STM32主芯片電源控制板設(shè)計(jì)中的問題圖文詳解

　一、問題現(xiàn)象

　　功能：電源控制板可以單獨(dú)控制5V/12V/24V三路電壓的輸出，并測量其電流和電壓。

　　電源控制板所選CPU為STM32F103C8T6@72Mhz.

　　電源控制板所選繼電器為：24V@12mA.

　　電源控制板所有電解電容均為2200uF.

　　電源控制板2.0如下圖所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1

　　下面是地線回路：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2

　　打樣焊接后，測試時(shí)發(fā)現(xiàn)如下問題：

　　1，stm32控制K3導(dǎo)通（K3控制12V的輸出。），導(dǎo)致STM32異常重啟。重啟2~3次之后，可以正?？刂芀3導(dǎo)通。

　　2，K3導(dǎo)通后，在VCC12處人為短路，導(dǎo)致STM32重啟，但是電流顯著增加（之前為20ma，之后為350ma），同時(shí)STM32發(fā)熱嚴(yán)重。但是STM32運(yùn)行正常（持續(xù)觀察數(shù)分鐘無異常）。

　　二，原因分析

　　先看問題2.

　　根據(jù)現(xiàn)象我進(jìn)行了如下檢測：

　　1，STM32正常工作，在電源輸入口直接短路12v，現(xiàn)象不能重復(fù)。

　　2，STM32正常工作，將K3強(qiáng)行導(dǎo)通，在12V輸出口短路，現(xiàn)象被重復(fù)。

　　3，STM32進(jìn)B00TLOADER模式，將K3強(qiáng)行導(dǎo)通， ，在12V輸出口短路，現(xiàn)象被重復(fù)。

　　仔細(xì)檢查后，發(fā)現(xiàn)問題可能是出在地線回路，如圖3所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3

　　我這樣設(shè)計(jì)的本意是VSSA的地和STM32的其他地是分開的，為了ADC準(zhǔn)確，我特地把VSSA和模擬部分的地連在一起，而STM32的其他地則連到另外一個(gè)地線網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。

　　采取措施如下，如圖4所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4

　　在A處，將底層的地線割開，在B處，用焊錫連接兩個(gè)地線網(wǎng)絡(luò)。在做同樣測試，未重現(xiàn)問題2，而問題1依舊。問題2得到解決。

　　再看問題1.

　　根據(jù)問題2的解決方法，問題1的問題，也有可能出在地線。

　　在解決問題2之后，地線網(wǎng)絡(luò)分為上下兩層。沒有連接在一起（沒有形成地線環(huán)）。我認(rèn)為干擾可能來自ULN2003，于是把ULN2003的地線割開，直接連接到電源輸入點(diǎn)的地。如圖5所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖5

　　在C處割開，斷開ULN2003與下方地網(wǎng)的連接，直接連接在地線輸入端。

　　經(jīng)測試，問題依舊。

　　進(jìn)一步查看，發(fā)現(xiàn)圖6所示電流圈：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖6

　　這樣5V-》3.3V-》GND回路就形成了一個(gè)環(huán)，并且剛好將12V的輸出圈在里面，當(dāng)輸出短路的時(shí)候，瞬間電流變化很大，諧波很多，對環(huán)路會(huì)形成很大干擾。因此導(dǎo)致STM32死機(jī)。（這里可以預(yù)測5V短路應(yīng)該也會(huì)導(dǎo)致STM32死機(jī)，只是如果5V短路了，STM32就沒電源了，不好觀測現(xiàn)象）。

　　解決辦法如圖7：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖7

　　在D處，將地線割斷，直接從E處飛線連接F處。再測試，問題得到解決。

　　至此，問題1得到解決。

　　此時(shí)，更進(jìn)一步，測試短接24V輸出，產(chǎn)生很大火花（電容2個(gè)2200uF并聯(lián)，比較足），同時(shí)導(dǎo)致STM32死機(jī)，原因同樣是形成了電源回路，導(dǎo)致死機(jī)。

　　解決辦法如圖8：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖8

　　在G處，將地線網(wǎng)絡(luò)斷開，連接H處和E處。再測試，24V短路也無法導(dǎo)致STM32重啟。問題得到解決。

　　二，總結(jié)

　　1. 對STM32的內(nèi)部電源理解薄弱，想當(dāng)然的認(rèn)為VSSA和GND無任何聯(lián)系。

　　2. 雖然參加了電磁兼容的培訓(xùn)，但是實(shí)際經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重不足，導(dǎo)致設(shè)計(jì)缺陷明顯。

　　3. 說某個(gè)芯片的看干擾性能不行，多半是自己電路設(shè)計(jì)不行。電路設(shè)計(jì)的差，再好的芯片也是百搭。

　　4. 問題解決期間，試過在下面放一塊銅板（覆銅），同時(shí)連接到GND，發(fā)現(xiàn)對問題解決沒多大幫助（問題依舊），不要指望覆銅解決所有干擾的問題.