作者：Subodh Madiwale和Vuong Tran

黑匣子診斷使用先進的數字控制器，通過提高故障信息的準確性和減少故障診斷的周轉時間，提供了徹底改變客戶退貨故障分析的機會。

本文包含哪些內容？

數字控制器IC，使用黑匣子工具和在線診斷功能最大限度地減少現場回波

黑匣子內容

數據檢測和恢復

EEPROM 壽命和數據保留

電源公司可以通過使用黑匣子來借用飛機工業的概念，該黑匣子監控操作并存儲該數據以供故障審查。這一概念將有助于對現場退貨進行故障分析，這對公司及其客戶來說可能是昂貴的時間和金錢，并且診斷和報告全面故障分析的額外時間壓力可能會進一步使供應商與客戶的關系緊張。擁有適當的故障診斷工具來快速調試和解決問題可能意味著產品成功與失敗之間的差異。您可以為隔離電源系統配置ADP1055高級PMBus?數字控制器IC，以提供在線黑匣子。

通過在線診斷和在線黑匣子，可以緩解問題，從長遠來看，這些問題會帶來更強大的設計實踐和系統知識。在線黑匣子具有一個數據記錄器，記錄關鍵事件或中斷之前電源的所有相關和關鍵信息。除了電源，您還可以輕松地將此概念應用于其他系統。

黑匣子操作

ADP1055的黑匣子功能可以在EEPROM中記錄有關導致系統關斷的故障的重要數據。黑匣子診斷工具有兩個基本功能：首先，第一個標志ID功能記錄第一個故障實例，例如過流，電壓和溫度;其次，當控制器遇到此類故障時，將捕獲遙測的快照（如圖 1 所示）。此信息將保存到嵌入式非易失性EEPROM中，稍后可以檢索該信息以進行調試。在存在多個故障的情況下，黑匣子會捕獲導致系統關閉的第一個標志 ID 以及所有遙測信息。

圖1.來自 GUI 的黑匣子標志顯示 V外OV FAST 故障作為第一個故障 ID

由于數字控制電源中有多個參數被測量，因此ADP1055采用專用（非多路復用）Σ-Δ型ADC，這些ADC隨時間推移對電壓、電流和溫度等每次測量進行平均，為確保捕獲準確的數據，在關斷時將測量數量記錄到黑匣子中。

此黑匣子功能對于在測試和評估期間對故障系統進行故障排除非常有幫助。如果召回系統進行故障分析，則可以從EEPROM讀取此信息，以幫助調查故障的根本原因。

有幾個選項可用于記錄到黑匣子，其中包括：

無錄音，黑匣子禁用

僅在最終關閉之前記錄遙測數據

記錄最終關機和所有間歇性重試嘗試的遙測數據（如果設備設置為關機并重試）

使用 CTRL 引腳或 OPERATION 命令記錄最終關斷、所有重試嘗試和正常關斷操作的遙測數據（如 PMBus 所述）

黑匣子內容

EEPROM的兩頁（A頁和B頁）專門用于存儲黑匣子內容。這允許總共 16 條記錄（每頁由 8 條記錄組成，每條記錄 64 個字節）。這兩個頁面形成一個循環緩沖區，用于記錄黑盒信息，其中數據每 16 個被覆蓋千記錄。

EEPROM是一種頁面擦除存儲器，這意味著必須先擦除整個頁面，然后才能寫入頁面。由于EEPROM的頁面擦除要求，在寫入任何頁面的第八條記錄后，下一頁會自動擦除，以允許連續的黑盒記錄。

每次在黑匣子中寫入記錄時，設備都會遞增記錄編號。每個黑盒寫入記錄圖 1 和圖 2 中列出的 PMBus 和制造商特定寄存器。

圖2.來自圖形用戶界面的黑盒讀數。

單個黑盒記錄大約需要 1.2 毫秒的編程時間。但是，必須考慮增加的頁面擦除時間，以確保成功記錄錯誤。在ADP1055器件中，每頁可以寫入8條記錄，因此只要記錄號是8n ? 1（n>0）的倍數，就會在另一頁上啟動頁面擦除操作。擦除操作需要額外的 32 毫秒才能完成。因此，每次（8n ? 1）寫入也需要頁面擦除，這使得總記錄時間達到33.2毫秒。建議每個關機和重試周期之間的最小延遲時間大于最小黑盒編程時間，即 1.2 毫秒，在最壞情況下可以延長到 33.2 毫秒。

