電路板上的電源短路故障怎麼查?老司機經驗分享

作者:Carson76

對於電子愛好者或者硬體開發工程師來說,每次設計一款板子都可謂是心驚肉跳,至少我自己是這樣,生怕PCB設計完有問題,特別是每次打板和SMT回來,第一個操作就是趕緊測一下PCB上各路電源對地是否短路,這已經成為了我的習慣。在設計了數百款PCB板、以及後期除錯、維修各種裝置的電路板,遇到過不少短路現象,尤其是電源短路是非常棘手的問題,我在做初級硬體工程師時,曾經為了查一個板子的電源短路問題,幾乎拆光了整個板子的所有元器件,還是沒有查到,最後毫無頭緒,灰頭土臉,弄得信心全無。

造成短路的原因很多,各種坑我都遇到過,有設計錯誤,有元器件貼反了(比如有源晶振),有采購問題(器件買錯了或者是假貨),有貼片質量問題(雖然現在成熟的產線都會配備AOI視覺檢測,但一些後期外掛焊接或者修補時焊接工人小機率還是會在操作時不注意,碰到了某些引腳使之短路),還有軟體的誤操作也可能會引起一些器件的損壞導致的短路(這屬於故障了,也比較難查)。

所以此文,我總結一些自己的方法,都是結合了遇到過的問題經驗,作為一個記錄,與同行們分享。

電路板上的電源短路故障怎麼查?老司機經驗分享

一、目檢法

目檢是最下意識的檢查,不需要任何輔助工具,對著好的板子或者PCB設計圖一一檢查,透過目檢檢視短路的幾個小經驗:

1、把問題電路板拿到視窗,比較明亮的自然光下,而不是專門的檯燈下面,因為檯燈的光線會比較刺眼,而PCB上的晶片引腳、PCB的光面油漆會造成對視覺的比較強的反射,反而不容易發現。自然亮光下一些明顯的連焊能夠直接看出來,遇到模稜兩可的地方,再拿到檯燈和放大鏡下放大觀察細節。

2、如果是晚上,沒有自然光,身邊也沒有放大鏡和檯燈時,手機是很好的工具,用手機的手電筒功能可以起到檯燈的作用,我還會比較喜歡用手機的微距+閃光拍攝模式,這樣的細節圖放大以後會特別清楚。但是用手機閃光拍攝時,角度非常重要,正面拍肯定不行,反光會很強烈,我的經驗是斜著拍,對焦點在你的懷疑點上,斜的角度是30~60度之間,效果不好可以多嘗試幾次拍攝。(手機+閃光拍攝同樣對檢視晶片絲印非常有用)

電路板上的電源短路故障怎麼查?老司機經驗分享

3、目檢不管是檢查引腳,還要重點看一下晶片的1腳位置是否正確,有極性的器件是否反了,甚至是有的器件是否貼錯,比如把原來貼0402電容的地方貼了0402的0歐姆電阻。

二、嗅覺法

有的板子,通電前並沒有短路,但是一上電就短路了,這種情況是非物理短路,而是通電後某些器件因為過流燒燬,具體原因要具體分析電路原理。

但是這種因為燒器件造成的短路,往往燒燬後,電路板上會有焦糊味,透過我們靈敏的嗅覺,也能找到故障部位,甚至大部分燒燬的晶片或器件,表面會有突起的焦痕。

電路板上的電源短路故障怎麼查?老司機經驗分享

三、電源路徑切斷法(電源排除法)

透過對原理圖的分析,找到各單元電路的供電線路中,容易被切斷電流的串聯器件,優秀的電路設計中,會有保險絲、電感、二極體、0歐姆電阻等器件,這些器件,從電源分支的角度,從高級別分支開始切斷,去掉這些器件比較容易,然後逐一定位是否還存在短路現象。

比如下圖中電感和二極體,都是串在電源路徑上的器件,去掉L1這個電感,就能定位短路發生在電感之前的DCDC電路,還是發生在電感之後的負載電路,類似這樣一個個去除,能縮小短路定位的範圍。

電路板上的電源短路故障怎麼查?老司機經驗分享

四、晶片排除法

在排查了一圈以外,外圍簡單的器件設計和焊接風險被排出後,往往會把目標鎖定在一些主要複雜晶片,比如ARM晶片由於整合度高,外設和介面設計靈活,會有非常多不同電域的電壓引腳和GND引腳,拆除晶片能排除很多這些引腳引起的潛在風險。

當然這種操作是實在沒辦法,迫不得已的最後做法。

電路板上的電源短路故障怎麼查?老司機經驗分享

五、損毀法(魚死網破)

有些板子,不通電,一切正常,用萬用表測各路電源都沒有短路。但是一旦通電,電流異常,用小功率介面卡供電發現電壓被拉低很多,這是功率不足的表現,說明實際負載電流遠遠大於設計的引數。

這種現象我也把它歸結到短路問題,因為廣義上來說,短路也是電流超標的一種結果,即使是短路,在電源路徑上也會存在毫歐級的負載。

這種情況下是非常難查的,一般我會用直流穩壓電源在額定電壓輸出下,把輸出電流範圍跳到極限,然後接上負載PCB,一邊觀察電流變化,根據自己的經驗隨時關斷穩壓電源輸出,然後去摸PCB上發熱的部位,看看是哪些晶片或部位發熱嚴重且升溫迅速,就重點排查。

有時候也摸不出,或者整個PCB面積小,導熱很快,到處都很燙,這種只有最後一招了,那就是一直通電,等到晶片達到使用極限,自己燒燬。燒燬的時候,自然能比較清楚定位了。

電路板上的電源短路故障怎麼查?老司機經驗分享

以上5個方法,是比較常規的方法,從易到難,依次排查,大部分短路問題可以逐步定位出來。

下面是2種比較特殊的方法:

六、紅外熱成像檢測

這是一種比較直觀的透過紅外熱成像工具去快速直觀發現故障點的方法,因為短路器件或短路點會有發熱現象,不正常的升溫是可以作為判斷依據的。

電路板上的電源短路故障怎麼查?老司機經驗分享

七、最小電阻法

這個原理其實蠻簡單,就是透過檢測電路板上不同非GND點對地電阻的大小,比較並縮小範圍,找到對地電阻最小的點,這個地方大機率就是物理短路的故障點了。

但是這種方法,有2個問題:

1、普通的萬用表很難測出來,精度不夠,一般都是毫歐級。

2、即使你用毫歐表,需要人工一個個去核對比較每個點的電阻大小,非常麻煩。

所以,有人用這種方法做成了短路測試儀器,透過採集小電流放大並轉換成電壓,微控制器進行邏輯判斷,並用蜂鳴器或者數顯方式來給出最小阻抗點,這種方式不需要額外通電,是無損檢測。

電路板上的電源短路故障怎麼查?老司機經驗分享

類似的工具我買過一個。

以上記錄了我在日常工作中遇到的短路問題檢測、分析和定位的一些方法,用到的裝置,放在下面,大家也可以找類似的工具。

頂部