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标题: 电解电容瞬间短路？ [打印本页]
作者: kellphon    时间: 2013-5-7 15:37
标题: 电解电容瞬间短路？
本帖最后由 kellphon 于 2013-5-8 09:14 编辑
- l( V! s. _# H- n" ?8 `, y, z
: S$ h9 }0 C& O0 N小弟遇到这样一个问题，系统是5V_IN输入，上电初始化后，MCU会把5V_VCC_EN拉低，从而产生5V_VCC。
% G  h% J! w! V% p5V_VCC通过两个保险丝给USB接口供电，即5V_VBUS1和5V_VBUS2；但5V_VCC只要一产生，马上就消失，同时系统重启，然后就没完没了的进行这样的循环。
( d2 b' A; P' v) Y/ w+ Q我大概看了看，把5V_VBUS1和5V_VBUS2的100uF电解电容(C1016和C1018)卸掉或换成10uF的MLCC，5V_VCC就能保持稳定，从而系统也能正常启动。经检查电解电容没有坏掉，他们在5V_VCC产生时到底起到了什么反作用呢？从表面上看像是瞬间对地短路，但是我手里有的板子就不会出现这个问题，请大大帮忙分析分析。, \/ @" I9 N5 A9 c$ W' d

6 e9 b7 l1 W9 r$ E0 H
" p6 t) u' n( w' e" R) ]8 `再追加一个波形，黄色是5V_IN，蓝色是5V_VCC。从波形能看出，5V_VCC上升到3.36V就掉下来了，同时5V_IN也瞬间掉到3.7V。

图片1.jpg (103.43 KB, 下载次数: 1)

图片1.jpg
作者: szsunliqian    时间: 2013-5-7 15:55
个人认为是电解电容的ESR较大而引起的，ESR过大负载电流变化加大的情况下（比如开关机瞬间）造成电压不稳定，此时可能低于MCU的最低工作电压，所以造成重启动。
0 T' _# e2 K/ l# b: V( h" }/ R5 b  o* Y9 m5 D! ]3 I1 C% ]0 Y
因为ＭＬＣＣ的ＥＳＲ比电解电容要小的多，所以不会有问题。同样，钽电容应该也不会有问题，但钽电容在选择的时候，耐压值要选的稍高一点。
作者: 红色石头    时间: 2013-5-7 16:28
3V3-VDDIO-AO是通过5V_VCC变压出来的吗？
2 J( p5 y' S1 Q1 t$ B5 Z9 Z应该跟电容的关系不大，你好好来看一下5V_IN转5V_VCC这里，你可以试一下直接从5V_VCC此处输入5V电源看是否还有此现象
作者: zlpkcnm    时间: 2013-5-7 16:34
楼主可以测试一下，5V_IN在5V_VCC上电瞬间，是不是有将5V_IN拉低的现象。后电源的电容过多过多可能导致前面电源的电压被拉低并持续一段时间，从而导致系统不稳定。' @4 S( c6 f. D2 ^. x
) F% _# i3 ^; I0 y1 w  e4 w  r( K9 n

# z6 R4 w0 J4 x7 {! g" ?/ s" ~  g希望可以帮到楼主
作者: kellphon    时间: 2013-5-7 16:53
szsunliqian 发表于 2013-5-7 15:55 & G: M* `, t3 E, K* ]/ s
个人认为是电解电容的ESR较大而引起的，ESR过大负载电流变化加大的情况下（比如开关机瞬间）造成电压不稳定 ...

