【技术大神】一个电容引发的“血案”

随着人们生活水平的提高，大家对电子产品的期望值越来越高，对电子产品的审美观点越来越挑剔，评价标准也越来越苛刻。超高音质，超低功耗是满足这种需求的必由之路，因此今年我们决定设计一款车载音乐播放器产品，主打高音质，且低功耗。产品的系统框图如下所示： 

图1：车载音乐播放器系统框图

为了降低DSP电源的noise（提高音质），我们在DSP的电源VDD处增加一个滤波电容（容值2.2mF）；为了降低待机功耗，我们用三极管CMUT7410和一个开关管构成一个POWER SWITCH，在待机的时候关闭DSP电源，降低整机功耗。CMUT7410是一个VCBO高达40V的PNP三极管，支持1A电流。我们之所以用CMUT7410来降低待机功耗，最主要的是CMUT7410的封装非常小，仅为1.7mm*1.7mm，小封装有利于PCB走线，在PCB十分紧张的时候非常有优势。

问题总揽

在项目的最后DV阶段，我们发现机有一台机器会无法启动，且伴随青烟产生后，机器再也无法启动，初步估计应该是机器内部某个器件烧损所致。

问题分析及解决

是什么问题导致机器无法启动呢？为什么我们以前没有发现？这个问题很棘手，我们要怎么解决？最终我们采用排除法，顺利的找到了问题原因，总结如下：

图2：问题分析流程图

首先，要锁定导致问题的模块。参考系统框图，我们先确认DSP和POWER AMP的供电电源。发现电源无电压，然后切断供电电源的负载，电源电压依旧为零，判断是电源本身问题，而不是由于负载破坏导致电源输出为零。

然后，我们确认POWER SWITH的控制信号是否正常，发现MCU输出正常。从系统框图可知，POWER SWITCH有输入且EN为高电平，但无输出，判断三极管CMUT7410烧损。但是，为什么三极管CMUT7410会烧损呢？我们通过测量电压，发现无异常高电压产生。

最后，通过测量电流，发现机器上电一瞬间会产生很大的RUSH电流，实测电流超过1.5A的时间为1.3mS，因此判定三极管CMUT7410是过流损坏。但是，为什么上电时会产生这么大的RUSH电流呢？查看电路图我们发现，为了降低DSP电源的noise（提高音质），我们在DSP输入，同时也是三极管CMUT7410后面追加了一个2.2mF的大电解电容。而追加三极管CMUT7410是为了降低机器的待机功耗（待机时关闭DSP的电源，保证低功耗设计）。

因此，问题的解决方案有两种：

1）减小RUSH电流，2.2mF电解电容更换为220uF。

2）更换三极管为额定电流更大的型号，CMUT7410（1.5A@peak）变更为CMXT7090L（6A@peak）。

问题总结

通过以上分析，我们解决了这个问题。简而言之，就是晶体三极管CMUT7410后面存在大电容，导致机器上电时会产生实际测量峰值电流为4A的很大的Rush电流，远远超过CMUT7410的额定值（1.5A@peak），进而烧毁三极管，最终导致机器无法启动。

 

最后虽然我们解决了此问题，但是如果从设计源头开始就注意晶体三极管在电源电路中的使用（三极管后面有大容量的电解电容时要注意其RUSH电流），则会从根本上杜绝此类问题的发生。希望能给使用类似设计的小伙伴们提供帮助，进一步总结得失，避免类似的问题再次发生。

作者：Ivan wu