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未解决

STM32芯片连续两次烧毁

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budaoweng6789
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  • 2020-1-16 16:42:10
10问答币
最近用STM32G4做了块移相全桥电源,UCC27324+变压器驱动。测试功能正常,上电后用电源上的辅助12V电源给驱动和MCU供电,同时给12V风扇供电。后来调试程序时(用实验电源供电)发现MCU功耗过大(但依然能运行),然后就拆下来了,以为是之前静电导致芯片电源引脚击穿,顺手就换新。然后又带载调试,随后用实验电源调试代码发现MCU功耗又上去了,又烧掉了。
后来发现12V辅助电源带上风扇后纹波过大VPP将近2V,但是MCU供电我用7805+3.3稳压,这个纹波不至于烧芯片吧?请指点


2020/2/6更新   由于这段时间不能上班,手头又没有板子,只能想当时的情况。

一共坏了3片MCU,现象基本一致。就是都能工作,都发烫,表面温度大概70度左右。

第一片坏了,拆下来直接扔到一边,第二片,拆下来用万用表测量一下没发现问题,PCB,原理图都检查一下没发现问题,提心吊胆换上第三片。上电后,让电源空载运行几分钟MCU温度正常,然后带载,中间有过几次的停启,也就几分钟的时间,管子烧掉了,之后发现MCU也烧掉了。
拆下来后用万用表测量芯片的各个管脚和GND都比较正常(与好芯片对比)。但是直接给电源VDD管脚来个3.3V电压,负极接其他I/O都有电流,都有电流,都有电流。之前的两片也是这样。
由于我不是很了解内部结构,所以实在想不通是什么样的问题能导致现在这样的现象。用万用表测量各个管脚都没有问题,但是各个管脚对电源都有漏电流。难道所有的I/O都坏掉了吗?但是为什么测量不出来?


由于布板水平不高,又赶上年前想把电源调出来所以板子的控制部分布的太差劲。不知道这次问题根布线不好有没直接关系,满载时,我用示波器测量MCU电源纹波大概180mV-VPP。
wh6ic
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  • 2020-1-17 09:01:36
 
如果电源电路没有错误,应该不是纹波干掉的,可以用示波器观察一下 3.3V 信号。
   检查一下 12V 驱动转换等部分的电路,是否会有高压窜入 MCU 的 IO 口

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budaoweng6789
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  • 2020-1-17 09:48:05
 
错误肯定是没有的,后来我又反复进行调试,去掉风扇也就是去掉大的纹波。然后上电,不启动PWM,不带载,5分钟单片机没发生问题。然后启动PWM也是几分钟,依然没有问题。(不知道是不是时间短的原因,因为已经很晚了有些着急)。之后就带载,后来用示波器测量驱动芯片的PWM信号,发现驱动芯片的逻辑有问题。还没来得及观察就烧管了。
晚上回家考虑原因,
移相全桥,UCC27324+驱动变  方案
1、整体布线比较紧凑,怀疑功率部分对控制部分的干扰。
2、驱动线号部分的地不完整,就是MCU到27324的回路。
3、MCU到27324之间有不到10CM的距离,怀疑是回路有些大。
4、UCC27324的接地和控制部分的接地处理的不好,导致驱动信号抗干扰能力差。


以上是我想到的问题所在,但唯一想不通的是MCU为什么烧掉

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总工程师
  • 2020-1-17 09:21:34
 
单片机烧坏,一般是I/O口电位反灌, 高出MCU供电的I口必须稳压限制,每个输出O口电流小于1MA,如果不够外加电流电压放大。这是原则。不能用单片机本身驱动。跟干扰没有关系,干扰只是会单片机不适复位或失态,不会烧坏单片机。

估计是PWM驱动口电位反灌导致的,最好把单片机放在输出低压端,一方面电压电流采样放大电路可以和单片机良好对接,提高了抗干扰,主电源用隔离变压器驱动。

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budaoweng6789
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  • 2020-1-17 09:53:44
 
