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El misterioso caso de la corriente de fuga aleatoria

Descargo de responsabilidad: Ya conozco la solución de este enigma de depuración de circuitos (y no es trivial), y la publicaré después de algún tiempo, ¡para que otras personas puedan dar su contribución a esta historia de misterio! ¡Creo que puede tener algún valor educativo para los diseñadores de circuitos!

Hace algunos años (~8, creo) me topé con una oferta especial muy interesante en una tienda local: unos aparatos de luz LED DOT-IT de Osram muy bonitos (eso me pareció) a mitad de precio.

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Como se puede ver, eran pequeños aparatos, alimentados por tres pilas AAA, con tres LEDs blancos muy brillantes. Todo el se encendía a través de un interruptor suave que se accionaba al presionando la cúpula transparente. A la primera pulsación los tres LEDs se encendían, y en cada pulsación posterior uno de los LEDs se apagaba. De este modo, se tenía la posibilidad de elegir la cantidad de luz que produciría el aparato. La carcasa exterior de plástico transparente, era de aluminio anodizado muy resistente. aluminio anodizado, y la cubierta trasera era de plástico con un fuerte imán, que permitía pegar el aparato a la nevera, a la carrocería del coche o a cualquier superficie metálica superficie metálica que se desee.

Como en aquel momento la iluminación LED era muy cara aquí en Italia, y los pequeños artilugios como esos eran monstruosamente caros o totalmente cutres, me pareció una muy buena idea comprar una docena de ellos (primero probé con una sola unidad, y comprobé que hacía una luz muy potente y era de muy alta calidad). Tenía la intención de utilizarlas como luces de emergencia en todas las habitaciones de mi casa y en mi coche.

Todo iba bien hasta que se produjo un breve apagón al cabo de unos 6 meses. Para mi gran decepción, ¡unos 10 de los 12 aparatos estaban sin pilas!

Por supuesto, lo primero que pensé fue "un interruptor blando con fugas" y corrí a por mi micro-amperímetro. Efectivamente, encontré un par de unidades que tenían corrientes de fuga excesivamente altas (~1 mA), pero las otras tenían unos honestos ~20 μA. Me quedé perplejo.

Cambié todas las pilas de los de baja fuga y decidí darles otra oportunidad.

Al cabo de un par de meses, sorpresa, ¡volvieron a fallar! Volví a medir las fugas y obtuve resultados diferentes. Algunas unidades presentaban la terrible fuga de ~1 mA, mientras que las otras eran "normales". Además, volví a probar las dos unidades que originalmente mostraban una fuga elevada y... ¡¡¡ya no tenían fugas!!!

Me harté y, como no tenía más tiempo que perder en el asunto por aquel entonces, los deseché todos, los metí en una caja de chatarra (al fin y al cabo, tenían tres bonitos y caros LEDs blancos, y pensaba recuperarlos) y me olvidé de ellos.

Los volví a encontrar hace un par de semanas y, en un frenesí de reorganización, se me ocurrió desmontar las unidades y rescatar los LEDs. Así que descubrí que la circuitería interna era una minúscula PCB que sólo contenía un interruptor momentáneo, los LEDs, un chip controlador y una tapa. El PCB se muestra en las fotos de abajo (por curiosidad, intenté encontrar una hoja de datos para ese chip controlador, pero sin suerte).

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Volví a probar las placas de circuito impreso, sólo por diversión, y seguí obteniendo el comportamiento errático de las fugas que había observado antes, pero en el proceso finalmente descubrí al culpable.

Adivina cuál era la causa de esa fuga aleatoria y errática.

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MozenRath Puntos 118

Sospecho que algo tiene que ver con el fuerte imán (no lo habría sospechado, salvo que debe ser una respuesta interesante o no habrías planteado la pregunta). Tal vez tener el campo magnético induce una corriente en un bucle en alguna parte. ¿La fuga era mayor cuando había más superficie entre los cables que se conectan a la batería? O podría ser una corriente en algún otro bucle.

15voto

Lorenzo Donati Puntos 6644

Aquí está el resumen de mis investigaciones y mis conclusiones sobre el misterioso caso de la corriente de fuga aleatoria.


