同样,电流会随电源开关切换而变化的电流路径以红色显示。需要注意一点,输入电容的布局位置根本不重要。输出电容的布局位置才更为关键。它必须尽可能靠近反激二极管(或高侧开关)以及低侧开关的接地连接。

“图3.
图3. 升压型开关稳压器的原理图,其中电流快速变化的路径以红色显示

然后,可以检测其他任意开关稳压器拓扑,以了解在切换电源开关时,电流如何变化。传统方法一般是打印出电路,然后用三种不同颜色的彩笔画出电流路径。用第一种颜色标出导通期间的电流路径,也就是,电源开关开启时的电流路径。用第二种颜色标出关断期间的电流路径,也就是,电源开关关闭时的电流路径。最后,用第三种颜色标出前面仅以第一种颜色和仅以第二种颜色标记过的所有电流路径。通过这种方式,就可以清晰地看出电流会随电源开关切换而变化的关键路径。

对于经验不足的电路设计人员而言,开关稳压器的电路板布局就像是一种黑魔法。其核心法则就是在设计电流会随开关切换变化的走线路径时,应尽可能短,尽可能紧凑。这解释起来很简单,很符合逻辑关系,也是开关模式电源设计中实现优化电路板布局的基础。

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围观 24

本文的关键要点

由于具有驱动器源极引脚的TO-247-4L封装和不具有驱动器源极引脚的TO-247N封装的引脚分配不同,因此在图案布局时需要注意。

TO-247-4L在与栅极驱动器连接时,由于引脚分配的原因,布线一定会交叉,无法将它们配置在同一个面上,因此OUT信号和GND2信号会形成2个环路,根据环路面积及其比例会产生浪涌。

作为对策,需要尽可能地减小环路面积,并使环路(1)和环路(2)的面积相等。另外,还需要考虑增加一个基本的浪涌抑制电路乃至缓冲电路。

在本文中,我们将探讨具有驱动器源极引脚的TO-247-4L封装产品的电路板布局布线相关的注意事项。由于TO-247-4L的引脚分配与传统封装不同,因此需要注意布局布线。

具有驱动器源极引脚的TO-247-4L的电路板布局布线注意事项

如“有驱动器源极引脚的封装”一文中所述,具有驱动器源极引脚的TO-247-4L的引脚分配不同于传统的TO-247N。在这里再次给出传统TO-247N、有驱动器源极引脚的TO-247-4L以及TO-263-7L的引脚分配图。

“电路板布线布局相关的注意事项"

TO-247-4L的栅极引脚在面对印标面的最右侧,而传统的TO-247N封装的栅极引脚则位于最左侧。MOSFET通常由驱动器IC驱动,但大多数驱动器IC的引脚分配都是适合传统TO-247N封装的分配形式。下面是使用ROHM驱动器IC BM61S40RFV-C时的MOSFET接线图示例。

“电路板布线布局相关的注意事项"

在TO-247N的情况下,MOSFET的驱动信号OUT和Return信号GND2与栅极引脚和源极引脚的排列顺序相同,因此可以在同一个面上并行走线。

而TO-247-4L封装则是栅极引脚和驱动器源极引脚的排列与驱动IC的引脚排列相反,如图所示,布线一定会交叉,无法配置在同一个面。因此,如图所示,OUT信号和GND2信号形成了两个环路,需要注意环路区域(1)和(2)的面积比。

通常,TO-247-4L封装的MOSFET被用于dID/dt值较大的环境。当其电流变化引起的磁通量变化(dΦ/dt)与该环路面积正交时,就会产生与驱动电路的环路面积成正比的电动势。并且,在MOSFET的栅极和源极之间的某些环路面积比例下,电压值有时会达到可能引发正浪涌和负浪涌等问题的程度。因此,需要使OUT信号和GND2信号形成的环路面积尽可能小,并要使环路(1)和环路(2)的面积相等。

TO-263-7L封装的引脚分配与TO-247N相同,因此不能形成TO-247-4L那样的两个环路,所以可以采用与传统相同的方法进行布线。不过,由于ROHM的驱动IC在驱动信号OUT引脚的两侧(引脚1 和引脚5)配有GND2引脚,因此即便是TO-247-4L封装,也可以使用与传统封装一样的方法进行布线。

另外,在之前的一些文章中曾经建议过增加VGS浪涌抑制电路,但是即便如此,受VDS关断时的振铃影响,VGS浪涌仍然可能超过VGS额定值。在这种情况下,可以通过降低来自HVdc的布线阻抗或对各MOSFET增加缓冲电路等抗浪涌对策,来将VGS浪涌抑制在额定范围内。关于如何设计缓冲电路,请参考应用指南“缓冲电路的设计方法”。

来源:罗姆半导体集团
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围观 16

有限且不断缩小的电路板空间、紧张的设计周期以及严格的电磁干扰(EMI)规范(例如CISPR 32和CISPR 25)这些限制因素,都导致获得具有高效率和良好热性能电源的难度很大。在整个设计周期中,电源设计通常基本处于设计过程的最后阶段,设计人员需要努力将复杂的电源挤进更紧凑的空间,这使问题变得更加复杂,非常令人沮丧。为了按时完成设计,只能在性能方面做些让步,把问题丢给测试和验证环节去处理。简单、高性能和解决方案尺寸三个考虑因素通常相互冲突:只能优先考虑一两个,而放弃第三个,尤其当设计期限临近时。牺牲一些性能变得司空见惯,其实不应该是这样的。

本文首先概述了在复杂的电子系统中电源带来的严重问题:即EMI,通常简称为噪声。电源会产生EMI,必须加以解决,那么问题的根源是什么?通常有何缓解措施?本文介绍减少EMI的策略,提出了一种解决方案,能够减少EMI、保持效率,并将电源放入有限的解决方案空间中。

什么是EMI?