圖 3 顯示了寫入操作的計時。成功記錄黑匣子的另一個考慮因素是電源電壓或V的損失DD到集成電路。ADP1055需要一個恒定的VDD正常工作和黑匣子操作為 3.3 V。通常在隔離式DC-DC轉換器中，輔助電源或始終接通電源為控制器供電。在其他情況下，V上的保持電容DD引腳可用于將電壓保持在 UVLO 閾值以上。

圖3.黑盒寫入操作。

黑匣子回讀

可以使用兩個專用的制造商特定命令來回讀存儲在EEPROM中的黑盒數據的內容。READ_ BLACKBOX_CURR 命令是一個塊讀取命令，它返回當前記錄 N（保存的最后記錄）以及所有相關數據，如“黑盒內容”部分中所定義。READ_BLACKBOX_PREV 命令是一個塊讀取命令，它返回上一條記錄 N ? 1（靠近保存的最后一條記錄）的數據。由于這些命令是塊讀取命令，因此接收的第一個字節稱為BYTE_COUNT，并向 PMBus 主站指示還要讀取多少字節。

建議使用ADP1055 GUI查看黑盒數據，因為它以易于閱讀、用戶可訪問的格式顯示整個黑匣子內容。

ADP1055中的黑匣子功能使用數據包錯誤檢查（PEC）來確保數據有效性。每個黑盒記錄末尾的 PEC 字節特定于每個記錄，并使用循環冗余校驗 （CRC） 8 多項式計算。在寫入EEPROM時，PEC字節將附加到數據中，并且是該記錄的最后一個有效字節。在從EEPROM讀取時，每條記錄的標頭塊用于計算預期的PEC代碼，并將該內部計算的PEC代碼與接收的PEC字節進行比較。如果比較失敗，則設置STATUS_CML寄存器中的PEC_ERR位，并且由于數據的有效性已受到損害，該記錄將被丟棄。

數據檢測和恢復

黑匣子算法依賴于足夠的時間來保存黑匣子數據和/或執行頁面擦除操作來準備黑匣子進行記錄。在 V 的情況下DD在最短編程時間過去之前折疊，則有可能損壞EEPROM中的數據。此外，如果 VDD在EEPROM擦除操作期間折疊，黑匣子內的數據也可能損壞。

在這種情況下，黑盒算法可以檢測到發生了數據損壞，并嘗試采取糾正措施以恢復正確的黑盒記錄。請注意，黑匣子不會嘗試更正損壞的數據，而是忽略損壞的記錄并恢復記錄在不同的記錄。下面的說明詳細介紹了此方案。

在 V 期間DD上電時，讀取EEPROM兩頁中所有記錄的標頭塊，并確定記錄是否有效。如果記錄通過以下測試，則該記錄有效：

標頭塊和 PEC 字節不能全部為 1，因為這是頁面擦除后每條記錄的初始數據。

計算出的 PEC 代碼（使用標頭塊中的數據）必須與收到的 PEC 字節匹配。

記錄編號必須在有效記錄范圍內，但它必須大于當前記錄編號且小于最大記錄編號。

如果記錄未通過上述任何測試，則該記錄將被視為無效并被丟棄。如果記錄通過所有測試，則會更新指向最后一個有效記錄編號的指針。以下信息顯示了兩種情況，其中潛在的 VDD崩潰可能會導致數據損壞及其恢復過程。

場景 1

在 V 的場景中DD在記錄完成之前折疊，PEC 字節（即寫入的最后一個字節）很可能會損壞。在 V 上的掃描過程中DD通電后，此記錄將無法通過測試 2 并將被丟棄。