后来我又反复进行调试,去掉风扇也就是去掉大的纹波。然后上电,不启动PWM,不带载,5分钟单片机没发生问题。然后启动PWM也是几分钟,依然没有问题。(不知道是不是时间短的原因,因为已经很晚了有些着急)。之后就带载,后来用示波器测量驱动芯片的PWM信号,发现驱动芯片的逻辑有问题。还没来得及观察就烧管了。
晚上回家考虑原因,
移相全桥,UCC27324+驱动变  方案
1、整体布线比较紧凑,怀疑功率部分对控制部分的干扰。
2、驱动线号部分的地不完整,就是MCU到27324的回路。
3、MCU到27324之间有不到10CM的距离,怀疑是回路有些大。
4、UCC27324的接地和控制部分的接地处理的不好,导致驱动信号抗干扰能力差。


以上是我想到的问题所在,但唯一想不通的是MCU为什么烧掉,您说的I/O口电流反灌我也有类似猜疑,还有是不是PWM I/O有负电压导致MCU烧掉。还有就是强调一下,MCU只是电流有点大,运行一切正常。


yiwang572
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高级工程师
  • 2020-1-17 14:48:29
 
会不会是驱动不足,我以前做毕业设计的 时候 ,51单片机 控4电机,貌似是供电不足  单片机有点烫
budaoweng6789
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副总工程师
  • 2020-1-17 18:10:01
 
我这个驱动是通过驱动芯片的。
budaoweng6789
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LV8
副总工程师
  • 2020-1-17 18:38:47
 
把之前的猜想一一试过,这次先是用实验电源供电以防炸管,由于实验电源的功率有限也没测出任何问题,包括各种文波,MCU到驱动芯片的PWM,驱动到驱动变压器的波形都很正常。但是没有办法测量管子两端的波形。然后上强电,刚调到300W,不到10秒钟吧,保险烧掉了。6A保险。整流桥和管子幸好没出事,因为板子有脉冲电流保护,但是昨天和今天都没起到作用。所以严重怀疑是上下管直通,所以突然开始怀疑驱动有问题了。因为电流各方面都是相对成熟的,就是换了换MCU,然后还把驱动变压器由之前的外径23的磁环换成EP13(空间太小,原来磁环放不下)。然后线径由之前的0.35*3换成了现在的0.1*3,变压器是三线并绕。但是用实验电源功能测试的时候测量4路驱动信号是没有任何不妥的,当然我也知道这不代表带载后没问题。

我的问题是,假如说是驱动变压器的原因,在不带载的时候没问题,带载,哪怕是这么小的功率都不行,做电源这几年从没有碰到过这种情况。唯一的就是这次选得磁芯小。匝数是严格计算过的。(最低20K)


请教一下,如果磁芯选得比较小,但是匝数没问题,不上强电测量管子驱动没问题。在这种情况下带载后会出现什么严重问题吗?
wangdongchun
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专家
  • 2020-1-17 23:02:50
 
感觉是驱动能力过小出现的过载烧毁故障
budaoweng6789
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LV8
副总工程师
  • 2020-1-18 09:42:36
 
难道我的UCC27324不起作用?
wangdongchun
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LV12
专家
  • 2020-1-18 13:06:18
 
有这种可能呀!
budaoweng6789
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副总工程师
  • 2020-1-18 14:25:14
 
还真没这种可能
D351810607
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高级工程师
  • 2020-1-20 11:18:09
 
上原理图和pcb看看?
gbbone
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LV6
高级工程师
  • 2020-2-5 20:41:08
 
有7805了,供电不太可能会有过冲把MCU烧掉。看下IO口有哪些负载比较大,这个可能性更大,适当加下限流电阻
budaoweng6789
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LV8
副总工程师
  • 2020-2-6 10:58:27
 
这不是一直在家里呆着呢。板子已经重新画了,可是不能制板。

至于为什么烧我也实在想不通。不带载没事,也就是空载运行没问题(当时测试时间短,也就10分钟),一带载用不了几分钟芯片就发热,但是依然能运行,拆下来测量各个管脚的电阻(跟新的单片机对比)也没发现什么问题,就是通电时单片机电流变大(把单片机拆下,只有电源管脚接上,其它悬空)。已经损坏3片,都是一个现象。这是目前掌握的,当然也可能当时比较匆忙没有察觉其它原因。


