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功耗低了器件卻燒了?低電流損耗也可能帶來麻煩

發(fā)布時(shí)間:2017-11-24 來源:Abhinay Patil 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】用電流損耗更低的RS-485收發(fā)器替代舊器件,結(jié)果卻發(fā)生故障,是什么原因呢?這是因?yàn)闉槭瞻l(fā)器總線側(cè)供電的線性穩(wěn)壓器有一個(gè)特殊要求,需要最小負(fù)載電流才能正常工作。否則,穩(wěn)壓器將無法正常穩(wěn)壓,輸出電壓會(huì)超出范圍。
 
問:我換了一個(gè)更新更好的器件,電流損耗更低,結(jié)果發(fā)生故障,新器件差點(diǎn)兒燒毀。如何解釋這一現(xiàn)象?
 
答:線性穩(wěn)壓器是相當(dāng)簡單的器件,并沒有太多挑戰(zhàn)。盡管如此,偶爾還是會(huì)遇到麻煩。
 
我當(dāng)現(xiàn)場應(yīng)用工程師時(shí),有時(shí)客戶會(huì)請(qǐng)我推薦合適的器件來替換某個(gè)供應(yīng)商供貨的器件。在很多情況下,更換器件的決定是由客戶的生產(chǎn)和采購團(tuán)隊(duì)做出的,原來的電路設(shè)計(jì)師可能并不知曉。決策過程相當(dāng)簡單:替代器件應(yīng)當(dāng)具有相同的功能、封裝和引腳配置,以及與被替代器件同等甚至更好的電氣規(guī)格。只要滿足所有這些要求,就可向元器件工程師提供必要的比較數(shù)據(jù),然后將新的元器件添加到物料清單中,作為元器件備選方案。做完這些,就算大功告成了。但是事實(shí)上,使用舊器件正常工作的產(chǎn)品在替換為備選件后,在生產(chǎn)線上開始出現(xiàn)故障。哪里出錯(cuò)了呢?
 
我曾參與這樣一個(gè)案例,我們遵循上述流程,在客戶設(shè)計(jì)中,將我們的隔離式RS-485收發(fā)器作為除一個(gè)供應(yīng)商器件之外的另一可選器件。兩個(gè)器件形狀、尺寸和功能兼容,而我們的器件具有更好的電氣規(guī)格。客戶隨后向我們下了訂購大量此器件的訂單,看起來沒有任何理由出錯(cuò)。然而,客戶報(bào)告說,新的RS-485收發(fā)器在生產(chǎn)測試臺(tái)上開始出現(xiàn)故障。由于設(shè)計(jì)沒有任何別的改變,所以一定是新器件的問題。
 
經(jīng)過進(jìn)一步調(diào)查,我們發(fā)現(xiàn)為收發(fā)器總線側(cè)供電的線性穩(wěn)壓器未按預(yù)期穩(wěn)壓至5V,而是上升到更高的電壓。我們不得不仔細(xì)檢查、比較舊收發(fā)器和替換器件的數(shù)據(jù)手冊(cè),以及線性穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)手冊(cè),以確定哪里出了錯(cuò)。
 
“更好”只是一個(gè)定性術(shù)語,具體取決于所討論的參數(shù)。例如,涉及到速度、CMRR、PSRR時(shí),越高越好;涉及到失調(diào)電壓、漂移時(shí),越低越好。即使不具備工程專業(yè)知識(shí)的人,也知道功耗總是越低越好。真的是這樣嗎?在這個(gè)特殊案例中,并非如此。舊收發(fā)器閑置狀態(tài)下在總線側(cè)消耗15mA(典型值)電流,而新器件僅消耗2mA(最大值)。毫無疑問,新器件在數(shù)據(jù)上看起來更好。不幸的是,線性穩(wěn)壓器似乎失常了。
 
正如本文開頭提到的,線性穩(wěn)壓器相當(dāng)簡單,并沒有太多要求。然而,它卻有一個(gè)特殊要求,即需要最小負(fù)載電流才能正常工作。如果這一需求沒有被滿足,穩(wěn)壓器將無法正常穩(wěn)壓,輸出電壓會(huì)超出范圍。如果穩(wěn)壓器的輸入電壓遠(yuǎn)高于期望的輸出電壓,情況將變得更差。
 
許多現(xiàn)代線性穩(wěn)壓器在設(shè)計(jì)中特別注意了這個(gè)問題,因而不會(huì)產(chǎn)生故障。一些舊器件(如本案的客戶設(shè)計(jì)所用的器件)沒有考慮此點(diǎn),因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要額外的預(yù)防措施。某些情況下,可調(diào)輸出LDO的反饋電阻網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)最小負(fù)載電流。但是,如果決定大幅提高電阻,而同時(shí)要保持相同比值,很可能無意中闖禍。還有另外一種情況,即由LDO供電的器件在正常工作期間可滿足負(fù)載要求,而在待機(jī)狀態(tài)下則不行。這些都是需要注意的潛在缺陷,因此請(qǐng)務(wù)必仔細(xì)閱讀LDO數(shù)據(jù)手冊(cè)。如果有最小負(fù)載電流要求,通常會(huì)以某種形式體現(xiàn)出來。下面是幾個(gè)示例:
 
功耗低了器件卻燒了?低電流損耗也可能帶來麻煩
圖1:數(shù)據(jù)手冊(cè)中的最小負(fù)載電流實(shí)例。
 
功耗低了器件卻燒了?低電流損耗也可能帶來麻煩
圖2:左邊線路圖:采用舊器件的穩(wěn)壓器正常工作(滿足最小負(fù)載電流要求);右邊線路圖:采用新器件的穩(wěn)壓器不穩(wěn)定(負(fù)載電流不足)。
 
現(xiàn)在回到我們的故事——一旦了解了問題產(chǎn)生的根本原因,修復(fù)就相當(dāng)簡單。我們要做的就是在調(diào)節(jié)器輸出端加一個(gè)泄放電阻,以消耗最小負(fù)載電流。雖然不理智的客戶很容易將問題簡單地歸咎于我們的器件,但本例中的客戶看到了積極的一面,很高興能從這一案例中學(xué)到新技術(shù)。
 
功耗低了器件卻燒了?低電流損耗也可能帶來麻煩
圖3:增加一個(gè)泄放電阻滿足最小負(fù)載電流要求后,問題解決了。
 
有如童話中的完美結(jié)局,雖然歷經(jīng)挫折,但最終每個(gè)人都過上了幸??鞓返纳睢?/div>
 
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì),作者:Abhinay Patil,ADI公司。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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