引言

    您刚刚收到由制造商提供的组装好的电源印刷电路板  (PCB)。您插上电源，猜猜怎么着？它出故障了。不管您是新入行的工程师，抑或是业内的资深人士，对那种沮丧感都是深有体会的。无论您花多少天多少小时进行运算、不断地完善自己的设计、并谨小慎微地实施 PCB的布局和布线，您的 3.3 V 输出在万用表上只显示为  “0”，或者更糟，在一阵轻烟之后它就烧毁了。

    对于电源来说，使用简单的脉宽调制器 (PWM) 和有限的特别部件、零件或功能元件的日子已经一去不复返了。集成电路 (IC) 具有几十个引脚以及诸如软起动、电流限制、预偏压启动和启动电容器等功能。但是，其中一些功能的意义是什么，又是哪些功能将会在特定的情况下阻止电源的工作呢？

    本文提供了一种针对故障设计的逻辑调试过程。故障检修过程从简单的“陷阱”开始，然后再处理更加棘手的问题，即便是经验丰富的设计人员也可能觉得这些内容是颇有帮助的。

测量概述

当调试电源问题时，最明显的错误会耗费大量的时间。在电源首次上电之前，最好是对电路板进行一下目视检查。设计人员必需查实安装了正确的部件、检查缺失的部件、查验所有的焊接点并检验部件焊接朝向的正确与否。再次确认表面贴装型电阻器和电容器在装配中未被调换，而且正方形的 IC 没有被旋转 90°或 180°。如果您没有做目视检查，而电路板在接通时发生了故障，那么这正是找出和更换受损部件并对电路板的其余部分进行检查的好时机。

    一旦完成了目视检查和器件更换，下一步要做的事情就是检查输入电缆是否正确地连接。图 1 示出了典型的单输入、单输出电源测试设置。

在验证了输入连接之后，启动调试过程最简易的方法是利用一个万用表或示波器。万用表可用于确保输入电压被传递至 PCB 并到达电路板上的正确位置。如果使用一个安培表来测量输入电流，则该表有可能连接错误或者具有一个将阻止输入电压到达电路板的熔断丝。当验证至电路板的电源时，测量布设在 IC 旁边的电容器两端的电压。有些转换器具有分别用于模拟电路和功率级的AVIN 和 PVIN 引脚。确认这些节点均接收指定的电压。一旦您验证 IC 已在接收电压，下一个需要检查的事项就是内置的线性稳压器或基准电压。核对产品数据表以确保这些引脚上的电压是正确的。在调试过程上花费过多的时间之前，这将是检查另一块电路板的绝佳机会。如果其他的电路板工作正常，那么这有助于把发生的问题从设计问题压缩为装配问题或 PCB 问题。

    电源 IC 通常具有输入使能和欠压闭锁 (UVLO) 电路。示波器可用于查看这些电压电平。探测输入电压和使能引脚以观察它们是否各自超过了 IC 数据表所规定的启动门限。有些转换器需要在施加输入和切换使能引脚之前提供 5 V或 3.3 V偏压。应验证该偏压存在于正确的时序中。

详细的调试程序

在验证了 IC 于输入和使能引脚上接收正确的电压之后，下一步是检测 IC 是否尝试起动。虽然万用表在输出端上显示的读数为 0.0 V，但是器件在关断之前也许已经起动了开关操作。把示波器探头安放在开关节点、输入电压、输出电压和使能引脚上。在开关节点上将示波器设定为正常触发，并把 x 轴标度放大为每格约 1 ms。给电路板加电并观察示波器是否触发。如果触发器执行捕捉操作且有波形出现，则表明 IC 尝试了一次输出充电。电源有可能因为短路而被关断。将电源从输入拿掉并测量从输出至地 (GND) 的阻抗。如果是短路或异常低的阻抗，则必需确定起因。

    取消电感器可帮助将输出节点与 IC 隔离开来。如果短路位于输出端，则可能是输出电容器短路。如果短路位于电感器的 IC 侧，则可能存在诸多问题。隔离短路的第一步是开始移除短路节点上的部件。如果这不奏效，则可使用一个电源和热感摄像机来查找短路所在的位置。把电源的电流限制为几个安培并在短路端子的两端加电。注意不要超过该节点上任何组件的额定电压。然后使用热感摄像机来观察电路板的升温点。用显微镜来检查以查明问题。

    如果电源未尝试执行开关操作，则需验证半导体元器件安装正确且未损坏。检查 MOSFET 阻抗。栅极至源极阻抗和漏极至源极阻抗均应该很高。接着，使用万用表上的二极管测量工具来测量所有 MOSFET 的体二极管。MOSFET 的源极至漏极体二极管电压应在 0.3 V 至 1V 的范围内。如果这些端子短路，则器件烧毁且必须更换。检查该电路中任何其他二极管的正向电压以证实其安装朝向是正确的。

    软起动电路可用于控制电源输出的斜坡上升。这通常是负责给一个电容器馈电的电流源。如果该电容器短路或有意地保持在低电平，则将阻止器件执行开关操作。

    在某些场合中，电源启动并尝试进行调节。应了解电源控制器内部的保护功能，这一点很重要。此类功能可以包括过压保护 (OVP)、欠压保护 (UVP)、过流保护 (OCP)、欠压闭锁 (UVLO) 和过温保护 (OTP)。

    如果电源执行开关操作且输出电压斜坡上升并发生过冲，则控制器有可能由于 OVP 而闭锁。检查顶端反馈电阻器以验证其安装正确。如果输出电压未及时斜坡上升，则 UVP 会起作用。假如在启动期间出现过流，抑或在启动过程中电源电压低于输出电压设定点，就会发生这种情况。倘若电源即将达到一种过流状态，它或许会不触发 UVP 跳变。然而，其可能拥有另一种保护方法。这些保护包括了电压折返、打嗝模式或器件锁断。

    另一个问题可能是输出电容过大，转换器不能在软起动,时间用完之前给输出充电。在该场合中，采用一个较大的软起动电容器可帮助解决该问题。大多数 IC 都具备过温保护功能电路，以避免器件出现热失控。当温度能够升至远高于 100°C 时，采用热感摄像机来诊断此故障。IC 可以在冷却之后立即尝试重新起动，并提供某种故障标志。

结论

    电源是复杂的电路，因此对其设计、布局、制造和装配必须谨慎从事。在事情不完美的情况下调试过程其本身就是一项技巧。遵循本文所描述的小贴士和过程可帮助设计人员以有效和及时的方式找到补救的方法。