电磁干扰是会干扰系统性能的电磁信号。这种干扰通过电磁感应、静电耦合或传导来影响电路。它对汽车、医疗以及测试与测量设备制造商来说,是一项关键设计挑战。上面提到的许多限制和不断提高的电源性能要求(功率密度增加、开关频率更高以及电流更大)只会扩大EMI的影响,因此亟需解决方案来减少EMI。许多行业都要求必须满足EMI标准,如果在设计初期不加以考虑,则会严重影响产品的上市时间。

EMI耦合类型

EMI是电子系统中的干扰源与接收器(即电子系统中的一些元件)耦合时所产生的问题。EMI按其耦合介质可归类为:传导或辐射。

传导EMI(低频,450 kHz至30 MHz)

传导EMI通过寄生阻抗以及电源和接地连接以传导方式耦合到元件。噪声通过传导传输到另一个器件或电路。传导EMI可以进一步分为共模噪声和差模噪声。

共模噪声通过寄生电容和高dV/dt(C×dV/dt)进行传导。它通过寄生电容沿着任意信号(正或负)到GND的路径传输,如图1所示。

差模噪声通过寄生电感(磁耦合)和高di/dt(L× di/dt)进行传导。

“图1.
图1. 差模和共模噪声

辐射EMI(高频,30 MHz 至1 GHz)

辐射EMI是通过磁场能量以无线方式传输到待测器件的噪声。在开关电源中,该噪声是高di/dt与寄生电感耦合的结果。辐射噪声会影响邻近的器件。

EMI控制技术

解决电源中EMI相关问题的典型方法是什么?首先,确定EMI就是一个问题。这看似很显而易见,但是确定其具体情况可能非常耗时,因为它需要使用EMI测试室(并非随处都有),以便对电源产生的电磁能量进行量化,并确定该电磁能量是否符合系统的EMI标准要求。

假设经过测试,电源会带来EMI问题,那么设计人员将面临通过多种传统的校正策略来减少EMI的过程,其中包括:

  • 布局优化:精心的电源布局与选择合适的电源组件同样重要。成功的布局很大程度上取决于电源设计人员的经验水平。布局优化本质上是个迭代过程,经验丰富的电源设计人员有助于最大限度地减少迭代次数,从而避免耽误时间和产生额外的设计成本。问题是:内部人员往往不具备这些经验。

  • 缓冲器:一些设计人员会提前规划并为简单的缓冲器电路(从开关节点到GND的简单RC滤波器)提供占位面积。这样可以抑制开关节点的振铃现象(一项产生EMI的因素),但是这种技术会导致损耗增加,从而对效率产生负面影响。

  • 降低边沿速率:减少开关节点的振铃也可以通过降低栅极导通的压摆率来实现。不幸的是,与缓冲器类似,这会对整个系统的效率产生负面影响。

  • 展频(SSFM):许多ADI的Power开关稳压器都提供该特性,它有助于产品设计通过严格的EMI测试标准。采用SSFM技术,在已知范围内(例如,编程频率fSW上下±10%的变化范围)对驱动开关频率的时钟进行调制。这有助于将峰值噪声能量分配到更宽的频率范围内。

  • 滤波器和屏蔽:滤波器和屏蔽总是会占用大量的成本和空间。它们也使生产复杂化。

以上所有制约措施都可以减少噪声,但是它们也都存在缺陷。最大限度地减少电源设计中的噪声通常能够彻底解决问题,但却很难实现。ADI的Silent Switcher®和Silent Switcher 2稳压器在稳压器端实现了低噪声,从而无需额外的滤波、屏蔽或大量布局迭代。由于不必采用昂贵的反制措施,加快了产品上市时间并节省大量的成本。

最大限度地减小电流回路

为了减少EMI,必须确定电源电路中的热回路(高di/dt回路)并减少其影响。热回路如图2所示。在标准降压转换器的一个周期内,当M1关闭而M2打开时,交流电流沿着蓝色回路流动。在M1打开而M2关闭的关闭周期中,电流沿着绿色回路流动。产生最高EMI的回路并非完全直观可见,它既不是蓝色回路也不是绿色回路,而是传导全开关交流电流(从零切换到IPEAK ,然后再切换回零)的紫色回路。该回路称为热回路,因为它的交流和EMI能量最大。

导致电磁噪声和开关振铃的是开关稳压器热回路中的高di/dt和寄生电感。要减少EMI并改进功能,需要尽量减少紫色回路的辐射效应。热回路的电磁辐射骚扰随其面积的增加而增加,因此,如果可能的话,将热回路的PC面积减小到零,并使用零阻抗理想电容可以解决该问题。

“图2.
图2. 降压转换器的热回路

使用Silent Switcher稳定压器实现低噪声

磁场抵消

虽然不可能完全消除热回路区域,但是我们可以将热回路分成极性相反的两个回路。这可以有效地形成局部磁场,这些磁场在距IC任意位置都可以有效地相互抵消。这就是Silent Switcher稳压器背后的概念。

“图3.
图3. Silent Switcher稳压器中的磁场抵消

倒装芯片取代键合线

改善EMI的另一种方法是缩短热回路中的导线。这可以通过放弃将芯片连接至封装引脚的传统键合线方法来实现。在封装中倒装硅芯片,并添加铜柱。通过缩短内部FET到封装引脚和输入电容的距离,可以进一步缩小热回路的范围。

