Seltsames Verhalten in der Leiterplatte beim Ausschalten des Magneten

Hallo zusammen,

Ich habe eine Leiterplatte für eine Verriegelungssteuerung entworfen. Sie können die Platine auf dem Bild sehen. Einige Erklärungen zu den Abkürzungen:

• Ext: äußere 12V Stromquelle
• Batt: 12V Batterie
• 1702: 12V zu 5V Stromrichter
• Tastatur: Hier kommt eine klassische 4 x 3-Tastatur
• MCU: Atmel Atmega 328P
• IRL520N: Transistor zur Ansteuerung des Magnetventils des Schlosses

Andere Komponenten sind meiner Meinung nach für die Diskussion nicht relevant.

Das Programm ist wie folgt: Sie geben einen Code ein. Wenn der Code korrekt ist, wird der Transistor aktiviert und die Sperre geöffnet. Dies für zwei Sekunden. Dann werden die Sperren ausgeschaltet.

Alles funktioniert gut, bis auf ... Wenn sich die Schlösser wieder ausschalten, beginnt der Stromkreis seltsam zu wirken. Manchmal blockiert es, manchmal startet der Chip neu.

Ich poste die Zeichnung der Leiterplatte und nicht der Schaltung, weil ich denke, dass das Problem in der Anordnung der Leiterplatte liegt.

Vielen Dank für Ihre Hilfe!

Angesichts all Ihrer Antworten habe ich die Schaltung ein wenig (viel) neu gezeichnet:

• Verwendung von SMD-Komponenten
• Crystal ist der MCU viel näher
• Verwendung eines Entkopplungskondensators (C5)
• Verwendung von Grundfüllung (rosa Bereich auf der Unterseite der Leiterplatte)

Könnten Sie mir bitte sagen, ob diese Leiterplatte die gute Leistung haben würde, die sie benötigt? Oder verstehe ich es immer noch falsch?

Vielen Dank

Verschiedene Leute, einschließlich mir, haben auf die Notwendigkeit eines besseren Bodens und einer Entkopplung hingewiesen. Aber hier ist, wie ich versuchen würde, Ihr Board zu reparieren.

1) Holen Sie sich ein paar 0,1 uF 50V Keramikkappen. Gehen Sie nicht für Hochspannung. Löten Sie auf der Unterseite der Platine einen von Pin 7 auf Pin 8 und den anderen von Pin 20 auf Pin 22.

2) Schneiden Sie die Erdungsspur zwischen R3 und R4 ab. Schneiden Sie die Spur zwischen der Quelle von Q1 und C2.

3) Verbinden Sie den Erdungsstift von C1 mit einem kleinen Draht (wie dem Anschlusskabel Nr. 26) mit dem Stift 22 der MCU, wobei Sie einen möglichst kurzen Draht verwenden. Keine großen Schleifen - laufen Sie geradeaus.

4) Verbinden Sie die R3 / Q1-Verbindung mit einem viel größeren Kabel wie Nr. 20 mit dem Batteriestift. Machen Sie dies wieder so direkt wie möglich, ohne den Draht auf andere Lötverbindungen zu legen, und verwenden Sie möglicherweise einen Tupfer 5-Minuten-Epoxidharz oder Heißkleber, um ihn an Ort und Stelle zu halten. Grundsätzlich würde ich Ihre Bodenspur, die unter der MCU verläuft, parallel schalten.

Ich gebe keine Garantie, aber ich denke, dies könnte Ihnen eine Chance geben.

Ein Hauptproblem besteht darin, dass der Magnetstrom durch denselben Leiter fließt, der für den Chip geerdet ist. Sie sollten es separat zurücklaufen lassen - das kann sogar noch besser sein, als blind viel Kupfer darauf zu werfen.

Möglicherweise können Sie dieses Layout retten, indem Sie die Spur zur MOSFET-Quelle abschneiden und mit einer fliegenden Leitung umgehen und / oder dem Gate des MOSFET einen Vorwiderstand hinzufügen, der das Schalten des Transistors verlangsamt und diesen Übergang verringert auf der Bodenspur auf Kosten einer leichten Erwärmung während des Schaltvorgangs. Versuchen Sie es mit mehreren K und erhöhen Sie den Shunt-Widerstand, falls erforderlich, um den größten Teil des Gate-Antriebs aufrechtzuerhalten.

