Zurücksetzen / Hängen des Arduino aufgrund von Funken in einer Wechselstromleitung

Dies ist das PCB-Design des Projekts, an dem ich kürzlich gearbeitet habe (mein erstes PCB-Design).

Die Idee ist, Wechselstromgeräte (Lüfter, Glühlampen usw.) ohne Relais zu steuern. Ich verwende Triacs, die für solche Anwendungen besser sind als Relais. Ich benutze Optokoppler zur vollständigen Trennung von Wechselstromleitungen. Ich habe versucht, das Arduino mit einem an meinen Laptop angeschlossenen USB-Kabel (mit ausgestecktem Ladegerät) sowie einem Wandadapter (12 V) zu betreiben.

Zunächst schien die Schaltung gut zu funktionieren. Ich konnte den Code in den Controller schreiben und die Lampen mit UART steuern (Ein / Aus sowie Dimmen). Ich habe die Befehle über UART gesendet. Es scheint jedoch, dass der Mikrocontroller nicht glücklich aussieht, wenn die Wechselstromleitungen funken (wenn ich einen Lüfter ein- / ausstecke). Manchmal wird es zurückgesetzt (was der beste Teil des Bildes ist) und manchmal hängt es und ich kann keine Befehle über UART senden. Ich bin mir nicht sicher, ob auch gebrannter Code betroffen ist, aber manchmal musste ich den Code erneut hochladen. Wenn ich einen Lüfter in einem anderen Raum ein- oder ausschalte, hat dies keine Auswirkungen.

Mögliche Probleme:

1) Keine Massefläche auf der Platine.

2) Eine Art von EMI aufgrund von Funken.

Ich habe auch versucht, einen Warmwasserbereiter (800 Watt ohmsche Last) wie einen Lüfter anzuschließen, aber es ist nichts passiert. Ich denke, es ist die induktive Last, die Probleme bereitet.

Jede konstruktive Lösung für dieses Problem wird sehr wertvoll sein.

Vielen Dank.

Sie haben keinen Schaltplan angezeigt, aber ich sehe keine offensichtlichen Bypasskappen oder lokalen Bordnetzkappen. Das und das Fehlen einer guten Erdung ist sehr wahrscheinlich die Ursache für die Probleme.

Wie andere bereits gesagt haben, sollten Sie auch einen angemessenen Isolationsabstand zwischen den AC- und DC-Abschnitten einhalten und zumindest versuchen, eine Erdungsebene zu erstellen.

Sie haben eine große Platine mit wenigen Bauteilen und großem Pin-Abstand, sodass das Verlegen der meisten Leiterbahnen auf der obersten Ebene relativ einfach sein sollte. Sie müssen gelegentlich zur untersten Ebene gehen, da eine Schaltung im Allgemeinen nicht in einer einzelnen Ebene geroutet werden kann. Sie können die Spuren auf der untersten Ebene jedoch kurz halten. Betrachten Sie sie als "Jumper", die gerade lang genug sind, um zwei Spuren auf der obersten Ebene zu verbinden, die Sie sonst nicht in einer Ebene verbinden können. Das Maß für eine Grundebene ist nicht die Anzahl der Inseln, sondern die längste Abmessung einer Insel. Halte die Jumper kurz und locker.

Sie müssen jedoch unbedingt eine Überbrückungskappe an jeder Stromzufuhr zu jedem IC anbringen. Dies sollten kleine Keramikkappen sein, die sich physisch in der Nähe des IC befinden und deren Gesamtschleifen so klein wie möglich sind. 1 µF 0805 ist ungefähr richtig. Diese sind nicht nur billiger und leistungsfähiger als die entsprechenden Durchgangslochkappen, sondern auch einfacher zu löten.

Da der Gleichstrom von einem anderen Ort kommt und seine Impedanz daher vermutet wird, setzen Sie eine Elektrolytkappe mit angemessener Größe genau dort auf, wo der Strom in die Platine eintritt. Einige 100 µF sollten es tun.

Sie sollten Ihre Spannungsisolation respektieren. Die Art und Weise, wie Sie die Widerstände R16, R13, R10, R2, R31 und R4 platziert (und geroutet) haben, beeinträchtigt die Isolationsbarriere Ihrer Opto-Isolatoren. Unten habe ich Ihr bestehendes Layout mit Ihrem Isolationspfad markiert, der ziemlich schlecht ist:

Haben Sie eine einzelne Isolationszone, die so breit wie möglich ist (die Breite Ihrer Optokoppler). Halten Sie die Netzstromkreise auf der Netzseite und die isolierten Stromkreise auf der isolierten Seite. Vorschläge finden Sie im Bild unten.

Groundplane, Groundplane, Groundplane und sehr wenige Ausreden. Schauen Sie sich an, wie Sie viel von dieser Platine hätten machen können:

Ich habe ungefähr 5 Minuten damit verbracht, (mit leuchtend roten) blauen Spuren zu markieren, die rot sein könnten, ohne dass irgendwelche Gehirnarbeit nötig wäre.

Ich würde es verschrotten und von vorne anfangen.

Nach meiner Erfahrung sind Set- und Reset-Leitungen, Flip-Flops und andere Schaltungen sehr anfällig für "elektrisches Rauschen". Der beste Weg, um unvorhersehbares Schaltungsverhalten zu vermeiden, besteht darin, die Stromleitungen an jedem Chip mit geeigneten Kondensatoren zu entkoppeln . Darüber hinaus verringert das Durchschalten / Aktivieren von Eingangsleitungen mit einem Taktsignal die Möglichkeit, dass "Transienten" die Schaltungen beeinflussen.

Als ich an einem DTMF-basierten Laststeuerungsprojekt arbeitete, fand ich das gleiche Problem mit der Wechselstromlast. Ohne Wechselstrom funktioniert meine 8051-Mikrocontrollerschaltung einwandfrei. Wenn ich die Wechselstromlast einschalte, verhält sich der gesamte Stromkreis unterschiedlich, wenn ich die Wechselstromlast über den Relaisstromkreis ein- und ausschalte. Später stellte ich fest, dass der Boden auf dem 8051-Board nicht gut ist. Schließlich ersetze ich die alte 8051-Mikrocontroller-Karte durch eine neue 8051-Mikrocontroller-Karte mit gutem Erdschluss. Jetzt funktioniert es gut. Daher dachte ich, dass Ihre Leiterplatte einen guten Boden haben sollte.