AMS1117-3.3电源芯片损坏分析

I.问题现象

背景：
三相导轨式预付费电能表是一款精度可达0.5S级，接线方式下进下出的仪表，在设计中，采用开关电源模块，电源需要两路直流输出，1路12V/300mA，1路5V/100mA，其中，这一路12V又有以下几种用途，1：供继电器驱动；2：12V通过78L05转为5V供液晶驱动使用；3：12V通过AMS117-3.3电源芯片转为3.3V供CPU/EEPROM/FRAM/计量芯片等芯片使用。第一版样机调试过程中，样机基本功能可正常实现。
问题现象：
在低温拷机过程中（试验过程中有水汽），样机通讯中断，经查主板3.3V与GND短路，主芯片电源与地短路损坏，根本原因为AMS1117-3.3电源芯片损坏，输出测得11V。
拿一块未使用的主板组装样机，新样机组装后，上电测得主板VCPU为5V（实际应该为3.3V），进一步检查，电源板AMS1117-3.3芯片损坏，测得AMS1117-3.3输出10V左右。
更换AMS1117-3.3芯片再次上电，仍然发现VCPU为5V，测得AMS1117-3.3芯片又损坏，输出电压为10V左右。初步认为此主板有某种问题会使AMS1117-3.3损坏，标记此主板为1号。

II.问题分析

测试损坏的3块AMS1117-3.3电源芯片引脚间阻值，抽取三块正常的AMS1117-3.3电源芯片，进行测试，数据如下：测试AMS1117-3.3引脚间阻值

通过以上数据分析，电源芯片损坏是由于输入引脚的性能改变导致。
使用1号主板，组装入样机，上电后测12V、5V、3.3V和通讯5V，均为0，判断进入了短路保护状态，去掉主板，测试电源板输出，12V/5V/3.3V和通讯5V，均恢复正常，重新插入主板，测试各电源均正常，此过程中未断电。
短路12M晶振引脚电容，上电后测试AMS1117-3.3功耗，上电瞬间为17mA，稳定后为15.4mA，
多次通断电实验，使用万用表观察AMS1117-3.3输出电流，均在17mA左右，未发现异常。
试验一：
对电源板上电，使用插针短接AJ2排母4、5引脚（3.3V与GND），再断开，使用万用表测试3.3V与GND电压为8.3V，AMS1117-3.3已损坏，断电后，测试AMS1117-3.3引脚间电阻VIN与GND阻值为475欧姆，VIN与VOUT阻值为145欧姆，与之前出现的损坏芯片故障类似。此AMS1117-3.3芯片编号为（4）
试验二：使用变压器供电仪表上使用AMS1117-3.3芯片焊接至240GS样机上，进行短路试验，AMS1117-3.3损坏，判断此故障与AMS1117-3.3芯片批次号无关。此AMS1117-3.3芯片编号为（5）。
试验三：
使用一块变压器供电仪表上电后，短路仪表上AMS1117-3.3输出与GND，使用示波器测试12V会跌落至1V左右，断开短路点，12V恢复正常，3.3V也恢复正常。
试验四：
使用开关电源供电样机，通过78L05再接AMS1117-3.3芯片进行短路试验，短接AMS1117-3.3的Vout和GND，测试5V波形如下：

去掉AMS1117-3.3输出与GND的短路点，5V恢复正常，波形如下：

试验过程中AMS1117-3.3芯片正常。
实验分析，开关电源供电样机中AMS1117-3.3损坏由于输出短路导致，由于AMS117-3.3芯片本身无短路保护功能，在出现短路故障时，如果电源模块的短路保护时间很快，AMS1117-3.3则会良好，短路故障消失后，可继续使用；如果电源短路保护时间过长时，短路故障直接加在AMS1117-3.3上，会导致芯片损坏。
变压器供电仪表上也使用12V转3.3V，经测试未发现AMS1117-3.3芯片损坏，是由于变压器电源为低功率线性电源，在出现短路故障时，变压器输出的12V会被拉低，同样起到了保护作用。

III.解决方法

1、使用5V转3.3V（已测试，正常工作时VCPU为3.06V，AMS1117-3.3芯片输入为4.2V，究其原因：电路中包含防止灌电流的二极管，如下图AD25/AD26，当Vin为5V时，测得AMS1117-3.3芯片1/3引脚电压被拉低至4.2V，输出为3.1V，不满足要求。）

2、可以通过AMS1117-3.3前端串功率电阻（已测试，方案可行，短路AMS1117-3.3芯片输出时，芯片前端功率电阻分压为9-10V，短路故障消失后AMS1117-3.3可正常工作。）
3、更换AMS1117-3.3芯片为有过功率保护的电源芯片（已联系时讯捷进行器件选型，电路改动较大，不选用）
选用1117前端串接功率电阻的方案
电阻阻值确定试验

在以上测试过程中，AMS1117-3.3芯片均正常。仪表正常工作时时，测得3.3V回路电流为17.8mA，假设3.3V满载电流为100mA，可选用电阻47R。
最大负载工作时，计算的电阻上分压为Ur=47R0.1A1.2倍余量=5.64V，此时，AMS1117-3.3芯片输入电压为Uin=12-5.64=6.36V，规格书中1117芯片输入范围为4.75V~12V

故输入串联47R电阻，最大负载工作时，可满足AMS1117-3.3芯片正常稳压输出3.3V工作；
短路故障时，电阻上分压为10V，即电阻上消耗的功率为P=UU/R=9.89.8/47=2.06W，在短路故障中需保证芯片和电路的正常，故选用2W电阻。

IV.总结和建议

在电路设计中需考虑过流、过压等故障后系统的运行状态，对于没有过流、过压保护的芯片，需在电路设计中考虑使用电阻分压等方式对电路进行保护。