Kasus misterius arus bocor acak

Penafian: Saya sudah tahu solusi dari masalah debugging sirkuit ini (dan itu tidak sepele), dan saya akan mempostingnya setelah beberapa waktu, sehingga orang lain dapat memberikan kontribusi mereka pada kisah misteri ini! Saya pikir itu mungkin memiliki nilai pendidikan untuk desainer sirkuit!

Beberapa tahun yang lalu (~ 8, IIRC) saya menemukan penawaran khusus yang sangat menarik di toko umum lokal: beberapa sangat bagus (jadi saya pikir) Osram DOT-IT peralatan lampu LED setengah harga.

Seperti yang Anda lihat, itu adalah peralatan kecil, ditenagai oleh tiga baterai AAA, membungkus tiga LED putih yang sangat terang. Semuanya diaktifkan melalui soft switch digerakkan dengan menekan kubah transparan. Pada pers pertama, ketiga LED akan menyala, dan pada setiap tekan berikutnya salah satu LED akan mati. Jadi Anda bisa memiliki kemungkinan untuk memilih jumlah cahaya yang akan dihasilkan alat. Kasing luar, di samping kubah plastik transparan, adalah aluminium anodized yang sangat kuat, dengan penutup belakang terbuat dari plastik dengan magnet yang kuat, yang memungkinkan untuk menempelkan benda itu ke lemari es, bengkel mobil, atau permukaan logam apa pun yang cocok yang mungkin Anda inginkan.

Karena pada saat itu pencahayaan LED sangat mahal di sini di Italia, dan gadget kecil seperti itu sangat mahal atau sangat jelek, saya pikir itu ide yang sangat bagus untuk membeli selusin dari mereka (saya pertama kali mencoba hanya dengan satu unit, dan saya diverifikasi itu membuat cahaya yang sangat kuat dan berkualitas sangat tinggi). Saya bermaksud menggunakannya sebagai lampu darurat di setiap kamar di rumah saya dan di mobil saya.

Semua baik-baik saja sampai pemadaman singkat terjadi setelah sekitar 6 bulan. Sangat mengecewakan saya, sekitar 10 dari 12 baterai mereka mati!

Tentu saja pikiran pertama saya adalah "sakelar lunak bocor jelek" dan saya berlari mencari ammeter mikro! Secara efektif saya menemukan beberapa unit yang memiliki arus bocor sangat tinggi (~ 1 mA), tetapi yang lain memiliki cukup jujur ​​~ 20 μA. Saya bingung.

Saya mengganti semua baterai yang sudah bocor dan memutuskan untuk mencoba lagi.

Setelah beberapa bulan, terkejut, mereka gagal lagi! Saya mengukur kebocoran lagi dan mendapatkan hasil yang berbeda. Beberapa unit mengalami kebocoran mengerikan ~ 1 mA, sedangkan yang lain "normal". Selain itu, saya menguji ulang dua unit yang awalnya menunjukkan kebocoran tinggi dan ... mereka tidak bocor lagi !!!

Saya diberi makan dan karena saya tidak punya waktu lagi untuk membuang-buang masalah itu, saya membuang semuanya, memasukkannya ke dalam kotak sampah (lagipula, mereka memiliki tiga LED putih yang bagus dan mahal di dalamnya, dan saya berencana untuk menyelamatkan mereka) dan melupakannya.

Saya menemukan mereka lagi beberapa minggu yang lalu dan, dalam hiruk-pikuk reorganisasi, saya berpikir untuk membongkar unit dan menyelamatkan LED. Jadi saya menemukan bahwa sirkuit internal adalah PCB kecil yang hanya memegang saklar sesaat, LED, chip driver dan penutup. PCB ditunjukkan pada foto di bawah ini (untuk rasa ingin tahu saya mencoba mencari lembar data untuk chip driver itu, tetapi tidak berhasil).

Saya menguji PCB lagi, hanya untuk bersenang-senang, dan saya masih memiliki perilaku kebocoran yang tidak menentu yang saya amati sebelumnya, tetapi dalam prosesnya saya akhirnya menemukan pelakunya.

Coba tebak apa penyebab kebocoran acak dan tak menentu ini!

Saya curiga ada hubungannya dengan magnet yang kuat (saya tidak akan curiga, kecuali bahwa itu pasti jawaban yang menarik atau Anda tidak akan mengajukan pertanyaan). Mungkin memiliki medan magnet menginduksi arus dalam satu lingkaran di suatu tempat. Apakah kebocoran lebih tinggi ketika ada lebih banyak area antara kabel yang terhubung ke baterai? Atau bisa berupa arus dalam beberapa loop lainnya.

Berikut ini ringkasan investigasi saya dan temuan saya tentang kasus misterius arus bocor acak.