单片机管脚跟外部有联系的有温度传感、加密芯片、显示模块及案件、远控、pwm驱动、ADC电流采样。但是这些用万用表反复测量都是没啥问题的呀。

最关键是,它还能工作,表面温度70度左右,而且后来带载工作1小时没有出现什么其他问题。

是什么样的情况才能导致单片机本身的内部电流增加,而且还那么恰到好处。

我的怀疑是,ADC采样部分,因为只有这个部分是带载后才会有信号的。但是ADC入口我加上5V的瞬变二极管了,而且电路跟别的机型是一样的。


jazzyfox
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LV4
初级工程师
  • 2020-2-6 16:02:29
 
试过示波器测量一下,3.3v电源输出的电流大小和电压波形吗?同步一下输出的PWM部分,看看有什么不好的波形在里面
budaoweng6789
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LV8
副总工程师
  • 2020-2-6 16:03:33
 
在满载运行的时候,纹波大概VPP  180mV
BingSun
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总工程师
  • 2020-2-7 00:17:50
 
楼主好!想必楼主是用上了牛B的STM32G474!您提到的问题,记得有一个贴子说过STM32F334也有类似的情况。

芯片本身应该没多大问题,重心放到查找外围上,芯片与外部连接的模拟接口,如ADC,运放与比较器的输入端口,应保证最大电压不超过VDD,最小电压不低于GND,(在电路中有可能大于VDD电压时应加稳压管来限制,如有可能存在小于GND电压时可以加二极管隔离)
对于通用数字IO口,有可能存在过大的电流,设计时应保证不会产生过大推拉电流。
特别是在开关电源中,有较大的干扰产生尖峰电流导致芯片永久损坏,所以在一些可能有较大干扰或连接走线比较长的引脚,最好串上30-100R的电阻,用于吸收瞬间产生的峰值电流(如用于电流限制比较器引脚)

STM32G474有强大的模拟外设,竟然有25个高速12位ADC,7个12位DAC,7个高速比较器及6个运放。



budaoweng6789
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LV8
副总工程师
  • 2020-2-7 09:58:31
 
这个MCU确实很厉害。之前我用334的时候也碰到过两次烧芯片的问题,都没有找到问题所在。不过那两次都是彻底短路不能工作,然后换上新的后就没事儿了。这次这个不同的是,出问题了竟然还能用。而且换上好的之后照样出问题。唉,悲剧呀,烧的我心疼呀
BingSun
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总工程师
  • 2020-2-7 13:02:59
 
一直以来都有微芯的片子抗干扰能力强之说,STARM确实这方面会弱点,所以更需要小心设计外围电路。
可以监控VDD电流,看看能不能找出在什么情况下会产生电流突变?查找出导致问题出现的信号源。


我认为多数情况下还是由于IO瞬间过流引起的。
budaoweng6789
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LV8
副总工程师
  • 2020-2-7 13:52:27
 
不管是什么原因直接或者间接引起的过流,会出现这种只是发热但是还能用的情况吗?
当时我用万用表测量过拆下来的芯片,电阻档和二极管档都測过,跟好的芯片对比没有发现什么区别。当然也可能是测量的不够全面。只能等上班后再测

你说的微芯由于没有用过也不是很了解,只是之前学单片机的时候听说过PIC的很坚固抗干扰能力强。不知道现在的dsPIC有哪些芯片在功能和性能上能与STM32F334或者474相抗衡?








BingSun
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总工程师
  • 2020-2-7 15:51:53
 
dspic系列大多芯片都不错的,但很多都是老掉牙了,并且现在的70M与170M的32位处理器来说还是强大很多。
要选择什么芯片?具体还是看电源的需求,还有成本,如果仅设计一个单一功能的电源,采用G474就太过于浪费了。



budaoweng6789
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副总工程师
  • 2020-2-7 16:32:43
 
我做的不是直流电源。超声波电源,有些相对耗时钟的算法,之前用334有些瓶颈,所以才换474.用着确实爽。但目前还悲剧中呀
westbrook
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副总工程师
  • 2020-2-7 19:24:08
 