Gute Praxis für das PCB-Design. Schauen Sie sich das zuerst an: -

Es gibt 6 Beispiele, wie Sie Entkopplungskondensatoren an die Versorgungsstifte eines Mikros anschließen können. Beachten Sie, dass alle eine Leiterplatte mit einer Leistungsebene und einer Masseebene verwenden.

OK, Sie haben nur eine Doppelschichtplatine und DAS Wichtigste ist die Grundplatte, und Sie haben jede Menge Platz auf Ihrer Leiterplatte, um eine wirklich sehr effektive zu erstellen. Sparen Sie nicht daran. Das Verlegen der Stromspuren oben muss kein Problem sein, aber tun Sie, was Sie können, um den GP so voll wie möglich zu machen, und stellen Sie sicher, dass verschiedene Teile des Stromkreises, die sich eine gemeinsame Versorgung teilen, keine Hochleistungsströme an die gemeinsame Stromversorgung weiterleiten Tracks - Stern, der zurück auf die Batterie zeigt, ist eine gute Sache zu beachten.

Tatsächlich benötigen viele Konstruktionen geteilte Masseebenen, um zu vermeiden, dass Hochleistungsstrom (beispielsweise von einem Motor) durch empfindliche Verstärkereingangskomponenten fließt. Heutzutage übliche Praxis.

Wenn Sie keine Masseebene haben, haben Sie viele einzelne Rahmenantennen auf der gesamten Leiterplatte. Einige können Energie senden und alle können Energie empfangen.

Wenn Sie eine Masseebene verwenden, wird die "effektive" Fläche der gebildeten Rahmenantenne durch die Dicke Ihrer Leiterplatte definiert.

Ich habe mir erlaubt, Ihr PCB-Bild zu kopieren und in Grundspuren blau und andere Spuren auf der Unterseite rot einzufärben: -

Alle roten Spuren könnten auf der Oberseite mit nur geringem Gebrauch der unteren Schicht in einem viel größeren Ausmaß als das, was Sie haben, geroutet werden. Dadurch wird die unterste Schicht für eine Blauabdeckung von 95% + freigegeben.

Keine Grundebene, keine Bypass-Kappe, es sieht so aus, als würden Sie erwartete Ergebnisse erzielen.

Angesichts des schlechten Designs, das deutlich zu erkennen ist, haben Sie vermutlich auch keine Flyback-Catch-Diode über den Magneten gelegt.

Es ist sinnlos, auf all diese Dinge einzugehen, da sie wirklich einfach sind und hier und an anderen Orten bereits gut behandelt werden. Fügen Sie die Flyback-Catch-Diode und eine Bypass-Kappe für jeden Stromanschluss des Mikros hinzu. Das ist das Nötigste, um dieses Chaos zu beheben.

Wenn Sie eine Ebene hauptsächlich für den Boden mit "Jumpern" verwenden können, damit das Routing auf der anderen Ebene funktioniert, wäre das gut. Ich weiß nicht, warum Sie alle alten Durchgangsbohrungsteile verwenden, aber da Sie es sind, würde ich die oberste Schicht für die Erdung verwenden und so viele Verbindungen wie möglich auf die unterste Schicht legen.

Hinzugefügt:

Andere haben darauf hingewiesen, dass D1 die Flyback-Catch-Diode ist (wie ich bereits sagte, hatte ich nicht nachgesehen und geraten). Das ist ein Problem, aber es bleiben immer noch die beiden Hauptprobleme, dass die Bypass-Kappe fehlt (oder Kappen, für jeden Stromanschluss benötigen Sie eine) und die Erdung schlecht ist.

Dies zeigt auch, warum Sie den Schaltplan anzeigen müssen . Sie können nicht erwarten, dass die Freiwilligen, die Sie um einen Gefallen bitten, versuchen, dem Layout zu folgen, um auf die Rennstrecke zu schließen. Ein Schema hätte auch das Fehlen eines Entkopplungskondensators deutlich gemacht und sollte zeigen, um welchen Diodentyp D1 es sich handelt.