6 H# @# I. y1 J这两个USB接口没有接U盘，怎么理解上电时的负载电流变化加大？
作者: tzljbj    时间: 2013-5-7 16:58
USB 5V供电并一个100K左右电阻做负载试一试。
作者: zlpkcnm    时间: 2013-5-7 16:59
kellphon 发表于 2013-5-7 16:53 " X" g' p0 p) X
这两个USB接口没有接U盘，怎么理解上电时的负载电流变化加大？
( Y2 b: T) F' ^7 U4 r- r
没有负载，并不代表没有电流。MOS打开的瞬间，电容是要充电的。" F# K: a+ z! g. ?
个人感觉你连接器附件的两个100uF电解电容，完全可以不要，换成＜10uF的电容就完全可以了
作者: kellphon    时间: 2013-5-7 17:01
红色石头 发表于 2013-5-7 16:28
) A8 e' ]9 O- M( V$ J  m3V3-VDDIO-AO是通过5V_VCC变压出来的吗？% O# z- o, d9 ?; N- B3 B$ t
应该跟电容的关系不大，你好好来看一下5V_IN转5V_VCC这里，你可以 ...
6 O8 L) O) f  r! b2 C6 F
3V3_VDDIO_AO不是通过5V_VCC变压出来的。
( m; H1 r) R. V( j另外，我把5V_VCC_EN强制拉低后，上电开机，系统就能正常启动了。
, g' V: J4 ?" }, W- C2 V( _4 Q一旦系统正常启动了，我再去掉5V_VCC_EN的强制拉低，拔了电再快速插上，也能正常启动；如果多等一段时间再上电，又开始重启了，多等一段时间是不是电容把电都放干净了？这又跟电压不稳有什么关系呢？
4 I" h$ h- y8 N1 Y
作者: kellphon    时间: 2013-5-7 17:02
tzljbj 发表于 2013-5-7 16:58
- ?5 B; L3 h( v5 ~) @7 AUSB 5V供电并一个100K左右电阻做负载试一试。

6 _; j  U/ Z0 r2 H+ D- s嗯，明天再测测看，今天先下班了。
作者: kellphon    时间: 2013-5-7 17:04
zlpkcnm 发表于 2013-5-7 16:59 + p/ z0 o4 s0 b( M1 Q
没有负载，并不代表没有电流。MOS打开的瞬间，电容是要充电的。
; V) ]( ]# x; N$ }; l个人感觉你连接器附件的两个100uF电解电 ...

% R. P+ c$ @5 w( V4 G* L8 A% X嗯，明白了。
% q1 ?" t0 F6 A% Y  o# c奇怪的是，我手里还有的板子就压根连一次都没出现过这种问题，难不成还涉及电容的散布？
作者: 超級狗    时间: 2013-5-7 17:41
要是我，會比較想知道 5V_IN  打哪來的？7 J( R& S# U% R  X7 W& H; m

1 r" o2 E( ?6 }6 e系統都發生重置（Reset），有可能連前面的電源都被拉下來了。
2 G, e" i! g! `+ @" V$ c
% w! i5 F" w2 \0 W  P4 M% J{:soso_e127:}
作者: qiangqssong    时间: 2013-5-7 17:46
嗯,肯定是电源内阻太大,瞬间被拉下来了!!
作者: 红色石头    时间: 2013-5-7 17:59
kellphon 发表于 2013-5-7 17:01
7 @# n" R2 h7 c6 Z4 o3V3_VDDIO_AO不是通过5V_VCC变压出来的。9 \4 i7 N' d3 j
另外，我把5V_VCC_EN强制拉低后，上电开机，系统就能正常启动了 ...