“图4.
图4. LT8610键合线的拆解示意图

“图5.
图5. 带有铜柱的倒装芯片

Silent Switcher与Silent Switcher 2

“图6.
图6. 典型的Silent Switcher应用原理图及其在PCB上的外观

图6显示了使用Silent Switcher稳压器的一个典型应用,可通过两个输入电压引脚上的对称输入电容来识别。布局在该方案中非常重要,因为Silent Switcher技术要求尽可能将这些输入电容对称布置,以便发挥场相互抵消的优势。否则,将丧失SilentSwitcher技术的优势。当然,问题是如何确保在设计及整个生产过程中的正确布局。答案就是Silent Switcher 2稳压器。

Silent Switcher 2

Silent Switcher 2稳压器能够进一步减少EMI。通过将电容VIN电容、INTVCC和升压电容)集成到LQFN封装中,消除了EMI性能对PCB布局的敏感性,从而可以放置到尽可能靠近引脚的位置。所有热回路和接地层都在内部,从而将EMI降至最低,并使解决方案的总占板面积更小。

“图7.
图7. Silent Switcher应用与Silent Switcher 2应用框图

“图8.
图8. 去封的LT8640S Silent Switcher 2稳压器

Silent Switcher 2技术还可以改善热性能。LQFN倒装芯片封装上的多个大尺寸接地裸露焊盘有助于封装通过PCB散热。消除高电阻键合线还可以提高转换效率。在进行EMI性能测试时,LT8640S能满足CISPR25 Class5峰值限制要求,并且具有较大的裕量。

µModule Silent Switcher稳压器

借助开发Silent Switcher产品组合所获得的知识和经验,并配合使用现有的广泛 µModule®产品组合,使我们提供的电源产品易于设计,同时满足电源的某些重要指标要求,包括热性能、可靠性、精度、效率和良好的EMI性能。

图9所示的LTM8053集成了可实现磁场抵消的两个输入电容以及电源所需的其他一些无源组件。所有这些都通过一个 6.25 mm ×9 mm × 3.32 mm BGA封装实现,让客户可以专心完成电路板的其他部分设计。

“图9.
图9. LTM8053 Silent Switcher裸露芯片及EMI结果

无需LDO稳压器—电源案例研究

典型的高速ADC需要许多电压轨,其中一些电压轨噪声必须非常低才能实现ADC数据表中的最高性能。为了在高效率、小尺寸板空间和低噪声之间达成平衡,普遍接受的解决方案是将开关电源与LDO后置稳压器结合使用,如图10所示。开关稳压器能够以更高效率实现更高的降压比,但噪声相对也较大。低噪声LDO后置稳压器效率相对较低,但它可以抑制开关稳压器产生的大部分传导噪声。尽可能减小LDO后置稳压器的降压比有助于提高效率。这种组合能产生干净的电源,从而使ADC以最高性能运行。但问题在于多个稳压器会使布局更复杂,并且LDO后置稳压器在较高负载下可能会产生散热问题。

“图10.
图10. 为 AD9625 ADC供电的典型电源设计

图10所示的设计显然需要进行一些权衡取舍。在这种情况下,低噪声是优先考虑事项,因此效率和电路板空间必须做些让步。但也许不必如此。最新一代的Silent Switcher µModule器件将低噪声开关稳压器设计与µModule封装相结合,能够同时实现易设计、高效率、小尺寸和低噪声的目标。这些稳压器不仅尽可能减少了电路板占用空间,而且实现了可扩展性,可使用一个µModule稳压器为多个电压轨供电,进一步节省了空间和时间。图11显示了使用LTM8065 Silent Switcher µModule稳压器为ADC供电的电源树替代方案。

“图11.
图11. 使用Silent Switcher µModule稳压器为AD9625供电,可节省空间的解决方案

这些设计都已经过相互测试比较。ADI最近发表的一篇文章对使用图10和图11所示电源设计的ADC性能进行了测试和比较。测试包括以下三种配置:

  • 使用开关稳压器和LDO稳压器为ADC供电的标准配置。

  • 使用LTM8065直接为ADC供电,不进行进一步的滤波。

  • 使用LTM8065和额外的输出LC滤波器,进一步净化输出。

LTM8065

  • 完整的降压型开关模式电源

  • 低噪声 Silent Switcher® 架构

  • 宽输入电压范围:3.4V 至 40V

  • 宽输出电压范围:0.97V 至 18V

  • 2.5A 连续输出电流,峰值为 3.5A

  • 可选的开关频率:200kHz 至 3MHz

  • 外部同步

  • 可编程软启动

  • 符合 RoHS 标准的纤巧、扁平 6.25mm x 6.25mm x 2.32mm BGA 封装

测得的SFDR和SNRFS结果表明,LTM8065可用于直接为ADC供电,并不会影响ADC的性能。这个实施方案的核心优势是大大减少了元件数量,从而提高了效率,简化了生产并减少了电路板占位空间。

小结

总之,随着更多系统级设计需要满足更加严格的规范,尽可能充分利用模块化电源设计变得至关重要,尤其在电源设计专业经验有限的情况下。由于许多细分市场要求系统设计必须符合最新的EMI规范要求,因此将Silent Switcher技术运用于小尺寸设计,同时借助µModule稳压器简单易用的特性,可以大大缩短产品上市时间,同时还可以节省电路板空间。

Silent Switcher µModule稳压器的优势

  • 节省PCB布局设计时间(无需重新设计电路板即可解决噪声问题)。

  • 无需额外的EMI滤波器(节省元件和电路板空间成本)。

  • 降低了内部电源专家进行电源噪声调试的需求。

  • 在宽工作频率范围内提供高效率。

  • 为噪声敏感型器件供电时,无需使用LDO后置稳压器

  • 缩短设计周期。

  • 在尽可能小的电路板空间中实现高效率。

  • 良好的热性能。

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围观 16

一、怎样维修无图纸电路板?