Auf der anderen Seite ist die Erdung ein Layoutproblem. Ich sehe, dass Sie das Layout inzwischen mit einer Mischung aus Oberflächenmontage- und Durchgangsbohrungsteilen überarbeitet haben. In diesem Fall würde ich die unterste Schicht so weit wie möglich als Grundebene verwenden. Legen Sie die Interrconnects auf die oberste Ebene und gehen Sie nur zur untersten Ebene, um kurze "Jumper" zu erstellen, wenn die Dinge nicht in einer einzigen Ebene geroutet werden können. Versuchen Sie, diese Jumper so kurz wie möglich und voneinander entfernt zu halten. Die anzustrebende Metrik besteht darin, die maximale Abmessung einer Insel in der Grundebene zu minimieren. Das sagt dir nicht nur, dass du die Jumper kurz halten sollst, sondern sie nicht zusammenklumpen sollst.

Ich sehe, dass Sie in den Kommentaren zu Ihrer Frage, die leider positiv bewertet wurden, einige schlechte Ratschläge erhalten haben. Elektrisch sind direkte Verbindungen ohne Biegungen am besten. Was Sie ursprünglich zwischen dem Mikrocontroller und dem Tastaturanschluss hatten, war vollkommen in Ordnung, sogar optimal. Lassen Sie sich nicht sagen, dass es aus fehlgeleiteten und albernen ästhetischen Gründen anders sein sollte. Den Elektronen ist es egal, wie hübsch Sie oder jemand anderes denkt, dass es aussieht. Wenn Sie Biegungen vornehmen müssen, ist der Kommentar insofern richtig, als Sie versuchen sollten, mehr als 45 ° zu vermeiden. Verwenden Sie für eine 90 ° -Biegung zwei 45 ° -Biegungen mit einem kurzen geraden Segment dazwischen. Sie haben dies in Ihrem ursprünglichen Layout tatsächlich ganz gut gemacht.

Auch hier müssen Sie den Schaltplan anzeigen, um aussagekräftigeres Feedback zu erhalten.

Die im aktivierten Magneten gespeicherte Energie erzeugt nach dem Ausschalten Spannungsspitzen an Ihrer Versorgungsleitung. Ihr Mikrocontroller verfügt nicht einmal über einen Entkopplungskondensator an den Versorgungsstiften, um Transienten zu puffern. Möglicherweise möchten Sie 1 oder 2 100nF-Keramikkappen in der Nähe von Vcc als sofortige Verbesserung hinzufügen.

Bitte geben Sie den Schaltplan zur weiteren Analyse an.

In allen Anwendungshinweisen, auf die ich bisher gestoßen bin, wurde angegeben, dass es grundsätzlich ein Muss ist, den Oszillator so nah wie möglich an den Stiften zu platzieren.

Ihre ist im Grunde Meilen entfernt. Wenn möglich, würde ich sie zwischen der MCU und dem Tastaturanschluss platzieren.

Der aktuelle Rückweg sollte ebenfalls so kurz und direkt wie möglich gehalten werden. Was auf diese Weise geroutet werden könnte, wenn der Kristall zwischen MCU und Tastatur platziert wird.

Ich weiß nicht, mit welcher Frequenz der Kristall läuft. Wenn es sich um eine 32-kHz-Frequenz handelt, ist dies möglicherweise in Ordnung, aber immer noch sehr entmutigt.

Vielleicht sind XTAL und C2, die auf dem mit dem Transitor gemeinsam genutzten Boden verbunden sind, keine gute Idee.

Ich sehe keine Kickback-Diode in der Schaltung, die sich mit dem Kickback beim Abschalten des Magneten befasst. Ein Magnet ist im Grunde eine große Induktivität, und der durch ihn fließende Strom fließt weiter, bis diese Energie verbraucht ist, wenn der Stromkreis versucht, ihn auszuschalten. Um den Stromfluss aufrechtzuerhalten, erzeugt der Induktor große Spannungen. Denken Sie an Zündkerzen in älteren Modellautos. Diese Energie, die in Ihren Kreislauf zurückgeworfen wird, verursacht Chaos und kann schließlich den Rauch freisetzen. Schalten Sie eine große Stromdiode und einen kleinen Kondensator parallel zu Ihrem Magnetstromkreis (Diode, Kondensator und Magnet parallel). Der Kondensator absorbiert einen Teil der Energie, bis die Diode zu leiten beginnt, und verlängert die Lebensdauer der Diode. Mach es auch nicht zu groß.