Tajemniczy przypadek losowego prądu upływu

Oświadczenie: Znam już rozwiązanie tej zagadki debugowania obwodu (i nie jest to trywialne), i opublikuję ją po pewnym czasie, aby inni mogli wnieść swój wkład w tę tajemniczą historię! Myślę, że może to mieć wartość edukacyjną dla projektantów obwodów!

Kilka lat temu (~ 8, IIRC) natknąłem się na bardzo interesującą ofertę specjalną w lokalnym sklepie wielobranżowym: niektóre bardzo ładne (tak myślałem) urządzenia oświetleniowe LED Osram DOT-IT za połowę ceny.

Jak widać, były to małe urządzenia, zasilane trzema bateriami AAA, z trzema bardzo jasnymi białymi diodami LED. Całość została włączona za pomocą miękkiego przełącznika uruchamianego przez naciśnięcie przezroczystej kopuły. Przy pierwszym naciśnięciu trzy diody LED zaświecą się, a przy każdym kolejnym naciśnięciu jedna z diod LED zgaśnie. Możesz mieć więc możliwość wyboru ilości światła wytwarzanego przez urządzenie. Obudowa zewnętrzna, oprócz przezroczystej plastikowej kopuły, była wykonana z bardzo mocnego anodowanego aluminium, a tylna pokrywa była plastikowa z silnym magnesem, co pozwoliło przykleić przedmiot do lodówki, warsztatu samochodowego lub innej odpowiedniej metalowej powierzchni.

Ponieważ w tym czasie oświetlenie LED było we Włoszech bardzo drogie, a małe gadżety, takie jak te, były albo potwornie drogie, albo całkowicie gburowate, pomyślałem, że to bardzo dobry pomysł, aby kupić tuzin (najpierw spróbowałem z jednym urządzeniem, a ja potwierdziło, że tworzy bardzo silne światło i ma bardzo wysoką jakość). Zamierzałem używać ich jako świateł awaryjnych w każdym pokoju w moim domu i samochodzie.

Wszystko było w porządku, dopóki po około 6 miesiącach nie nastąpiła krótka przerwa w dostawie prądu. Ku mojemu wielkiemu rozczarowaniu około 10 z 12 rzeczy wyczerpało się!

Oczywiście moją pierwszą myślą było „gówniane, nieszczelne, miękkie przełączniki” i pobiegłem po mój mikro-amperomierz! Skutecznie znalazłem kilka jednostek, które miały nadmiernie wysokie prądy upływowe (~ 1 mA), ale pozostałe miały dość uczciwe ~ 20 μA. Byłem zdziwiony.

Wymieniłem wszystkie akumulatory na te o niskim wycieku i postanowiłem spróbować jeszcze raz.

Ku zaskoczeniu, po kilku miesiącach znów się nie udało! Zmierzyłem wyciek ponownie i uzyskałem różne wyniki. Niektóre jednostki miały straszny upływ prądu ~ 1 mA, podczas gdy inne były „normalne”. Co więcej, przetestowałem ponownie dwie jednostki, które pierwotnie wykazywały wysoki wyciek i ... już nie przeciekły !!!

Miałem dość, a ponieważ nie miałem wtedy czasu na marnowanie sprawy, złomowałem je wszystkie, wrzuciłem do śmieciowego pudełka (w końcu miały trzy ładne i drogie białe diody LED i planowałem ocal ich) i zapomnij o nich.

Znalazłem je ponownie kilka tygodni temu i, w szale reorganizacji, postanowiłem zdemontować urządzenia i uratować diody LED. Odkryłem więc, że wewnętrzny obwód to niewielka płytka drukowana z chwilowym wyłącznikiem, diodami LED, układem sterującym i nasadką. PCB pokazano na poniższych zdjęciach (dla ciekawości próbowałem znaleźć arkusz danych dla tego układu sterownika, ale bez powodzenia).

Ponownie przetestowałem płytki drukowane, dla zabawy, i nadal mam nieregularne wycieki, które obserwowałem wcześniej, ale w trakcie tego procesu ostatecznie odkryłem winowajcę.

Zgadnij, co było przyczyną tego losowego i nieregularnego wycieku!

Podejrzewam, że ma to coś wspólnego z silnym magnesem (nie podejrzewałbym tego, poza tym, że musi to być interesująca odpowiedź, inaczej nie postawiłbyś pytania). Być może posiadanie pola magnetycznego indukuje gdzieś prąd w pętli. Czy wyciek był większy, gdy między przewodami łączącymi akumulator był większy obszar? Lub może to być prąd w innej pętli.

Oto podsumowanie moich badań i moich ustaleń dotyczących tajemniczego przypadku losowego prądu upływu.