1、要“胸有成图”

要彻底弄懂一些典型电路的原理,烂熟于心。图纸是死的,脑袋里的思想是活的,可以类比,可以推理,可以举一反三,一通百通。比如开关电源,总离不开振荡电路、开关管、开关变压器这些,检查时要检查电路有没有起振,电容有没有损坏,各三极管、二极管有没有损坏,不管碰到什么开关电源,操作起来都差不多,不必强求有电路图﹔比如单片机系统,包括晶振、三总线(地址线、数据线、控制线)、输入输出接口芯片等,检修起来也都离不开这些范围﹔又如各种运算放大器组成的模拟电路,纵它变化万千,在“虚短”和“虚断”的基础上去推理,亦可有头有绪,条分缕析,弄个明明白白。练就了分析和推理的好功夫后,即使遇到从未见过的设备,也只要从原理上搞明白就可以了。

2、要讲究检修先后顺序

讲究检修顺序才可找到解决问题的最短路径,避免乱捅乱拆,维修不成,反致故障扩大。维修就象医生给人看病,也讲究个“望闻问切”。“望”即检查故障板的外观,看上面有没有明显损坏的痕迹,有没有元件烧黑、炸裂,电路板有无受腐蚀引起的断线、漏电,电容有没有漏液,顶部有没有鼓起等;“闻”用鼻子嗅一嗅有没有东西烧焦的气味,这气味是从哪里发出的;“问”很重要,要详细地询问当事人,设备出故障当时的情况,从情况推理可能的故障部位或元件;“切”即动用一定的检测仪器和手段,分通电和不通电两种情况,检查电路部位或元件的阻值、电压、波形等,将好坏电路板对比测试,观察参数的差异等。

其实有很多故障你连万用表都没用上就解决了,电路图自然免了。

3、要善于总节规律

一般有一定的维修经验积累后,要善于总节分析每一次元件损坏的原因,是操作不当?欠缺维护?设计不合理?元件质量欠佳?自然老化?有了这些分析,下次再碰到同类故障,尽管不是相同的电路板,心里也就有了一点底。

4、要善于寻找资料

自从互联网出现以来,寻找资料变得非常容易。不明白的设备原理,不明白的电路原理,几乎都可以从网上找得到,什么IC资料都可以从网上找得到。

5、要有必要的检测设备

如果你将维修当成自己的一番事业,那么一定的设备投资是必要的。电烙铁、万用表、常用的拆装工具,牌子不要太差。有条件的话再弄一个100M的双踪示波器,再有条件的话,臵个在线维修测试仪。

二、工控电路板电容损坏的故障特点及维修

电容损坏引发的故障在电子设备中是最高的,其中尤其以电解电容的损坏最为常见。

电容损坏表现为:1.容量变小;2.完全失去容量;3.漏电;4.短路。

电容在电路中所起的作用不同,引起的故障也各有特点。在工控电路板中,数字电路占绝大多数,电容多用做电源滤波,用做信号耦合和振荡电路的电容较少。用在开关电源中的电解电容如果损坏,则开关电源可能不起振,没有电压输出;或者输出电压滤波不好,电路因电压不稳而发生逻辑混乱,表现为机器工作时好时坏或开不了机,如果电容并在数字电路的电源正负极之间,故障表现同上。这在电脑主板上表现尤其明显,很多电脑用了几年就出现有时开不了机,有时又可以开机的现象,打开机箱,往往可以看见有电解电容鼓包的现象,如果将电容拆下来量一下容量,发现比实际值要低很多。

电容的寿命与环境温度直接有关,环境温度越高,电容寿命越短。这个规律不但适用电解电容,也适用其它电容。所以在寻找故障电容时应重点检查和热源靠得比较近的电容,如散热片旁及大功率元器件旁的电容,离其越近,损坏的可能性就越大。

有些电容漏电比较严重,用手指触摸时甚至会烫手,这种电容必须更换。

在检修时好时坏的故障时,排除了接触不良的可能性以外,一般大部分就是电容损坏引起的故障了。所以在碰到此类故障时,可以将电容重点检查一下,换掉电容后往往令人惊喜(当然也要注意电容的品质,要选择好一点的牌子,如红宝石、黑金刚之类)。

三、电阻损坏的特点与判别

要了解了电阻的损坏特点,就不必大费周章。

“怎样维修无图纸电路板?"

电阻是电器设备中数量最多的元件,但不是损坏率最高的元件。电阻损坏以开路最常见,阻值变大较少见,阻值变小十分少见。常见的有碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻和保险电阻几种。前两种电阻应用最广,其损坏的特点一是低阻值(100Ω以下)和高阻值(100kΩ以上)的损坏率较高,中间阻值(如几百欧到几十千欧)的极少损坏;二是低阻值电阻损坏时往往是烧焦发黑,很容易发现,而高阻值电阻损坏时很少有痕迹。线绕电阻一般用作大电流限流,阻值不大。圆柱形线绕电阻烧坏时有的会发黑或表面爆皮、裂纹,有的没有痕迹。水泥电阻是线绕电阻的一种,烧坏时可能会断裂,否则也没有可见痕迹。保险电阻烧坏时有的表面会炸掉一块皮,有的也没有什么痕迹,但绝不会烧焦发黑。根据以上特点,在检查电阻时可有所侧重,快速找出损坏的电阻。

根据以上列出的特点,我们先可以观察一下电路板上低阻值电阻有没有烧黑的痕迹,再根据电阻损坏时绝大多数开路或阻值变大以及高阻值电阻容易损坏的特点,我们就可以用万用表在电路板上先直接量高阻值的电阻两端的阻值,如果量得阻值比标称阻值大,则这个电阻肯定损坏(要注意等阻值显示稳定后才下结论,因为电路中有可能并联电容元件,有一个充放电过程),如果量得阻值比标称阻值小,则一般不用理会它。这样在电路板上每一个电阻都量一遍,即使“错杀”一千,也不会放过一个了。

四、运算放大器的好坏判别方法

理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性,这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用,运放必须在闭环(负反馈)下工作。如果没有负反馈,开环放大下的运放成为一个比较器。如果要判断器件的好坏,先应分清楚器件在电路中是做放大器用还是做比较器用。

“怎样维修无图纸电路板?"

