ESD導(dǎo)致空調(diào)控制面板控制失效問題分析與解決方法

ESD導(dǎo)致空調(diào)控制面板控制失效問題分析與解決方法，針對(duì)這個(gè)問題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對(duì)應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個(gè)問題的小伙伴找到更簡(jiǎn)單易行的方法。

問題描述

某款SUV車型售后反饋前空調(diào)功能異常9例，經(jīng)初步排查，失效原因均為前空調(diào)控制面板失靈，其中僅風(fēng)量旋鈕失效4例，風(fēng)量旋鈕及所有按鍵失效5例。

故障排查

前空調(diào)控制路徑如圖1所示，通過操作CD機(jī)或空調(diào)控制面板上的旋鈕／按鍵對(duì)空調(diào)控制器發(fā)出控制命令，空調(diào)控制器再根據(jù)控制命令對(duì)前空調(diào)進(jìn)行控制。為確定前空調(diào)功能異常失效部位，我們對(duì)故障車進(jìn)行了控制功能檢查，發(fā)現(xiàn)雖然前空調(diào)控制面板失靈不能實(shí)現(xiàn)對(duì)前空調(diào)的控制，但CD機(jī)顯示屏上按鍵可對(duì)前空調(diào)進(jìn)行控制。由此可初步判定故障發(fā)生在前空調(diào)控制面板到空調(diào)控制器之間。

進(jìn)一步，通過對(duì)電路連接路徑及故障件失效分析發(fā)現(xiàn)所有功能失效都是空調(diào)控制面板內(nèi)部的MCU自身部分引腳與地引腳之間被擊穿短路造成。疑似MCU電路中竄入了浪涌電壓。前空調(diào)控制面板到空調(diào)控制器之間的電路示意圖如圖2所示。

同時(shí)我們還注意到所有售后失效分布存在共同點(diǎn)，即地域上，所有失效均發(fā)生在中國北緯36～49度之間，如僅內(nèi)蒙古境內(nèi)失效占比達(dá)到33％；時(shí)間上，所有失效均發(fā)生在1～3月，如僅1月失效占比達(dá)到156％。此共同點(diǎn)正好符合了嚴(yán)酷ESD 現(xiàn)象的發(fā)生條件。

綜合失效機(jī)理與失效分布，初步懷疑存在靜電浪涌電壓串入到MCU端，造成了MCU引腳擊穿，從而引發(fā)空調(diào)功能失效。

為驗(yàn)證失效是否為ESD干擾導(dǎo)致，我們對(duì)前空調(diào)控制面板進(jìn)行了人體ESD測(cè)試，測(cè)試參數(shù)如表1所示。

我們選取了故障修復(fù)件3件，正常產(chǎn)線件5件作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，按照表1中參數(shù)測(cè)試的結(jié)果為：兩種樣件均出現(xiàn)了失效，且失效結(jié)果為MCU 內(nèi)部短路，失效現(xiàn)象與售后產(chǎn)品失效 現(xiàn)象一致。因此可得出前空調(diào)控制面板抗ESD能力差，且ESD擊穿MCU為前空調(diào)功能失效的原因。

失效機(jī)理分析

經(jīng)接口電路審查發(fā)現(xiàn)，前空調(diào)控制面板接口電路已進(jìn)行了ESD防護(hù)，如電源模塊在靠近接插件端并聯(lián)了TVS管用來抵御浪涌電壓，電路示意圖見圖3。這與前空調(diào)控制面板E SD 抗擾能力差存在一定的理論沖突，除非是存在TVS管等ESD 防護(hù)元件失效或ESD干擾通過其他途徑進(jìn)入到了前空調(diào)控制面板電路中，而非通過接口電路。

