Kann ein Kondensator das Problem beheben, wenn der Mikrocontroller aufgrund eines kurzen Stromausfalls abschaltet?

Ich habe einen Mikrocontroller an eine 5-V-Versorgung angeschlossen, die durch einen Spannungsregler geht, der von 12 V heruntergefahren wurde.

Ich gehe davon aus, dass es neu gestartet wird, da die Spannung möglicherweise für einen kleinen Teil der Zeit schnell abfällt, was ausreicht, um den Chip neu zu starten.

Ist diese Annahme richtig?

Könnte das Hinzufügen eines Kondensators zur Schaltung dieses Problem lösen?

Hier sind möglicherweise zwei Dinge im Gange: kurze Störungen (ns bis µs) und viel längere Versorgungsausfälle (ms bis s).

Sie benötigen immer einen Bypass-Kondensator für Strom und Masse eines Mikrocontrollers. Dies hält die lokale Versorgung trotz ziemlich großer, sehr kurzfristiger Schwankungen des Stroms, den der Mikrocontroller zieht, stabil. Diese Schwankungen sind zu schnell, als dass das Netzteil sie regulieren könnte. Außerdem haben die Spuren zurück zur Versorgung bei den hohen Frequenzen dieser schnellen Stromschwankungen eine ausreichende Impedanz, um lokale Spannungsschwankungen zu verursachen, selbst wenn die Hauptversorgung vollständig stabil war.

Das andere Problem längerfristiger Stromausfälle muss mit einem erheblichen Energiespeicher irgendwo gelöst werden. Schließlich wird für einige Zeit nicht genügend Strom eingespeist, und der lokale Speicher muss den Unterschied vorübergehend ausgleichen. Der beste Ort, um dies zu setzen, ist vor dem Regler. Angenommen, Ihr Regler benötigt 2 V Headroom. Das bedeutet, dass es weiterhin 5 V Out erzeugt, solange sein Eingang nicht unter 7 V fällt. Das sind 5 V weniger als die nominalen 12 V In. Eine ausreichend große Kappe am Eingang kann die Eingangsspannung des Reglers halten für einige Zeit, nachdem der 12-V-Eingang plötzlich weg ist. Schalten Sie eine Schottky-Diode in Reihe mit dem 12-V-Eingang und anschließend mit der Kappe. Dies verhindert, dass der Eingang, der niedrig wird, die Kappe entlädt.

Nehmen wir zum Beispiel an, Sie setzen eine 1-mF-Kappe auf den Eingang des Reglers (zusätzlich zu den kleinen Hochfrequenzkappen, die für den grundlegenden Betrieb des Reglers erforderlich sind, wie im Datenblatt angegeben). Da Sie nicht angegeben haben, wie hoch Ihr Strom ist, wählen wir in diesem Beispiel willkürlich 100 mA aus. Nehmen wir auch an, die Schottky-Diode fällt bei vollem Strom um 500 mV ab.

Die Kappe wird dann während des normalen Betriebs auf 11,5 V aufgeladen und kann auf 7 V abfallen, bevor die 5-V-Versorgung abfällt. (4,5 V) (1 mF) / (100 mA) = 45 ms. Dies ist die Zeit, die die Kappe benötigt, um den Betrieb aufrechtzuerhalten, nachdem der 12-V-Eingang plötzlich ausgefallen ist.

Wenn die Stromversorgung wirklich ausfällt, sollten Sie einen Kondensator vor dem Spannungsregler verwenden (ggf. mit einer Diode isoliert). Dadurch kann die Spannung stärker abfallen, bevor die Spezifikationen für das Mikro nicht mehr eingehalten werden.

Nehmen wir zum Beispiel an (Zahlen aus der Luft holen), dass Ihr Mikro 5 V benötigt, Ihr Regler 4,75 V liefert und Ihr Mikro garantiert bei 4,5 V arbeitet. Angenommen, Sie speisen den Regler mit 9 V aus einer Wandwarze, und das Mikro- und andere Material verbraucht 50 mA. Angenommen, der Regler fällt bei 1,5 V ab.

Wenn Sie einen 1000uF-Kondensator nach dem Regler platzieren, hält das Mikro folgende Zeit:

t = 1000 uF * (4,75 V - 4,5 V) / 50 mA = 5 ms

Wenn Sie es vor den Regler stellen, ist die Zeit, in der es das Mikro hält, wie folgt:

t = 1000 uF * (9 V - 6 V) / 50 mA = 60 ms (ungefähr 12x länger)

Ich vermute, dass dies ein EMI-Problem sein kann, das das Mikroprogramm stört, es sei denn, Sie haben einen starken Hinweis darauf, dass die Spannung tatsächlich abfällt.

Keramikkondensatoren müssen sich in der Nähe (~ 1 cm) der MCU-Versorgungsstifte befinden. Dies gilt praktisch für alle integrierten Schaltkreise.

Wenn Sie jedoch Zweifel haben, warum die MCU zurückgesetzt wird, haben sie normalerweise Register, die anzeigen, warum ein Zurücksetzen stattgefunden hat. Einige MCUs verfügen über eine Brown-Out-Schaltung an Bord, und der Auslösepunkt kann bei einigen sogar eingestellt werden.

Welche MCU verwenden Sie?

Es wird empfohlen, eine Kapazität in der Nähe der Stromanschlüsse des Mikrocontrollers anzubringen. Typischerweise würde dies ein 1uF und ein 0,1uF parallel tun. Dies ist jedoch eine allgemeine Richtlinie. Es hängt davon ab, wie stark der Spannungseinbruch ist (wie stark ein Abfall ist und wie lange), um festzustellen, wie viel Volumenkapazität vorhanden ist.

Zusätzlich würde ich für das Quetschen von durch ESD geführtem Rauschen parallel zu den oben genannten eine 470pF-Kappe hinzufügen.

Trotzdem würde ich empfehlen, dass Sie das Datenblatt des Mikrocontrollers konsultieren, um festzustellen, ob in solchen Fällen ein Stromausfallbit gesetzt ist, um festzustellen, ob es sich überhaupt um einen Stromausfall handelt.