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电源设计的“败笔”和电源电路板的测试点

时间:2019-07-22 来源:meanwellpower.net浏览次数:167

  总的来说,几乎任何电路设计都可以安全地在EDN和ED上发表,因为专业读者通常能理解任何明显的危险,而且专业作者一般会对大多数危险电路做出详细解释,但供爱好者阅读的杂志本应该(我说本应该,是因为他们经常忽略这个要求)坚持一定的标准,避免发布危险的电路设计,虽然社会和法制对危险性发布的要求越来越严格,但在这些个人爱好者类杂志停刊前的最后几年里,危险电路设计仍在持续被发表。

  撇开危险性不说,电路设计还有好坏之分,一个电路可能是好的设计,也可能是垃圾,无论专业还是爱好者类杂志,都存在一定数量的劣质电路设计,也许你认为出版行业的专业人员应该在某种程度上扮演质量把控的角色,以确保只有高质量的电路设计才能发表,然而问题在于,很多真正优秀的工程师都在公司里忙于设计,这跟其它诸多行业一样。

  让我们来看一个最令人难忘的电子工程设计灾难,令我震惊的是,它竟然于1996年发布在最明纬电源受欢迎的电子爱好者杂志上,发表这个电路设计是不负责任的,除此之外,还有一些不那么严重但仍很重要的问题。

  这个电路用于D类开关音频功率放大器,这一技术不仅早在1975年就已经被详细地介绍过了(就在这些非常流行的电子爱好者杂志上),而且索尼在这一时期制造出了第一个商用开关音频功率放大器,当时,索尼研发出了因垂直J-FET型结构而得名的V-FET器件,作为FET,这些器件轻松地实现了与高质量音频相匹配的250kHz开关频率的高速需求(这意味着采样速率比理想的上限频率高一个数量级)。

  需要注意的是,这个广义拓扑的设计都是正确的,调制器包含在一个封闭的反馈环路内,以确保忠实还原输入信号,输出滤波器在反馈回路外部,极大地简化了稳定性问题,实际上还可以支持更大的带宽,这个基本拓扑图省略了很多细节,比如,功率器件的门极驱动(包括索尼的原始V-FET)带来了一些需要级联跟随台湾明纬器等电路的挑战。

  D类开关设计所独有的一个难点在于,它们依赖于输出级中未使用能量的再循环来实现其效率,当从单个输出级为负载提供直流电压驱动时,就会产生问题,我们可以利用图2中的基本电路来解释。

  可是在大量生产的工厂里没有办法让你用电表慢慢去量测每一片板子上的每一颗电阻,电容,电感,甚至是IC的电路是否正确,所以就有了所谓的ICT(In-Circuit-Test)自动化测试机台的出现,它使用多根探针(一般称之为「针床(Bed-Of-Nails)」治具)同时接触板子上所有需要被量测的零件线路,然后经由程控以序列为主,并列为辅的方式循序量测这些电子零件的特性,通常这样测试一般板子的所有零件只需要1~2分钟左右的时间可以完成,视电路板上的零件多寡而定,零件越多时间越长。

  但是如果让这些探针直接接触到板子上面的电子零件或是其焊脚,很有可能会压毁一些电子零件,反而适meanwell得其反,所以聪明的工程师就发明了「测试点」,在零件的两端额外引出一对圆形的小点,上面没有防焊(mask),可以让测试用的探针接触到这些小点,而不用直接接触到那些被量测的电子零件。

  早期在电路板上面还都是传统插件(DIP)的年代,的确会拿零件的焊脚来当作测试点来用,因为传统零件的焊脚够强壮,不怕针扎,可是经常会有探针接触不良的误判情形发生,因为一般的电子零件经过波峰焊(wavesoldering)或是SMT吃锡之后,在其焊锡的表面通常都会形成一层锡膏助焊剂的残留薄膜,这层薄膜的阻抗非常高,常常会造成探针的接触不良,所以当时经常可见产线的测试作业员,经常拿着空气喷枪拼命的吹,或是拿酒精擦拭这些需要测试的地方。

  其实经过波峰焊的测试点也会有探针接触不良的问题,后来SMT盛行之后,测试误判的情形就得到了很大的改善,测试点的应用也被大大地赋予重任,创联电源因为SMT的零件通常很脆弱,无法承受测试探针的直接接触压力,使用测试点就可以不用让探针直接接触到零件及其焊脚,不但保护零件不受伤害,也间接大大地提升测试的可靠度,因为误判的情形变少了。

  不过随着科技的演进,电路板的尺寸也越来越小,小小地电路板上面光要挤下这么多的电子零件都已经有些吃力了,所以测试点占用电路板空间的问题,经常在设计端与制造端之间拔河,不过这个议题等以后有机会再来谈,测试点的外观通常是圆形,因为探针也是圆形,比较好生产,也比较容易让相邻探针靠得近一点,这样才可以增加针床的植针密度。

  使用针床来做电路测试会有一些机构上的先天上限制,比如说:探针的最小直径有一定极限,太小直径的针容易折断毁损。

  针间距离也有一定限制,因为每一根针都要从一个孔出来,而且每根针的后端都还要再焊接一条扁平电缆,如果相邻的孔太小,除了针与针之间会有接触短路的问题,扁平电缆的干涉也是一大问题。

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