6 K# |4 P- h! Y# r; u原本这个5V_VCC_EN是哪里来的？产生这个5V_VCC_EN的线路和5V_VCC有关联吗？
作者: liangjiatian    时间: 2013-5-7 19:38
用示波器测试一下 Q401 asm2307  三个极电压应该就知道问题了
作者: reval    时间: 2013-5-7 20:22
这个电路从根本上就有问题吧？那个5V_EN是从MCU来的，而MCU又是5V_VCC供电？？
作者: kellphon    时间: 2013-5-8 07:57
超級狗 发表于 2013-5-7 17:41
& b% I) X5 g8 t6 ]$ t* g要是我，會比較想知道 5V_IN  打哪來的？2 p& P4 q+ H; }" f6 t/ M" k
4 H, J* G) k5 P$ G  k6 `
系統都發生重置（Reset），有可能連前面的電源都被拉下來了。
' D* e! q8 d) M) D! K) @ ...
! R1 y3 ]. B4 k4 s& l% s* P2 Z1 e
5V_IN就是适配器的直接供电，5V_VCC_EN是MCU出来的，MCU的供电是由5V_IN经DCDC和LDO变来的。
+ l, V9 {! G9 e; o# v我也认为是5V_VCC被拉下来导致5V_IN也被拉下来，使MCU供电不稳，系统再重启的。6 |6 m/ y. k- @0 e. @# h
我想知道5V_VCC被拉下来的具体原因是什么？
作者: kellphon    时间: 2013-5-8 08:24
reval 发表于 2013-5-7 20:22
/ o8 S2 Z! n' L+ v' w这个电路从根本上就有问题吧？那个5V_EN是从MCU来的，而MCU又是5V_VCC供电？？
: [. ~- _* g) f7 Y4 z& H
5V_IN就是适配器的直接供电，5V_VCC_EN是MCU出来的，MCU的供电是由5V_IN经DCDC和LDO变来的。2 e3 U. v4 w. p" H4 G1 Y
我也认为是5V_VCC被拉下来导致5V_IN也被拉下来，使MCU供电不稳，系统再重启的。
作者: zlpkcnm    时间: 2013-5-8 08:58
这5V_IN明显有跌落，楼主那中间那么粗的一条线。。。。。我能说啥，只能围观了
作者: kellphon    时间: 2013-5-8 09:13
zlpkcnm 发表于 2013-5-8 08:58 $ ?: W% K, N% I; B6 k- j5 H# m
这5V_IN明显有跌落，楼主那中间那么粗的一条线。。。。。我能说啥，只能围观了
0 X1 }/ V9 g+ A+ u
呃.........我承认我犯2了，那么大的跌落都没看到。5 Q0 l9 e- g, ?$ s6 D
关键还是为啥5V_VCC能把5V_IN给拉下来，跟电解电容的什么性质有关？& W. J" m1 k; f$ B( U) D6 p
我直接把5V_IN接到5V_VCC，就没事。
作者: kellphon    时间: 2013-5-8 09:56
超級狗 发表于 2013-5-7 17:41 : k' h! P  C! u2 N6 i: K7 i
要是我，會比較想知道 5V_IN  打哪來的？9 m& Y# E# m7 {9 g( [; k

$ a# i6 t* m% A  E* ]; }7 k+ t系統都發生重置（Reset），有可能連前面的電源都被拉下來了。
2 `0 c+ a. q3 v0 u2 m+ p ...
! m6 j/ y+ c) P% n
Inrush Current过大的话，如何造成这样的问题呢？是跟电解电容的ESR有关吗？
( |2 X3 J% q: u: \+ w* G7 o小弟对电容了解甚少，是纯粹的小白。
作者: 超級狗    时间: 2013-5-8 10:06
本帖最后由 超級狗 于 2013-5-8 10:08 编辑 - l0 `0 u3 s8 r
kellphon 发表于 2013-5-8 09:13
) H. h7 F% g& u7 y* G+ B1 C呃.........我承认我犯2了，那么大的跌落都没看到。
" L% b# Q# t* z3 g& N3 j关键还是为啥5V_VCC能把5V_IN给拉下来，跟电解电容的 ...
' i6 N3 m9 N& s/ G: I