Ketika saya mulai membongkar unit-unit itu, saya juga ingin tahu dan ingin meneliti alasan rasional untuk perilaku aneh itu. Saya tidak beruntung sampai saya hampir secara tidak sengaja memindahkan magnet di dekat PCB yang aktif. Ammeter melonjak menjadi sekitar 2mA dan stabil pada nilai yang sedikit lebih rendah.

Pada awalnya saya pikir itu hanya efek mekanis karena penanganan PCB saya, tetapi setelah tes berulang saya memverifikasi bahwa ada korelasi yang jelas antara menggerakkan magnet di dekat PCB dan memiliki semacam "latch-up".

Namun, itu bukan api yang pasti, karena itu bergantung pada cara yang tidak jelas pada orientasi magnet dan arah gerakan dan juga pada kecepatan ketika saya menggerakkan magnet.

Saya tidak bisa menilai mekanisme yang sebenarnya, tetapi penyebabnya jelas. Interaksi PCB (dan kemungkinan besar chip driver) dengan magnet yang bergerak.

Saya juga memverifikasi bahwa kait dapat terjadi ketika memindahkan unit rakitan di dekat benda feromagnetik besar, seperti ketika memasang unit ke lemari es. Tetapi fenomena dalam kasus ini kurang berulang dan lebih tidak menentu.

Pilihan yang muncul di benak saya jelas dua:

• arus induksi yang dihasilkan oleh variasi fluks magnet yang dihubungkan dengan beberapa loop
• Efek hall mengganggu perilaku normal beberapa komponen semikonduktor di dalam chip driver

Saya tidak bisa mengatakan dengan pasti mana penyebab sesungguhnya dari keduanya. Saya menyerahkan keputusan terakhir kepada para ahli di EE.SE yang lebih berpengetahuan daripada saya tentang topik-topik seperti itu.

Saya tidak yakin, tetapi saya curiga bahwa siapa pun yang bertanggung jawab untuk menguji prototipe tidak melakukan pengujian yang tepat ketika magnet itu ada. Sebenarnya magnet itu tidak built-in di sampul belakang unit, tetapi diberikan sebagai tambahan dalam paket. Anda memiliki pilihan untuk menempelkannya ke penutup belakang karena salah satu sisi magnetnya adalah perekat.

Saya harap Anda menikmati penggoda pikiran kecil ini, yang secara samar-samar terinspirasi oleh novel Sir Arthur Conan-Doyle.

Gejala seperti ini menghilangkan resistor pulldown (atau pullup, tergantung topologi) yang hilang pada gerbang FET. Semua baik-baik saja jika sistem menyala tanpa transien startup yang mengaktifkan FET. Jika itu berhasil, semuanya baik-baik saja. Jika tidak, sistem akan terkunci pada beberapa keadaan aneh yang berhasil menarik arus.

Saya perhatikan ini adalah papan satu sisi. Itu berarti timah melalui lubang hanya dipegang oleh meniskus solder di satu sisi papan, tidak di dalam lubang berlapis dan di kedua sisi seperti pada papan dua lapisan. Setelah cukup banyak tekanan mekanis atau siklus termal, sambungan solder seperti itu bisa terkelupas. Ini bisa sangat sulit untuk dilihat, bahkan dengan pembesar perhiasan. Saya pribadi melihat papan seperti itu gagal secara acak, dan inspeksi visual tidak mengungkapkan masalahnya, meskipun saya mencari sambungan solder yang buruk. Merefleksikan setiap sambungan dan menambahkan solder tambahan memperbaiki masalah.

Penyebab lain dari gejala tersebut adalah tombol ditekan sepanjang waktu. Namun, saya pikir ini tidak terjadi karena lampu tidak akan bekerja di tempat pertama. Tombol seperti itu memiliki nuansa klik positif. Satu-satunya cara masalah ini bisa terjadi dalam keadaan Anda adalah jika tombol bekerja dengan benar untuk tiga klik pertama, kemudian terjebak dengan klik yang mematikan lampu. Sangat tidak mungkin bahwa begitu banyak unit akan bekerja dengan baik untuk tiga klik, maka semua macet pada sebagainya, jadi saya tidak berpikir ini masalahnya.

Saya bisa memikirkan skenario di mana sirkuit yang dirancang dengan buruk dapat mengunci ke keadaan yang tidak diinginkan dengan catu daya yang memantul dan memantul saat baterai dipasang, mungkin tergantung pada apakah tombol itu ditekan atau tidak pada saat itu. Namun, semua skenario ini akan membuat unit jelas tidak beroperasi segera. Saya berasumsi bahwa Anda menguji setiap unit melalui setidaknya satu siklus ON-OFF sebelum menyatakan siap dan menempelkannya di dinding atau apa pun.