ESD導致空調控制面板控制失效問題分析與解決方法

ESD導致空調控制面板控制失效問題分析與解決方法，針對這個問題，這篇文章詳細介紹了相對應的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

問題描述

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

故障排查

前空調控制路徑如圖1所示，通過操作CD機或空調控制面板上的旋鈕／按鍵對空調控制器發出控制命令，空調控制器再根據控制命令對前空調進行控制。為確定前空調功能異常失效部位，我們對故障車進行了控制功能檢查，發現雖然前空調控制面板失靈不能實現對前空調的控制，但CD機顯示屏上按鍵可對前空調進行控制。由此可初步判定故障發生在前空調控制面板到空調控制器之間。

進一步，通過對電路連接路徑及故障件失效分析發現所有功能失效都是空調控制面板內部的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。前空調控制面板到空調控制器之間的電路示意圖如圖2所示。

同時我們還注意到所有售后失效分布存在共同點，即地域上，所有失效均發生在中國北緯36～49度之間，如僅內蒙古境內失效占比達到33％；時間上，所有失效均發生在1～3月，如僅1月失效占比達到156％。此共同點正好符合了嚴酷ESD 現象的發生條件。

綜合失效機理與失效分布，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，從而引發空調功能失效。

為驗證失效是否為ESD干擾導致，我們對前空調控制面板進行了人體ESD測試，測試參數如表1所示。

我們選取了故障修復件3件，正常產線件5件作為實驗對象，按照表1中參數測試的結果為：兩種樣件均出現了失效，且失效結果為MCU 內部短路，失效現象與售后產品失效 現象一致。因此可得出前空調控制面板抗ESD能力差，且ESD擊穿MCU為前空調功能失效的原因。

失效機理分析

經接口電路審查發現，前空調控制面板接口電路已進行了ESD防護，如電源模塊在靠近接插件端并聯了TVS管用來抵御浪涌電壓，電路示意圖見圖3。這與前空調控制面板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 防護元件失效或ESD干擾通過其他途徑進入到了前空調控制面板電路中，而非通過接口電路。

通過對故障件接口電路TVS管等防護原件的檢查發現，這些防護原件并未損壞且可以起到浪涌電壓泄放功能。

為進一步探究其他ESD干擾途徑存在的可能性，我們對前空調控制面板單體E SD 放電點及對應失效現象進行了梳理。并發現：所有失效基本集中發生在前空調控制面板的兩個位置被靜電槍干擾時，如圖4所示。且ESD打在靜電引入點1附近時對應的失效現象是面板所有功能失效，而ESD 打在靜 電引入點2附近時對應的失效現象是風量旋鈕失效。

基于上述現象結合PCB布局及MCU失效機理分析，我們得出了如圖5的ESD能量傳遞路徑。

因ESD具有選擇電位相對低的導體進行電荷泄放的特性，此問題中的空調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與鍍鉻裝飾條間的寄生電容C1傳遞到裝飾條上，再經過C2傳遞到PCB上，之后通過PCB布線由電源、按鍵、復位電路直接傳導到MCU上造成了MCU不同引腳對地短路。

基于上述我們可以得出結論，此空調控制面板失效問題的真因為ESD浪涌電壓通過鍍鉻裝飾條直接進入到PCB內部，并造成了MCU引腳高壓擊穿。

問題解決

針對此空調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。考慮到ESD保護要求防護元件具有快速泄放靜電的能力，且在靜電泄放過程中保護結構不會被損傷，使用TVS管和RC濾波電路雙重防護將起到良好的ESD防護作用，具體方案如下：

---旋鈕、按鍵鍍鉻裝飾條優化

對旋鈕及按鍵鍍鉻裝飾條接近PCB端進行阻鍍處理，降低寄生電容，如下圖所示：

---電路防護及疏導優化

在MCU和風量旋鈕對應引腳之間添加限流電阻和TVS管，在按鍵與MCU對應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。

針對整改樣件，我們選取5個樣本采用前面表1中的參數重新進行了ESD測試，5個測試樣品均合格，未出現MCU對地短路問題，如下表2。之后我們跟蹤了售后市場1個冬季也未出現前空調控制面板ESD失效問題。整改方案有效。

本文從實際售后問題出發，通過對ESD干擾發生機理及傳遞途徑分析，明確了某汽車空調控制面板ESD異常損壞的真因。并對問題產生的原因提出了有效的整改方案，同時驗證了整改方案的有效性。

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