' @4 F: ]1 P0 r5 X$ P+ A/ z樓主︰
" K, g0 {; u# I) y' k- E, U
& r" ]  k( L( `* F3 F1 R: j/ {4 T4 S我沒有完整線路只能推測，對不對您自己再去追查。
$ Q( g, N4 P" Z% M
% U* W# h  i- `" s4 u! l. D- V突波電流（Inrush Current）. @4 K  b: W9 H; @7 L. N
將示波器時間檔位開到 200ms 還能楚看到突波電流（Inrush Current）的波形，可能意味著電源的驅動能力不大，突波電流（Inrush Current）對電容的充電時間很長。! q' `( M# Z6 }
  ~$ Y  {) O' n- g) m% J
直接把 5V_IN 接到 5V_VCC 就沒問題% h& i0 `# Z# {4 o5 W
可能是一給電就對 100uF 電容充完電，當系統開機時就沒有突波電流（Inrush Current）了。6 U& ~9 u# O: s6 M# i  P
! X9 m- ]0 L, K) m7 {
推論
8 V- x  ?9 v; u) A3 t系統開機的同時打開 USB 5V 電源，突波電流（Inrush Current）剛好頂到電源的過電流保護（Over Current Protection），造成電源瞬間關閉了一下。0 H" k2 ?! v) H; O4 n
2 |  @# m, d# O8 I
建議' G$ `6 B" W7 j) I' ]$ Z$ T$ u
可以用軟件或手動開關 USB 5V 電源（開關線路做 RC Soft Start 也是一個方法），嘗試避開系統尖峰用電的時間，或許有機會改善此一問題。但即便前述方法能得到解決，最好還是要檢討這個電源架構，看起來電源輸出能力和負載間的關係很緊，宜做適當的調整。
. B4 Y7 ~+ k" f+ g& n4 B- F# `. b9 I: ~6 v; L) A/ L* R1 S2 f
{:soso_e181:}
作者: zlpkcnm    时间: 2013-5-8 10:11
kellphon 发表于 2013-5-8 09:13 " r- E% v1 G( n! M0 q" `
呃.........我承认我犯2了，那么大的跌落都没看到。+ T. i) r4 X- V" R
关键还是为啥5V_VCC能把5V_IN给拉下来，跟电解电容的 ...

; O% a, [5 f# `/ ?+ h! K这个怎么说，一方面与电容的ESR有关，另外一方面与电容容值大小有关，甚至还与系统本身的5V_IN的电流有关。
! D) |- w  @+ M, }4 n3 `* }楼主你这个地方用了3个100uF的电容并联，其效果就是ESR变得非常小，而容值达到300UF，自然在MOS打开的瞬间会出现很大的电流，并且持续时间也会相对较长，这样引起系统不稳定是很正常的事情。
作者: 超級狗    时间: 2013-5-8 10:44
本帖最后由 超級狗 于 2013-5-8 13:08 编辑
# f) `; l* I. ~4 D
kellphon 发表于 2013-5-8 09:56
/ l  u/ O! B4 P3 G8 _Inrush Current过大的话，如何造成这样的问题呢？是跟电解电容的ESR有关吗？; P. L" F8 ~% ]% [; L) e( [4 g
小弟对电容了解甚少，是纯粹 ...
1 R; {1 m2 G8 P+ A1 m' ?

) y$ P2 T9 j8 ?9 m& N補充說明︰
1 C+ E# j, D, n8 s* T5 G, i, A3 Z. r3 t( Z, r( u* w& d
還有一個方法是加限流器（Current Limit），我現在負責別人移交過來的板子，5V Booster DC/DC Converter 供給 2 個 USB Port VBUS。前人在每個 Port 上各放了一個 470uF 電容，沒有緩起動（Soft Start）開關，但有 500mA 限流器（Current Limit）擋著，這樣是沒事！& t, q4 L! k8 P+ _. M. @4 v

5 K. x3 E6 _& ~  J其實 USB 2.0 規範對 Host VBUS 輸出電容的規定，是只要 > 120uF 就可以。+ F2 I$ G3 L. A1 \& v

1 B# f# [  g. c2 e$ ]& g{:soso_e112:}
作者: kellphon    时间: 2013-5-8 10:51
超級狗 发表于 2013-5-8 10:44
9 V0 w  g3 d6 H# R, u補充說明︰3 x( }$ m8 s8 u' o) D( s* L3 g
7 F5 E  r, @0 \% b' @  v* w, A
還有一個方法是加限流器（Current Limit），我現在負責別人移交過來的板子，5V Booster DC ...