可以参考Microchip第四代dsPIC的芯片,比如dsPIC33CK128MP506,代表3.3V供电,128KB的Flash(代码直接在Flash运行),64pin的管脚。带CAN-FD功能,主频是100MIPS,这个是单核的。还有dsPIC33CH128MP506双核的产品。其实现在做数字电源除了TI外,很多工程师选择microchip的dspic做开发,具体的可以去官网上去了解一下。
budaoweng6789
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副总工程师
  • 2020-2-7 19:49:12
 
好的,多谢。
westbrook
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LV8
副总工程师
  • 2020-2-7 19:26:15
 
你可能了解的不是特别全面,现在Microchip已经发布了最新一代的CK系列,功能还是比较强大的。
BingSun
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总工程师
  • 2020-2-7 22:16:33
 
你好!我确实很久没了解Microchip新出的片子了,感觉Microchip自从收了AVR单片机后,出新片的速度也没那么快了。

nc965
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版主
  • 2020-2-6 17:00:45
 
先看电路图
budaoweng6789
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  • 2020-2-9 09:54:17
 
由于上班时间又推迟,去不了公司,无奈只能回忆当时调试时的情况。这两天疯狂的查各种帖子,但是都有一个共性,那就是电源跟地短路,或者是阻值很小,或者说是电源引脚对某个IO口的电阻变小。  可是我遇到的问题同样是发热,却没有发现各个引脚的阻值变小的情况。想破脑袋也想不通。
而且我还把MCU的程序擦除也不管用,没有任何区别。我能想到的就是,内部不管是因为过压还是因为过流,最终都是因为过功率而损坏。但这也损坏的太恰到好处了吧。
用万用表测不出问题,但是一上电就出问题,是不是说必须上电压源才能激活内部的某个地方,使它形成闩门效应,然后才会有过电流的情况。


请各位积极参与,谢谢
BingSun
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总工程师
  • 2020-2-9 14:05:01
 
楼主好!因为有丰富的外设,但有可能带来更多的问题,在发生某个瞬间过流或过压过程中可能导致有些模块已损坏,但其它模块还在正常运行。
BingSun
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总工程师
  • 2020-2-9 14:07:50
 
如果擦除芯片程序仍然发热,那可能是模块已永久损坏,并且已不受MCU的开关控制。
budaoweng6789
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副总工程师
  • 2020-2-9 14:59:31
 
永久损坏是肯定的了。无奈,还得等等等等
westbrook
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副总工程师
  • 2020-2-9 15:37:00
 
先保证最小系统工作,看是否有问题?
budaoweng6789
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副总工程师
  • 2020-2-9 16:53:22
 
前边说的比较清楚了。好的芯片在不带载的情况是没有问题的,但是带载后芯片就会莫名发热形成永久性损坏
BingSun
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总工程师
  • 2020-2-9 17:31:53
 
474比334贵很多,用334还不够么?
budaoweng6789
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副总工程师
  • 2020-2-9 20:32:32
 
处理的数据量比较大。334用在低频时还行,高频就处理不过来了。
westbrook
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副总工程师
  • 2020-2-10 15:35:00
 
找ST的技术人员咨询一下。
budaoweng6789
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副总工程师
  • 2020-2-10 17:04:47
 
我用量不大,能得到ST的技术支持吗

westbrook
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副总工程师
  • 2020-2-11 16:08:57
  • 倒数7
 
这个就不知道了,要找他们相关技术人员咨询,或者找他们的代理。
kidultbin
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高级工程师
  • 2020-2-9 23:29:39
 
沧海一粒
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高级工程师
  • 2020-2-10 09:57:42
 
MCU到驱动芯片的那部分是怎样一个连接方式呢?
budaoweng6789
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LV8
副总工程师
  • 2020-2-10 11:11:22
 
是这么回事。这款MCU已经在其它电源上已经小批量生产了,之前是大功率的,空间大器件好摆放,MCU和UCC27324距离很近,所以直连。在原理图几乎没有变动的情况下,做了这款小功率,布局紧凑,所以器件不好摆放,驱动芯片离MCU较远,估计有10CM,中间串联18欧姆小电阻。

我也一直在考虑是不是因为MCU的PWM输出线离驱动芯片比较远再加上布线不是很好,所以导致在带载的时候出现意想不到的情况从而直接或者间接的导致输出过流,从而使MCU过热?但如果这样,为什么驱动信号还依然正常?!
亦或者是因为PWM引脚过流导致MCU内部的电源模块出现问题?
戴嘉宁
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本网技师
  • 2020-2-10 18:49:38
 