Cuando empecé a desmontar las unidades, también me picó la curiosidad y quise investigar una causa racional para ese comportamiento de impar. No tuve suerte hasta que casi sin querer moví el imán cerca de una placa de circuito impreso encendida. El amperímetro saltó a unos 2mA y se estabilizó en un valor ligeramente inferior.

Al principio pensé que era sólo un efecto mecánico debido a mi manipulación de la PCB, pero después de repetidas pruebas comprobé que había una clara correlación entre mover el imán cerca de la PCB y tener ese tipo de "enganche".

Sin embargo, no era seguro, porque dependía de forma poco clara de la orientación del imán y de la dirección del movimiento y también de la velocidad con la que movía el imán.

No pude evaluar el mecanismo real, pero la causa estaba clara. La interacción de la placa de circuito impreso (y muy probablemente del chip controlador) con el imán en movimiento.

También verifiqué que el enganche podía ocurrir al mover una unidad ensamblada cerca de un cuerpo ferromagnético masivo, como cuando se fija la unidad a una nevera. Pero el fenómeno en este caso era menos repetible y más errático.

Las opciones que me vinieron a la mente fueron obviamente dos:

  • corriente inducida generada por la variación del flujo magnético ligado a algún bucle
  • El efecto Hall perturba el comportamiento normal de algunos componentes semiconductores dentro del chip conductor

No puedo decir con seguridad cuál es el verdadero culpable entre esos dos. Dejo la decisión final a los expertos de EE.SE que están más informados que yo en estos temas.

No puedo estar seguro, pero sospecho que quien se encargó de probar el prototipo no realizó las pruebas adecuadas cuando el imán estaba colocado. De hecho, el imán no estaba incorporado en la tapa trasera de las unidades, sino que se proporcionaba como un complemento en el paquete. Tenías la opción de pegarlo a la tapa trasera ya que una de las caras del imán era adhesiva.


Espero que haya disfrutado de este pequeño rompecabezas mental, vagamente inspirado en las novelas de Sir Arthur Conan-Doyle.

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RelaXNow Puntos 1164

Este tipo de síntoma huele a falta de resistencia pulldown (o pullup, según la topología) en una puerta FET. Todo está bien si el sistema se enciende sin que el transitorio de arranque active el FET. Si eso es exitoso, todo está bien. Si no es así, el sistema entra en un estado extraño que se las arregla para consumir algo de corriente.

Me he dado cuenta de que es un tablero de una sola cara. Eso significa que los cables de los agujeros pasantes sólo están sujetos por el menisco de soldadura en un lado de la placa, no dentro del agujero chapado y en ambos lados como en una placa de dos capas. Tras un esfuerzo mecánico o un ciclo térmico suficiente, estas juntas de soldadura pueden descascarillarse. Esto puede ser muy difícil de ver, incluso con una lupa de joyero. Personalmente he visto una placa de este tipo fallar de forma aparentemente aleatoria, y la inspección visual no reveló el problema, a pesar de que estaba buscando malas juntas de soldadura. El problema se solucionó al volver a rellenar todas las juntas y añadir soldadura adicional.

Otra causa de estos síntomas es que el botón esté pulsado todo el tiempo. Sin embargo, me imagino que este no es el caso porque entonces las luces no habrían funcionado en primer lugar. Ese tipo de pulsador tiene una sensación de clic positivo. La única forma en que este problema podría ocurrir en tu circunstancia es si el pulsador funcionara bien durante los tres primeros clics, y luego se atascara con el clic que apagó la luz. Es poco probable que tantas unidades funcionen bien durante tres clics y luego se atasquen en el cuarto, así que no creo que este sea el problema.

Se me ocurren escenarios en los que un circuito mal diseñado puede entrar en un estado no deseado, con la fuente de alimentación fallando y rebotando mientras se instalan las pilas, posiblemente dependiendo de si el botón estaba pulsado o no en ese momento. Sin embargo, todos estos escenarios dejarían la unidad obviamente inoperativa de inmediato. Asumo que usted probó cada unidad a través de al menos un ciclo de ON-OFF antes de declararla lista y pegarla en una pared o lo que sea.

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