7 q1 f5 J1 b7 {8 k) U0 x我的电路上虽然没用限流IC，但每个端口都用了一个1A的自恢复保险丝。2 S7 d5 |; y7 C/ L4 r3 Q, h9 X0 m3 T
我想是电流还没到达让保险丝断掉就触发了适配器的自保护。
作者: szsunliqian    时间: 2013-5-8 11:07
kellphon 发表于 2013-5-7 16:53 4 _: x+ _) r7 `2 j% p
这两个USB接口没有接U盘，怎么理解上电时的负载电流变化加大？

* |$ b* ]( G" Q+ p! b9 L上电瞬间电压/电流过冲。这时对电容的影响也是很重要的。
作者: szsunliqian    时间: 2013-5-8 11:16
kellphon 发表于 2013-5-8 08:24   H- O, J2 X7 A
5V_IN就是适配器的直接供电，5V_VCC_EN是MCU出来的，MCU的供电是由5V_IN经DCDC和LDO变来的。
0 Z, A4 `+ R( T, E; N我也认为是 ...

4 S/ P. B+ o% h9 w0 `这个好像和MCU的上电时序有关系吧！
作者: 风吹摇摆    时间: 2013-5-8 11:25
楼主能发下MOS管的资料不？
作者: lidean    时间: 2013-5-8 11:50
kellphon 发表于 2013-5-7 17:01 ( c3 _% B+ S8 j% {! T# d$ F
3V3_VDDIO_AO不是通过5V_VCC变压出来的。
7 R' `% O9 d" n/ G/ ~8 m& T另外，我把5V_VCC_EN强制拉低后，上电开机，系统就能正常启动了 ...

. j( T4 r- m- m$ I6 ^楼主，你的MCU上电复位时是不是默认IO为高电平？如果按照你说的将5V_VCC_EN强制拉低后系统能够正常启动，建议你将此IO设置为上电复位为低电平，如图。

hh.jpg (13.67 KB, 下载次数: 0)

hh.jpg
作者: ididr    时间: 2013-5-8 11:55
我建议在5V_VCC_EN，即三极管的射极加一上拉电阻到3.3V
作者: lidean    时间: 2013-5-8 11:57
另外，如果楼主可以的话，能不能把5V_VCC_EN、3V3_VDDIO_AO和5V_VCC的上电时序在示波器上面测量出来。
作者: 超級狗    时间: 2013-5-8 13:04
再補充︰
/ R$ j  ?! _5 t0 V* v9 G) e6 j4 [! ~+ a7 x# w# s+ F9 a
Capacitance Values at VBUS of USB Connector
( _6 w7 I8 r9 n# l2 G, f( P) e3 s% o- r, x  f) D; [' B+ t4 y8 o! w9 V
{:soso_e161:}

Capacitance Values at VBUS of USB Connector.jpg (76.34 KB, 下载次数: 1)

Capacitance Values at VBUS of USB Connector.jpg
作者: kellphon    时间: 2013-5-8 13:31
风吹摇摆 发表于 2013-5-8 11:25
& D2 y9 P/ m2 B! ]楼主能发下MOS管的资料不？

4 o5 e# O  H* l5 s ASM2307Ver1.2.pdf (666.41 KB, 下载次数: 12)
: R1 C$ S; i, K, I( Z我还没仔细看MOS管会不会给这个电路造成影响。
作者: lance_hnu    时间: 2013-5-9 21:42
我只知道你是想用MCU做USB电源管理。
作者: yuanle1013    时间: 2013-5-10 11:30
tzljbj 发表于 2013-5-7 16:58
7 w3 y- Y8 B6 {  E" N# |2 A8 nUSB 5V供电并一个100K左右电阻做负载试一试。
$ F2 `' X9 G8 l5 y3 `/ x6 ^1 g
这个是出于什么考虑？
作者: zgq800712    时间: 2013-5-15 09:31
那个MOS那里好歹加个假负载，百K电阻等



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