Kiedy zacząłem demontować jednostki, zainteresowałem się również i chciałem zbadać racjonalną przyczynę tego dziwnego zachowania. Nie miałem szczęścia, dopóki prawie nieumyślnie nie przesunąłem magnesu w pobliżu zasilanej płytki drukowanej. Amperomierz skoczył do około 2 mA i ustabilizował się na nieco niższej wartości.

Na początku myślałem, że to tylko efekt mechaniczny ze względu na moje obchodzenie się z płytką drukowaną, ale po wielokrotnych testach zweryfikowałem, że istnieje wyraźna korelacja między przesunięciem magnesu w pobliżu płytki drukowanej a takim rodzajem „zatrzaśnięcia”.

Nie był to jednak pewny ogień, ponieważ zależał w niejasny sposób od orientacji magnesu i kierunku ruchu, a także od prędkości, z jaką poruszałem magnesem.

Nie mogłem ocenić prawdziwego mechanizmu, ale przyczyna była jasna. Interakcja PCB (i najprawdopodobniej układu sterownika) z ruchomym magnesem.

Zweryfikowałem również, że zatrzask może się zdarzyć podczas przenoszenia zmontowanego urządzenia w pobliżu masywnego ciała ferromagnetycznego, na przykład podczas podłączania urządzenia do lodówki. Ale zjawisko w tym przypadku było mniej powtarzalne i bardziej błędne.

Opcje, które przyszły mi do głowy, były oczywiście dwie:

• prąd indukowany generowany przez zmianę strumienia magnetycznego połączonego z jakąś pętlą
• Efekt Halla zakłócający normalne zachowanie niektórych elementów półprzewodnikowych w układzie scalonym sterownika

Nie mogę powiedzieć na pewno, kto jest prawdziwym winowajcą między tymi dwoma. Ostateczną decyzję pozostawiam ekspertom z EE.SE, którzy mają większą wiedzę na ten temat niż ja.

Nie jestem pewien, ale podejrzewam, że ktokolwiek był odpowiedzialny za testowanie prototypu, nie przeprowadził właściwego testu, gdy magnes był na miejscu. W rzeczywistości magnes nie był wbudowany w tylną obudowę urządzeń, ale został dostarczony jako dodatek w pakiecie. Miałeś opcję przyklejenia go do tylnej pokrywy, ponieważ jedna strona magnesu była samoprzylepna.

Mam nadzieję, że podobał ci się ten mały zwariowany umysł, niejasno zainspirowany powieściami Sir Arthura Conan-Doyle'a.

Ten rodzaj symptomu pachnie brakującym rezystorem rozwijania (lub podciągania, w zależności od topologii) na bramce FET. Wszystko jest w porządku, jeśli system uruchomi się bez przejściowego rozruchu aktywującego FET. Jeśli to się powiedzie, wszystko będzie dobrze. Jeśli nie, system zapadnie w dziwny stan, któremu uda się pobrać prąd.

Zauważam, że jest to tablica jednostronna. Oznacza to, że przewody przelotowe są trzymane tylko przez menisk lutowniczy po jednej stronie płytki, a nie wewnątrz platerowanego otworu i po obu stronach, jak na płycie dwuwarstwowej. Po wystarczającym obciążeniu mechanicznym lub cyklu termicznym takie połączenia lutownicze mogą się łuszczyć. To może być bardzo trudne do zobaczenia, nawet w przypadku lupy jubilera. Osobiście widziałem, jak taka tablica zawodzi w pozornie losowy sposób, a kontrola wzrokowa nie ujawniła problemu, mimo że szukałem złych połączeń lutowanych. Ponowne zalanie każdego połączenia i dodanie dodatkowego lutu rozwiązało problem.

Inną przyczyną takich objawów jest ciągłe naciskanie przycisku. Myślę jednak, że tak nie jest, ponieważ wtedy światła nie działałyby w pierwszej kolejności. Ten rodzaj przycisku ma pozytywne odczucie kliknięcia. Jedyny sposób, w jaki ten problem może się zdarzyć w twojej sytuacji, to to, że przycisk działał poprawnie przez pierwsze trzy kliknięcia, a następnie utknął z kliknięciem, które wyłączyło światło. Jest mało prawdopodobne, aby tak wiele jednostek działało dobrze dla trzech kliknięć, a następnie wszystkie utknęły na czwartym miejscu, więc nie sądzę, że to jest problem.

Mogę myśleć o scenariuszach, w których źle zaprojektowany obwód może zatrzasnąć się w niezamierzonym stanie z zasilaczem, który zatrzęsie się i podskakuje w miarę instalowania akumulatorów, być może w zależności od tego, czy przycisk był wciśnięty, czy nie. Jednak wszystkie te scenariusze natychmiast spowodowałyby, że jednostka nie działała. Zakładam, że przetestowałeś każdą jednostkę przez co najmniej jeden cykl ON-OFF, zanim zadeklarowałem, że jest gotowy i przykleiłem ją do ściany lub cokolwiek innego.