通過對(duì)故障件接口電路TVS管等防護(hù)原件的檢查發(fā)現(xiàn)，這些防護(hù)原件并未損壞且可以起到浪涌電壓泄放功能。

為進(jìn)一步探究其他ESD干擾途徑存在的可能性，我們對(duì)前空調(diào)控制面板單體E SD 放電點(diǎn)及對(duì)應(yīng)失效現(xiàn)象進(jìn)行了梳理。并發(fā)現(xiàn)：所有失效基本集中發(fā)生在前空調(diào)控制面板的兩個(gè)位置被靜電槍干擾時(shí)，如圖4所示。且ESD打在靜電引入點(diǎn)1附近時(shí)對(duì)應(yīng)的失效現(xiàn)象是面板所有功能失效，而ESD 打在靜 電引入點(diǎn)2附近時(shí)對(duì)應(yīng)的失效現(xiàn)象是風(fēng)量旋鈕失效。

基于上述現(xiàn)象結(jié)合PCB布局及MCU失效機(jī)理分析，我們得出了如圖5的ESD能量傳遞路徑。

因ESD具有選擇電位相對(duì)低的導(dǎo)體進(jìn)行電荷泄放的特性，此問題中的空調(diào)控制面板及旋鈕上的鍍鉻裝飾條與PCB間的寄生電容C2降低了放電點(diǎn)到PCB的等效阻抗。其能量傳遞原理為：ESD浪涌電壓通過放電點(diǎn)與鍍鉻裝飾條間的寄生電容C1傳遞到裝飾條上，再經(jīng)過C2傳遞到PCB上，之后通過PCB布線由電源、按鍵、復(fù)位電路直接傳導(dǎo)到MCU上造成了MCU不同引腳對(duì)地短路。

基于上述我們可以得出結(jié)論，此空調(diào)控制面板失效問題的真因?yàn)镋SD浪涌電壓通過鍍鉻裝飾條直接進(jìn)入到PCB內(nèi)部，并造成了MCU引腳高壓擊穿。

問題解決

針對(duì)此空調(diào)控制面板失效問題可通過改變ESD浪涌電壓到MCU的泄放路徑來解決?？紤]到ESD保護(hù)要求防護(hù)元件具有快速泄放靜電的能力，且在靜電泄放過程中保護(hù)結(jié)構(gòu)不會(huì)被損傷，使用TVS管和RC濾波電路雙重防護(hù)將起到良好的ESD防護(hù)作用，具體方案如下：

---旋鈕、按鍵鍍鉻裝飾條優(yōu)化

對(duì)旋鈕及按鍵鍍鉻裝飾條接近PCB端進(jìn)行阻鍍處理，降低寄生電容，如下圖所示：

---電路防護(hù)及疏導(dǎo)優(yōu)化

在MCU和風(fēng)量旋鈕對(duì)應(yīng)引腳之間添加限流電阻和TVS管，在按鍵與MCU對(duì)應(yīng)引腳的電路之間增加RC濾波和TVS管，在MCU電源模塊的5V電源端增加較大電容，下圖所示。

針對(duì)整改樣件，我們選取5個(gè)樣本采用前面表1中的參數(shù)重新進(jìn)行了ESD測(cè)試，5個(gè)測(cè)試樣品均合格，未出現(xiàn)MCU對(duì)地短路問題，如下表2。之后我們跟蹤了售后市場(chǎng)1個(gè)冬季也未出現(xiàn)前空調(diào)控制面板ESD失效問題。整改方案有效。

本文從實(shí)際售后問題出發(fā)，通過對(duì)ESD干擾發(fā)生機(jī)理及傳遞途徑分析，明確了某汽車空調(diào)控制面板ESD異常損壞的真因。并對(duì)問題產(chǎn)生的原因提出了有效的整改方案，同時(shí)驗(yàn)證了整改方案的有效性。

關(guān)于ESD導(dǎo)致空調(diào)控制面板控制失效問題分析與解決方法問題的解答就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，如果你還有很多疑惑沒有解開，可以關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道了解更多相關(guān)知識(shí)。