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使用热敏摄像头进行PCB诊断
电子资料库 | 2023-02-03 15:19:29    阅读:406   发布文章

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可能有一段时间,当你第一次打开一个新制造的样机时,却发现你已经达到了实验室电源的电流限制。即使你把电流限制增加到超过你所期望的电路板所能消耗的电流,实验室的电源仍然是有限的。如果安全的话,你可以用手指在木板上戳来戳去,但是你摸不到任何摸上去很烫的零件。此外,用万用表四处探测不会发现任何短路、意外低电阻或显著的电压降。那么,下一步你能做些什么来追踪新原型的问题在哪里?如果你发现了这篇文章的标题,你可能已经猜到答案是使用热相机。

与笨手笨脚的人类手指不同的是,热相机可以检测出视野中微小的温差。这允许您快速识别任何消耗电流的组件。电路板的任何部分或区域都会产生热量,这些热量很容易被热摄像头捕捉到。

作为一个例子,下面是一个隔离调节器的热图像,它在5 V下的电流超过100 mA。在图片的右上角,我们可以看到一个限流电阻和一个LED。LED的电流仅为5.2毫安,在较冷的电路板背景下,以及为其提供电流的轨道,仍然可以很容易地识别出来。

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使用热相机,我们还可以看到热传递到其他层的情况。例如,下面是电路板底部的热图像,上面显示了一个电压调节器。运行几分钟后,您可以清楚地看到板和铜多边形吸收的热量。

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热相机也提供了好处,一旦你的电路板启动和运行,允许你密切监测一个电源设备,如下面所示的开关模式调节器,与一个相对较大的感应器。这是一个很好的功能,你可以清楚地看到在****率的区别,黑色环氧树脂体的感应器和白色的文字打印在它下面的图片。

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看上面的图片,我们可以清楚地看到调节器IC上也有一个温度梯度。

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上面是从另一个角度看调节器的热图像,显示调节器IC上的温差为2℃。这是因为集成电路的右侧与大型铜浇口的铜连通性明显高于左侧,如下图所示。

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DIY近焦镜头

许多处于价格区间低端的热敏相机的一个问题是它们有固定的焦距。这些固定聚焦的热光学元件很难处理离镜头很近的物体,例如PCB。它们通常更多地用于建筑检查应用,而不是用于检查距离仅几英寸/厘米的对象。

我的Altium社区的一位成员报告说,他们使用廉价的激光切割镜头作为相机的对焦元件,而且效果很好。所以,我想我会用我相对便宜的相机试试这个技术。我已经有了激光切割机和一些备用镜片,所以这是一个非常简单的测试。和他们的相机相比,我的相机不太容易配上一个额外的镜头。然而,使用一点胶带很快让我尝试了这个想法,它产生了奇迹,给了我一个临时的安装,直到我能找到更永久的东西。

激光切割镜片有各种直径和焦距。正确的透镜直径相对简单;它只需要和相机镜头一样宽。焦距是指镜头需要离物体多远才能获得焦距。在本文中,我使用的是2英寸焦距的镜头,但是3英寸或4英寸的镜头可以让你更好地了解整个电路板。1.5英寸透镜也很常见,如果需要观察单个小型无源元件产生的热量,则可以非常仔细地观察电路板的特定部分。如果您使用0402或更小的组件,这将是完美的。

需要注意的事情

虽然热相机绝对是极好的诊断工具,但它们只能用来观察****性材料,而不是长波红外反射的材料。

大多数金属、玻璃和高光泽材料都能反射红外光。为了从你的热相机获得最准确的读数,你需要把整个电路板喷涂成哑光黑色,因为这样会使整个电路板具有一致的****率。焊点、铝电容器、金属引线和金属连接器屏蔽都将以近乎完美的水平反射红外光。这意味着你只能得到物体反射的热量的温度读数。如果我只需要为了调试目的快速阅读,我会用胶带把板上最突出的金属物体覆盖起来。蒙版胶带仍然会变热并****红外能量供热相机拾取,之后很容易取下。您也可以使用弹性包装薄膜(如Stretchlon)对电路板进行真空包装,或者在电路板上使用可剥离的焊接掩模,具体取决于您的具体要求。


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