“怎样维修无图纸电路板?"

从图上我们可以看出,不论是何类型的放大器,都有一个反馈电阻Rf,则我们在维修时可从电路上检查这个反馈电阻,用万用表检查输出端和反向输入端之间的阻值,如果大的离谱,如几MΩ以上,则我们大概可以肯定器件是做比较器用,如果此阻值较小0Ω至几十kΩ,则再查查有无电阻接在输出端和反向输入端之间,有的话定是做放大器用。

根据放大器虚短的原理,就是说如果这个运算放大器工作正常的话,其同向输入端和反向输入端电压必然相等,即使有差别也是mv级的,当然在某些高输入阻抗电路中,万用表的内阻会对电压测试有点影响,但一般也不会超过0.2V,如果有0.5V以上的差别,则放大器必坏无疑!

如果器件是做比较器用,则允许同向输入端和反向输入端不等,

同向电压>反向电压,则输出电压接近正的最大值;

同向电压<反向电压,则输出电压接近0V或负的最大值(视乎双电源或单电源)。

如果检测到电压不符合这个规则,则器件必坏无疑! 这样你不必使用代换法,不必拆下电路板上的芯片就可以判断运算放大器的好坏了。

五、万用表测试SMT元件的一个小窍门

有些贴片元件非常细小,用普通万用表表笔测试检修时很不方便,一是容易造成短路,二是对涂有绝缘涂层的电路板不便接触到元件管脚的金属部分。这里告诉大家一个简便方法,会给检测带来不少方便。

取两枚最小号的缝衣针,(深度工控维修技术专栏)将之与万用表笔靠紧,然后取一根多股电缆里的细铜线,用细铜线将表笔和缝衣针绑在一起,再用焊锡焊牢。这样用带有细小针尖的表笔去测那些SMT元件的时候就再无短路之虞,而且针尖可以刺破绝缘涂层,直捣关键部位,再也不必费神去刮那些膜膜了。

六、电路板公共电源短路故障的检修方法

电路板维修中,如果碰到公共电源短路的故障往往头大,因为很多器件都共用同一电源,每一个用此电源的器件都有短路的嫌疑,如果板上元件不多,采用“锄大地”的方式终归可以找到短路点,如果元件太多,“锄大地”能不能锄到状况就要靠运气了。在此推荐一比较管用的方法,采用此法,事半功倍,往往能很快找到故障点。

要有一个电压电流皆可调的电源,电压0-30V,电流0-3A,此电源不贵,300元左右。将开路电压调到器件电源电压水平,先将电流调至最小,将此电压加在电路的电源电压点如74系列芯片的5V和0V端,视乎短路程度,慢慢将电流增大,用手摸器件,当摸到某个器件发热明显,这个往往就是损坏的元件,可将之取下进一步测量确认。当然操作时电压一定不能超过器件的工作电压,并且不能接反,否则会烧坏其它好的器件。

七、一块小橡皮,解决大问题

工业控制用到的板卡越来越多,很多板卡采用金手指插入插槽的方式.由于工业现场环境恶劣,多尘、潮湿、多腐蚀气体的环境易使板卡产生接触不良故障,很多朋友可能通过更换板卡的方式解决了问题,但购买板卡的费用非常可观,尤其某些进口设备的板卡。其实大家不妨使用橡皮擦在金手指上反复擦几下,将金手指上的污物清理干净后,再试机,没准就解决了问题!方法简单又实用。

八、时好时坏电气故障的分析

各种时好时坏电气故障从概率大小来讲大概包括以下几种情况:

1、接触不良

板卡与插槽接触不良、缆线内部折断时通时不通、线插头及接线端子接触不好、元器件虚焊等皆属此类;

2、信号受干扰

对数字电路而言,在特定的情况条件下,故障才会呈现,有可能确实是干扰太大影响了控制系统使其出错,也有电路板个别元件参数或整体表现参数出现了变化,使抗干扰能力趋向临界点,从而出现故障;

3、元器件热稳定性不好

从大量的维修实践来看,其中首推电解电容的热稳定性不好,其次是其它电容、三极管、二极管、IC、电阻等;

4、电路板上有湿气、积尘等

湿气和积尘会导电,具有电阻效应,而且在热胀冷缩的过程中阻值还会变化,这个电阻值会同其它元件有并联效果,这个效果比较强时就会改变电路参数,使故障发生;

5、软件也是考虑因素之一

电路中许多参数使用软件来调整,某些参数的裕量调得太低,处于临界范围,当机器运行工况符合软件判定故障的理由时,那么报警就会出现。

九、怎样快速查找元器件资料?