1 为排除单片机电源,你把这个3.3V引出并给另外一块同型号的单片机供电。这个单片机可以焊接到同样的光板上。看看单片机热不热和坏不坏,以及单片机的温度。然后逐步打开另一个单片机的各个IO口,观察单片机温度的变化。你的单片机那么热,是不能可靠运行的。先解决热的问题。
budaoweng6789
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LV8
副总工程师
  • 2020-2-10 20:50:46
  • 倒数10
 
好的芯片在带载之前是没有任何问题的,就是带载之后就变得发热了,并且是永久性损坏。您的建议如果实在不行只能试试了
BingSun
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总工程师
  • 2020-2-10 23:33:41
  • 倒数9
 
电源要工作,很多IO需要同时开启。
budaoweng6789
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LV8
副总工程师
  • 2020-2-11 10:37:28
  • 倒数8
 
印象当中好像是VDDA和VDD管脚直通,记得不是太清楚了。都怪当时太着急放假了,没有心思好好测量一下
kevin1078
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本网技师
  • 2020-2-26 11:54:48
  • 倒数6
 
楼主方便把原理图贴上来么?

从现象来看不是立刻烧毁,所以应该可以排除电源短路的情况;驱动负载是直接用IO管脚吗?还是加了MOS管?尽量不要用IO管脚直接驱动负载;如果单个IO管脚驱动电流过大,或者多根管脚累计驱动电流过大,是有可能会导致这种情况的。
budaoweng6789
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LV8
副总工程师
  • 2020-2-26 16:50:17
  • 倒数5
 
原理图不方便贴。前面说的比较清楚,MCU驱动UCC27324。

今天去了一趟公司,把板子和之前坏的芯片拿回家又好好测量一下(发现采样部分的管脚对地的压降小于正常值),再加上之前的(不带载就不烧),现在基本可以确定是因为带载之后就有了电流,电流采样部分的某些原因导致MCU损坏。

只是这个损坏有点蹊跷呀,明明以损坏,却偏偏还能工作。
BingSun
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LV10
总工程师
  • 2020-2-26 18:28:04
  • 倒数4
 
应该是瞬间峰值电压或电流使内部模块损坏,但芯片还在运行。可能损坏的模块并没使用。
budaoweng6789
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LV8
副总工程师
  • 2020-2-27 08:47:32
  • 倒数3
 
损坏的地方正好是内部运放的输入管脚附近,也就是说和内部运放管脚挨着的几个管脚,用万用表二极管档测量,黑表笔连接VSS,红表笔分别测量运放管脚和紧挨几个管脚压降为0.8,正常值为1.2V。
如果用3.3V电源,负极连接VSS,正极分别接运放管脚和紧挨几个管脚,电流都在200mA以上,其余的离较远管脚大概在100-150mA。

我不认为是某个没有用到的模块坏掉,这种高集成的硅芯片不能按照常规电路的方法分析吧?因为他的内部各种耐受都是很低的,所以我觉得可能是由于过压(过流好像不会出现,除非是过压引起的过流),导致芯片内部的一部分硅晶体损坏,但是还不至于损坏功能。
kevin1078
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LV2
本网技师
  • 2020-2-27 10:50:20
  • 倒数2
 
如果是怀疑过压的话,应该可以用示波器量一下波形吧,设置一个管脚的电压耐受值,边沿触发,应该很容易确定是不是存在这种情况。
budaoweng6789
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LV8
副总工程师
最新回复
  • 2020-2-27 15:30:53
  • 倒数1
 
刚刚做了一个破坏性试验,用一个好的芯片,直接把内部运放的管脚接上直流电。做实验的时候有心急了,把电压从3.3往上升,但是调的有点快了,没来得及观察在芯片彻底损坏之前是什么情况。直到9V多的时候直接短路了。唉。。。无奈手里就只有这一个好芯片

加压管脚和电源短路。剩下的IO对电源的阻值也是M欧姆级别的,但是用二极管测量IO和电源却是0.5V,正常值为1.2V。现象和之前的差不多,只是这个更加严重,严重到电源短路
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