在通電掃描過程中，如果A頁上的記錄未通過測試2，則B頁將被擦除，下一個記錄指針將是B頁的第一條記錄。例如

頁面 A 有：

0. 有效Rec_No_0

1.有效期Rec_No_1

2.有效期Rec_No_2

3.有效期

Rec_No_3 4.有效期Rec_No_4

5.有效期

Rec_No_5 6.有效期

Rec_No_6 7.有效Rec_No_7

頁面 B 有：

8. 有效Rec_No_8

9.有效期

Rec_No_9 10。有效期Rec_No_10

11.有效期

Rec_No_11 12.無效Rec_No_12（由于丟失 V 而損壞）DD;上電時測試 2 失敗

）

13.空

14.空

15。空

在掃描過程結束時，

最后一條有效記錄是第 B 頁的Rec_No_11

丟棄頁面 B 的無效Rec_No_12，并設置PEC_ERR

頁面 A 將被擦除，下一個用于存儲的記錄是頁面 A 的Rec_No_16

READ_BLACKBOX_CURR返回Rec_No_11

READ_BLACKBOX_PREV返回Rec_No_10

請注意，B 頁的 Rec_No 12-15 丟失，但這是可以接受的，可以恢復黑盒記錄過程的正常運行。

場景 2

在 V 的情況下DD折疊 在頁面擦除完成之前，您有可能在正在擦除的整個頁面上出現數據損壞。在 V 上的掃描過程中DD通電后，此頁面的所有記錄可能無法通過測試 2，也可能未通過測試 3，在這種情況下，記錄將被丟棄。

頁面 A 有：

0. 有效Rec_No_0

1.有效期Rec_No_1

2.有效期Rec_No_2

3.有效期

Rec_No_3 4.有效期Rec_No_4

5.有效期

Rec_No_5 6.有效期

Rec_No_6 7.有效Rec_No_7（黑匣子錄制成功;但是，

由于丟失 V 鍵，頁面擦除已損壞DD）

頁面 B 有：

8.由于V丟失而損壞DD在頁面擦除期間，遵循

Rec_No_7 9。由于丟失 V 而損壞DD在頁面擦除期間，遵循Rec_No_7

10。由于丟失 V 而損壞DD在Rec_No_7

11 之后的頁面擦除期間。由于丟失 V 而損壞DD在頁面擦除期間遵循Rec_No_7

12.由于丟失 V 而損壞DD在

Rec_No_7 13 之后的頁面擦除期間。由于丟失 V 而損壞DD在頁面擦除期間遵循Rec_No_7

14.由于丟失 V 而損壞DD在頁面擦除期間遵循Rec_No_7

15.由于丟失 V 而損壞DD在頁面擦除期間，遵循以下Rec_No_7

在掃描過程結束時，

最后一條有效記錄是第 A 頁的Rec_No_7

通過頁面 B 的Rec_No_15無效Rec_No_8將被丟棄，并設置PEC_ERR

頁面 B 將被擦除，下一個用于存儲的記錄是頁面 B 的Rec_No_8

READ_BLACKBOX_CURR返回Rec_No_7

READ_BLACKBOX_PREV返回Rec_No_6

請注意，在這種情況下，不會丟失記錄，因為未完成的頁面 B 擦除操作在通電時重新啟動。

EEPROM 壽命和數據保留

ADP1055的EEPROM經過專門設計，知道電源可在現場工作，使用壽命長。ADP1055的EEPROM在125°C下的數據保留期長達15年。 此外，在電源的使用壽命期間，可能會對EEPROM進行多次寫入，這也是數據保留的一個限制因素。為了在過長的擦除程序周期后提高EEPROM的數據可靠性，ADP1055將故障記錄的最大數量限制為158，000（當ADP1055的環境溫度低于85°C時推薦）或16，000（當ADP1055的環境溫度低于125°C時）。

在每次黑匣子記錄到 EEPROM 之后，當前記錄編號遞增。如果發生故障并且當前記錄數大于上述最大記錄數，則不允許進行額外的黑盒記錄，因為EEPROM已達到其允許的最大擦除程序周期，并且任何額外的記錄都不可靠。STATUS_CML寄存器中的MEM_ERR位設置為指示此條件。

圖4描述了ADP1055是一款具有黑匣子功能的高級數字DC-DC控制器，如何在典型應用中使用。它適用于全橋、相移和有源正激鉗位等拓撲結構。它具有多種功能，例如冗余 OVP、平均和峰值過流保護、帶微型 FPGA 的 GPIO 以及有源緩沖器。ADP1055還可用作多相控制器。配置黑匣子不需要額外的硬件。ADP1055基于FSM（有限狀態機），具有專用邏輯，易于使用，因此用戶無需學習任何新的編程語言，因此不涉及固件。

圖4.采用ADP1055的隔離式DC-DC功率級的高級視圖

黑匣子功能也可以在制造流程中有效部署，以檢測產品驗證和試生產早期階段的老化和壓力測試故障。黑匣子將電源調試提升到一個新的水平，并為復雜系統的故障排除提供了重點指南。通過消除黑匣子記錄儀發現的設計問題，從而減少客戶故障并改善可靠性指標，例如故障間隔時間 （MTBF）

審核編輯：郭婷