现代的电子产品五花八门,元器件种类日益繁多,何止万千,在电路维修中,尤其工业电路板维修领域,许多元器件乃见所未见,甚或闻所未闻,另外即使某款板子手头的元器件的资料齐全,但要在电脑里将这些资料一一翻阅分析,倘没有一个快捷查寻之法,则维修效率就要大打折扣,工业电子维修领域,效率就是金钱,跟效率过不去就是跟口袋的钞票过不去。

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1、电路板孔的可焊性影响焊接质量

电路板孔可焊性不好,将会产生虚焊缺陷,影响电路中元件的参数,导致多层板元器件和内层线导通不稳定,引起整个电路功能失效。

所谓可焊性就是金属表面被熔融焊料润湿的性质,即焊料所在金属表面形成一层相对均匀的连续的光滑的附着薄膜。

影响印刷电路板可焊性的因素主要有:

焊料的成份和被焊料的性质

焊料是焊接化学处理过程中重要的组成部分,它由含有助焊剂的化学材料组成,常用的低熔点共熔金属为Sn-Pb或Sn-Pb-Ag。其中杂质含量要有一定的分比控制,以防杂质产生的氧化物被助焊剂溶解。焊剂的功能是通过传递热量,去除锈蚀来帮助焊料润湿被焊板电路表面。一般采用白松香和异丙醇溶剂。

焊接温度和金属板表面清洁程度

焊接温度和金属板表面清洁程度也会影响可焊性。温度过高,则焊料扩散速度加快,此时具有很高的活性,会使电路板和焊料溶融表面迅速氧化,产生焊接缺陷,电路板表面受污染也会影响可焊性从而产生缺陷,这些缺陷包括锡珠、锡球、开路、光泽度不好等。

2、翘曲产生的焊接缺陷

电路板和元器件在焊接过程中产生翘曲,由于应力变形而产生虚焊、短路等缺陷。翘曲往往是由于电路板的上下部分温度不平衡造成的。对大的PCB,由于板自身重量下坠也会产生翘曲。

普通的PBGA器件距离印刷电路板约0.5mm,如果电路板上器件较大,随着线路板降温后恢复正常形状,焊点将长时间处于应力作用之下,如果器件抬高0.1mm就足以导致虚焊开路。

3、电路板的设计影响焊接质量

在布局上,电路板尺寸过大时,虽然焊接较容易控制,但印刷线条长,阻抗增大,抗噪声能力下降,成本增加;过小时,则散热下降,焊接不易控制,易出现相邻线条相互干扰,如线路板的电磁干扰等情况。

因此,必须优化PCB板设计:

  •  缩短高频元件之间的连线、减少EMI干扰。

  •  重量大的(如超过20g) 元件,应以支架固定,然后焊接。

  •  发热元件应考虑散热问题,防止元件表面有较大的ΔT产生缺陷与返工,热敏元件应远离发热源。

  •  元件的排列尽可能平行,这样不但美观而且易焊接,宜进行大批量生产。电路板设计为4∶3的矩形最佳。导线宽度不要突变,以避免布线的不连续性。电路板长时间受热时,铜箔容易发生膨胀和脱落,因此,应避免使用大面积铜箔。

综合上述,为能保证PCB板的整体质量,在制作过程中,要采用优良的焊料、改进PCB板可焊性以及及预防翘曲防止缺陷的产生。

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电容故障

电容损坏引发的故障在电子设备中是最高的,其中尤其以电解电容的损坏最为常见。电容损坏表现为:容量变小、完全失去容量、漏电、短路。

电容在电路中所起的作用不同,引起的故障也各有特点:在工控电路板中,数字电路占绝大多数,电容多用做电源滤波,用做信号耦合和振荡电路的电容较少。用在开关电源中的电解电容如果损坏,则开关电源可能不起振,没有电压输出;

或者输出电压滤波不好,电路因电压不稳而发生逻辑混乱,表现为机器工作时好时坏或开不了机,如果电容并在数字电路的电源正负极之间,故障表现同上。

这在电脑主板上表现尤其明显,很多电脑用了几年就出现有时开不了机,有时又可以开机的现象,打开机箱,往往可以看见有电解电容鼓包的现象,如果将电容拆下来量一下容量,发现比实际值要低很多。

电容的寿命与环境温度直接有关,环境温度越高,电容寿命越短。这个规律不但适用电解电容,也适用其它电容。所以在寻找故障电容时应重点检查和热源靠得比较近的电容,如散热片旁及大功率元器件旁的电容,离其越近,损坏的可能性就越大。所以在检修查找时应有所侧重。

有些电容漏电比较严重,用手指触摸时甚至会烫手,这种电容必须更换。在检修时好时坏的故障时,排除了接触不良的可能性以外,一般大部分就是电容损坏引起的故障了。所以在碰到此类故障时,可以将电容重点检查一下,换掉电容后往往令人惊喜。

电阻故障

常看见许多初学者在检修电路时在电阻上折腾,又是拆又是焊的,其实修得多了,你只要了解了电阻的损坏特点,就不必大费周章。

电阻是电器设备中数量最多的元件,但不是损坏率最高的元件。电阻损坏以开路最常见,阻值变大较少见,阻值变小十分少见。常见的有碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻和保险电阻几种。

前两种电阻应用最广,其损坏的特点一是低阻值 (100Ω以下) 和高阻值 (100kΩ以上) 的损坏率较高,中间阻值 (如几百欧到几十千欧) 的极少损坏;二是低阻值电阻损坏时往往是烧焦发黑,很容易发现,而高阻值电阻损坏时很少有痕迹。

线绕电阻一般用作大电流限流,阻值不大;圆柱形线绕电阻烧坏时有的会发黑或表面爆皮、裂纹,有的没有痕迹;水泥电阻是线绕电阻的一种,烧坏时可能会断裂,否则也没有可见痕迹;保险电阻烧坏时有的表面会炸掉一块皮,有的也没有什么痕迹,但绝不会烧焦发黑。根据以上特点,在检查电阻时可有所侧重,快速找出损坏的电阻。

根据以上列出的特点,我们先可以观察一下电路板上低阻值电阻有没有烧黑的痕迹,再根据电阻损坏时绝大多数开路或阻值变大以及高阻值电阻容易损坏的特点,我们就可以用万用表在电路板上先直接量高阻值的电阻两端的阻值。

如果量得阻值比标称阻值大,则这个电阻肯定损坏 (要注意等阻值显示稳定后才下结论,因为电路中有可能并联电容元件,有一个充放电过程) ,如果量得阻值比标称阻值小,则一般不用理会它。这样在电路板上每一个电阻都量一遍,即使“错杀”一千,也不会放过一个了。

