Dlaczego podłączenie urządzenia wysokoprądowego do mojego obwodu cyfrowego powoduje dziwne zachowanie?

mam

• arduino
• mikrokontroler
• inna cyfrowa rzecz

a kiedy podłączę

• silnik
• pompa
• podgrzewacz
• inna rzecz o wysokim prądzie

Doświadczam

• dziwne pomiary ADC
• restartuje się
• ulega awarii
• błędy w komunikacji cyfrowej
• inne nieoczekiwane zachowanie

Mój zasilacz jest odpowiednio dobrany do zasilania wszystkich tych urządzeń. Nie mam oscyloskopu, więc nie widzę wiele tego, co faktycznie dzieje się w obwodzie. Co jest prawdopodobną przyczyną?

Bez szczegółów nie da się udzielić konkretnej odpowiedzi. Przyjrzyj się dokładnie tym rzeczom:

1. Uziemienie . Jest to dokładnie symptom, który pojawia się w wyniku złej ogólnej strategii uziemienia. Bez schematu blokowego pokazującego moc i podstawy wszystkiego, co jest z tym związane, nie można udzielić konkretnej porady. Należy jednak dokładnie zwizualizować wszystkie prądy powrotne uziemienia i wziąć pod uwagę, że każdy prąd na przewodzie uziemiającym spowoduje przesunięcie uziemienia.

2. Lokalne odsprzęganie . Upewnij się, że między każdą parą styków zasilania i uziemienia każdego mikroukładu znajduje się ceramiczna nasadka o wielkości 1 µF. Połączenia te muszą być krótkie, ponieważ nawet niewielka indukcyjność szeregowa znacznie zmniejsza ich skuteczność.

3. Możliwość udaru zasilania. Upewnij się, że na zasilaczu jest wystarczająca pojemność zasobnika, aby poradzić sobie z stanami nieustalonymi przez cały czas, w którym sam zasilacz może nadrobić zaległości i dostarczyć więcej prądu.

4. Indukcyjne diody zaczepowe. Upewnij się, że każde możliwe obciążenie indukcyjne, w tym obciążenie zewnętrzne, ma diodę o odwróconej polaryzacji. W przypadku napięć do około 50-100 V powinny to być wartości Schottky'ego ze względu na ich dużą prędkość. Dotyczy to obciążeń napędzanych prądem stałym. Ponieważ zawsze są one napędzane jedną polaryzacją, dioda może bezpiecznie zwierać drugą polaryzację. Jak zauważył Tut w komentarzu, w przypadku obciążeń prądu przemiennego należy zastosować bardziej skomplikowane obwody tłumiące i / lub odcinające.

Rozważ te dwa obwody:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Czy oni są tacy sami? W modelu elementu skupionego są to. Jednak nasz model pomija to, co może być istotnym faktem: prawdziwe przewody mają opór. Przedstawiamy kilka schematów tego modelu, które:

^{zasymuluj ten obwód}

$1A\cdot 1\Omega = 1V$

Wiele elektroniki cyfrowej nie lubi, gdy ich napięcie zasilania gwałtownie się zmienia. Dodatkowe problemy występują, gdy wiele urządzeń próbuje ze sobą rozmawiać przez cyfrową magistralę, ale wysokie prądy w szynach zasilających dają każdemu urządzeniu inne pojęcie o tym, czym jest „ziemia”. Spójrz na „masę” MCU i silnika w tym przypadku. Wszystkie rezystory mają w sobie 1A, a zatem 1V w poprzek. „Uziemienie” na MCU różni się o 1V od „uziemienia” na silniku! Jeśli są to urządzenia cyfrowe, które sygnalizują „0”, wytwarzając napięcie równe „uziemieniu”, nie będą się dobrze komunikować, gdy nie będą w stanie uzgodnić, co to jest „uziemienie”.

Rozwiązaniem tego jest poprowadzenie obu połączeń zasilania dla każdego urządzenia aż do akumulatora lub regulatora napięcia i wykonanie wszystkich połączeń zasilania dla każdego urządzenia. Tak wygląda sytuacja w obwodzie po lewej stronie. Tutaj, gdy silnik się włącza, w R5 i R7 będzie wysoki prąd. Nastąpi pewien spadek napięcia, ale silnik nie będzie miał nic przeciwko. Tymczasem prąd w R6 i R8 pozostaje niezmieniony, podobnie jak napięcie. Zatem napięcie zasilające widoczne przez mikrokontroler jest stałe.

Nie musisz robić tego cały czas, dla każdego urządzenia, ale musisz przemyśleć, gdzie będą płynąć wysokie prądy, gdy twój obwód zawiera takie urządzenie. Pamiętaj, że wszystkie twoje przewody mają pewną oporność, a zatem doświadczą spadku napięcia, gdy przepłyną przez nie wysokie prądy. Następnie zaplanuj przewody lub ślady, aby wysokie prądy nie przepływały przez zasilanie wrażliwych elementów, powodując problemy z hałasem.

To tylko jedno z możliwych wyjaśnień. Inne odpowiedzi bez wątpienia zapewnią dodatkowe możliwości.