Tajemniczy przypadek losowego prądu upływu

28

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.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

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).

wprowadź opis zdjęcia tutaj wprowadź opis zdjęcia tutaj wprowadź opis zdjęcia tutaj

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!

Lorenzo Donati wspiera Monikę
źródło
1
Wąsy (spowodowane niepełnym trawieniem) na płytce drukowanej, łączące ślady?
WhatRoughBeast,
1
Odbiór RF? Czy możemy zobaczyć przyczynę na którymkolwiek ze zdjęć?
Neil_UK
1
@Neil_UK. Przyczyny tak naprawdę nie są na zdjęciach. Co do odbioru RF ... to nie jest winowajcą. Ale zbliżasz się trochę ...!
Lorenzo Donati popiera Monikę
6
+1 za interesujące pytanie, ale także ze względu na zdjęcia, które były trafne, odpowiednio skupione i z odpowiednim kadrowaniem, aby pokazać, co jest potrzebne, ale pomiń to, czego nie potrzebujesz. To byłoby dobre pytanie, aby dowiedzieć się, jak prawidłowo publikować zdjęcia obwodów.
Olin Lathrop
5
Światło padające na diody LED?
John D

Odpowiedzi:

15

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.

Przywróć Monikę
źródło
1
Łał! Mamy tutaj zwycięzcę! :-)
Lorenzo Donati wspiera Monikę
4
Jak rozumiem, jest to magnes stały zamontowany na urządzeniu w tej samej pozycji względem elektroniki. Dlatego nie mogło to indukować żadnego napięcia ani prądu, ponieważ pole magnetyczne nie zmienia się w elektronice. Nawet jeśli magnes zostanie przesunięty w ramach wymiany akumulatorów, prawdopodobnie po umieszczeniu akumulatorów i ponownym zmontowaniu urządzenie znajdzie się w ustalonym miejscu podczas pierwszego testu.
Olin Lathrop
Wyślę odpowiedź na szczegóły, ale na pewno zasługujesz na znak akceptacji (również za twoje umiejętności detektywistyczne!).
Lorenzo Donati wspiera Monikę
1
Jakiś dziwny efekt Halla wewnątrz układu? Zwykle byłby to problem tylko wtedy, gdy rzeczywiście płynąłby prąd. Być może przy pierwszym montażu wszystko będzie dobrze, ponieważ nie płynie prąd, ale po naciśnięciu przycisku płynie prąd i napięcie Halla powoduje zatrzaśnięcie w środku.
Tranzystor
3
@Lorenzo: Przenoszenie rzeczy magnetycznych w pobliżu magnesu stałego zmienia pole magnetyczne. Pochodna pola powinna być wciąż dość mała, szczególnie po drugiej stronie magnesu, ale byłaby niezerowa. Przynajmniej nie jest to niemożliwe, ale efekt powinien być bardzo słaby. Efekt Halla jest bardziej prawdopodobny, ponieważ działa na chwilową wielkość pola. Być może, jak powiedział Tranzystor, powodowało to dziwne napięcia w układzie, gdy płynął prąd, co mogło spowodować dziwne zatrzaśnięcie.
Olin Lathrop,
15

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.

Lorenzo Donati wspiera Monikę
źródło
7
„Jeśli podczas nagrywania danych zobaczysz coś, co wygląda śmiesznie, zapisz ilość„ śmiesznych ””. Tom Milligan cytowany przez Boba Pease'a
Sredni Vashtar
7

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.

Olin Lathrop
źródło
Ciekawa teoria! Nie mogę wypowiedzieć się na temat jakości kompilacji płytki drukowanej, więc może to spowodowało pewne problemy z powodu tego, co wskazałeś, ale to nie był winowajca!
Lorenzo Donati wspiera Monikę
BTW, odkryłem tylko przyczynę, a nie faktyczny mechanizm. W efekcie mechanizm mógł być zaangażowany w pewne zatrzaskiwanie, ale przyczyną nie były naprężenia mechaniczne ani złe połączenia lutowane.
Lorenzo Donati wspiera Monikę