运算放大器故障

运算放大器好坏的判别对相当多的电子维修者有一定的难度,不只文化程度的关系,在此与大家共同探讨一下,希望对大家有所帮助。

理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性,这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用,运放必须在闭环(负反馈)下工作。如果没有负反馈,开环放大下的运放成为一个比较器。如果要判断器件的好坏,先应分清楚器件在电路中是做放大器用还是做比较器用。

根据放大器虚短的原理,就是说如果这个运算放大器工作正常的话,其同向输入端和反向输入端电压必然相等,即使有差别也是mv级的,当然在某些高输入阻抗电路中,万用表的内阻会对电压测试有点影响,但一般也不会超过0.2V,如果有0.5V以上的差别,则放大器必坏无疑。

如果器件是做比较器用,则允许同向输入端和反向输入端不等。同向电压>反向电压,则输出电压接近正的最大值;同向电压

SMT元件故障

有些贴片元件非常细小,用普通万用表表笔测试检修时很不方便,一是容易造成短路,二是对涂有绝缘涂层的电路板不便接触到元件管脚的金属部分。这里告诉大家一个简便方法,会给检测带来不少方便。

取两枚最小号的缝衣针,将之与万用表笔靠紧,然后取一根多股电缆里的细铜线,用细铜线将表笔和缝衣针绑在一起,再用焊锡焊牢。这样用带有细小针尖的表笔去测那些SMT元件的时候就再无短路之虞,而且针尖可以刺破绝缘涂层,直捣关键部位,再也不必费神去刮那些膜膜了。

公共电源短路故障

电路板维修中,如果碰到公共电源短路的故障往往头大,因为很多器件都共用同一电源,每一个用此电源的器件都有短路的嫌疑。

如果板上元件不多,采用“锄大地”的方式终归可以找到短路点;如果元件太多,“锄大地”能不能锄到状况就要靠运气了。在此推荐一比较管用的方法,采用此法,事半功倍,往往能很快找到故障点。

要有一个电压电流皆可调的电源,电压0-30V,电流0-3A,这种电源不贵,大概300元左右。将开路电压调到器件电源电压水平,先将电流调至最小,将此电压加在电路的电源电压点如74系列芯片的5V和0V端,视乎短路程度,慢慢将电流增大。

用手摸器件,当摸到某个器件发热明显,这个往往就是损坏的元件,可将之取下进一步测量确认。当然操作时电压一定不能超过器件的工作电压,并且不能接反,否则会烧坏其它好的器件。

板卡故障

工业控制用到的板卡越来越多,很多板卡采用金手指插入插槽的方式。由于工业现场环境恶劣,多尘、潮湿、多腐蚀气体的环境易使板卡产生接触不良故障,很多朋友可能通过更换板卡的方式解决了问题,但购买板卡的费用非常可观,尤其某些进口设备的板卡。

其实大家不妨使用橡皮擦在金手指上反复擦几下,将金手指上的污物清理干净后,再试机,没准就解决了问题,方法简单又实用。

电气故障

各种时好时坏电气故障从概率大小来讲大概包括以下几种情况:

接触不良:板卡与插槽接触不良、缆线内部折断时通时不通、线插头及接线端子接触不好、元器件虚焊等皆属此类;

信号受干扰:对数字电路而言,在特定的情况条件下故障才会呈现,有可能确实是干扰太大影响了控制系统使其出错,也有电路板个别元件参数或整体表现参数出现了变化,使抗干扰能力趋向临界点从而出现故障;

元器件热稳定性不好:从大量的维修实践来看,其中首推电解电容的热稳定性不好,其次是其它电容、三极管、二极管、IC、电阻等;

电路板上有湿气、尘土等:湿气和积尘会导电具有电阻效应,而且在热胀冷缩的过程中阻值还会变化,这个电阻值会同其它元件有并联效果,这个效果比较强时就会改变电路参数使故障发生;

软件也是考虑因素之一:电路中许多参数使用软件来调整,某些参数的裕量调得太低处于临界范围,当机器运行工况符合软件判定故障的理由时,那么报警就会出现。

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电路板三防漆的作用

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三防漆是一种特殊配方的涂料,用于保护线路板及其相关设备免受坏境的侵蚀。三防漆具有良好的耐高低温性能;其固化后成一层透明保护膜,可在诸如含化学物质(例如:燃料、冷却剂等)、震动、湿气、盐雾、潮湿与高温的情况下保护电路免受损害。

个人制作电路板方法一

1. 将敷铜板裁成电路图所需尺寸。

2. 把蜡纸放在钢板上,用笔将电路图按1:1刻在蜡纸上,并把刻在蜡纸上的电路图按电路板尺寸剪下,剪下的蜡纸放在所印敷铜板上。取少量油漆与滑石粉调成稀稠合适的印料,用毛刷蘸取印料,均匀地涂到蜡纸上,反复几遍,印制板即可印上电路。这种刻板可反复使用,适于小批量制作。

3. 以氯酸钾1克,浓度15%的盐酸40毫升的比例配制成腐蚀液,抹在电路板上需腐蚀的地方进行腐蚀。

4. 将腐蚀好的印制板反复用水清洗。用香蕉水擦掉油漆,再清洗几次,使印制板清洁,不留腐蚀液。抹上一层松香溶液待干后钻孔。

个人制作电路板方法二

在业余条件下制作印制板的方法很多,但不是费时,就是“工艺”复杂,或质量不敢恭维。而本人制作印刷板的方法就属于综合效果较好的一种,方法如下:

1. 制印板图。把图中的焊盘用点表示,连线走单线即可,但位置、尺寸需准确。

2. 根据印板图的尺寸大小裁制好印板,做好铜箔面的清洁。

3. 用复写纸把图复制到印板上,如果线路较简单,且制作者有一定的制板经验,此步可省略。

4. 根据元件实物的具体情况,粘贴不同内外径的标准预切符号(焊盘);然后视电流大小,粘贴不同宽度的胶带线条。对于标准预切符号及胶带,电子商店有售。预切符号常用规格有D373(0D-2.79,ID-0.79),D266(0D-2.00,ID-0.80),D237(OD-3.50,ID-1.50)等几种,最好购买纸基材料做的(黑色),塑基(红色)材料尽量不用。胶带常用规格有0.3、0.9 、1.8、 2.3、 3.7等几种。单位均为毫米。

5. 用软一点的小锤,如光滑的橡胶、塑料等敲打图贴,使之与铜箔充分粘连。重点敲击线条转弯处、搭接处。天冷时,最好用取暖器使表面加温以加强粘连效果。

6. 放入三氯化铁中腐蚀,但需注意,液温不高于40度。腐蚀完后应及时取出冲洗干净,特别是有细线的情况。

7. 打眼,用细砂纸打亮铜箔,涂上松香酒精溶液,凉干则制作完毕了。这种印制板的质量很接近正规的印制板。0.3毫米胶带可在IC两脚之间穿越,可大大减少板正面的短跳线以省事、省时间。

个人制作电路板方法三

将漆片(即虫胶,化工原料店有售)一份,溶于三份无水酒精中,并适当搅拌,待其全部溶解后,滴上几滴医用紫药水(龙胆紫),使其呈现一定的颜色,搅拌均匀后,即可作为保护漆用来描绘电路板。

先用细砂纸把敷铜板擦亮,然后采用绘图仪器中的鸭嘴笔(或圆规上用来画图形的墨水鸭嘴笔),进行描绘,鸭嘴笔上有调整笔划粗细的螺母,笔划粗细可调,并可借用直尺、三角尺描绘出很细的直线,且描绘出的线条光滑、均匀,无边缘锯齿,给人以顺畅、流利的感觉;同时,还可以在电路板的空闲处写上汉字、英语、拼音或符号。

描绘出的线条,若向周围浸润,则是浓度太小,可以加一点漆片;若是拖不开笔,则是太稠了,需滴上几滴无水酒精。万一描错了也没关系,只要用一小棍(火柴杆),做一个小棉签,蘸上一点无水酒精,即可方便地擦掉,然后重新描绘即可。一旦电路板图绘好后,即可在三氯化铁溶液中腐蚀。电路板腐蚀好后,去漆也很方便,用棉球蘸上无水酒精,就可以将保护漆擦掉,略一晾干,就可随之涂上松香水使用。

由于酒精挥发快,配制好的保护漆应放在小瓶中(如墨水瓶)密封保存,用完后别忘了盖上瓶盖,若在下次使用时,发现浓度变稠了,只要加上适量无水酒精即可。

个人制作电路板方法四

把即时贴粘在敷铜板的铜箔上,然后在贴面上绘制好电路,再用刻刀刻透贴面层,形成所需电路,揭去非电路部分最后用三氯化铁腐蚀或电流电解法就可以制作出较理想的电路板。

腐蚀温度可在55℃左右进行,腐蚀速度较快。腐蚀好的电路板用清水冲洗干净,揭去电路上的即时贴,打好孔,擦干净涂上松香酒精溶液以备使用。

个人制作电路板方法五

1.根据电路原理图中所用的元件形状和印刷板面积的大小合理安排元件的密度和各元件的位置。确定元件位置应按照先大后小、先整体后局部的原则进行,使电路中相邻元件就近放置,排列整齐均匀。

2.各元件之间的连接导线在拐弯处和两线相交处不能拐直角,须用曲线过渡,也不能相互交叉和迂回太远。有些导线实在做不到这一点时,可以考虑在印刷板的反面印制导线,再用穿钉与正面电路连接,或在焊接元件时另外用绝缘导线连接。

3.输入部分和输出部分距离远一些为好,以免互相干扰。

个人制作电路板方法六

无线电爱好者都为制作电路板而烦恼过。现在向大家介绍一种“亚印刷”法制作印刷电路板。方法如下:

1、在打印机上将电路板图按1∶1的比例打印在80克复印纸上。手工绘制也可以,但底纸要平整。

2、找一台传真机,将机里的传真纸取出,换上热熔塑膜。把电路图放入传真机入口,利用传真机的复印键,将线路图复制在热熔塑膜上。这时印刷电路板的“印刷原稿”就做好了。

3、用双面胶带纸将制好图的塑膜平整地贴在敷铜板上。注意要平整,不能起皱,胶带纸不能遮住熔化部分,否则影响线路板的制作效果。

4、用漆刷将油漆均匀地刷在塑膜上,注意:不能往复地刷,只能顺着一个方向依次刷,否则塑膜一起皱,铜板上的线条就会出现重叠。待电路图全被刷遍,小心地将塑膜拿掉。这时一块印刷线路板就印刷好了。待干后,即可腐蚀了。

如要印制多块,可做一个比电路板大一点的木框,将丝网(本公司有丝网出售)平整地敷在木框上,固定好。再用双面胶带纸将定好影的塑膜贴在丝网下面。将敷铜板放在桌上,合上丝网架(印刷图与敷铜板要左右对齐),用漆刷将漆顺一个方向依次刷好,拿掉网架。印刷电路板就印好了。如有缺陷,可用油漆和竹片修改。

以上过程须注意,刷漆时,手用力要轻重得当,太重漆膜太厚,线条会跑花边,太轻线条会出现断线。塑膜一定要正面朝上。

来源:网络

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