Warum verursacht das Anschließen eines Hochstromgeräts an meine digitale Schaltung seltsames Verhalten?

Ich habe ein

• Arduino
• Mikrocontroller
• andere digitale Sache

und wenn ich ein verbinde

• Motor-
• Pumpe
• Heizung
• andere Hochstromsache

Ich erlebe

• seltsame ADC-Messungen
• startet neu
• stürzt ab
• Fehler in der digitalen Kommunikation
• anderes unerwartetes Verhalten

Mein Netzteil ist für die Stromversorgung all dieser Geräte ausreichend dimensioniert. Ich habe kein Oszilloskop, daher kann ich nicht viel sehen, was in der Rennstrecke tatsächlich passiert. Was ist eine wahrscheinliche Ursache?

Ohne Details ist es unmöglich, eine bestimmte Antwort zu geben. Schauen Sie sich diese Dinge genau an:

1. Erdung . Dies ist genau das Symptom, das Sie von einer insgesamt schlechten Erdungsstrategie erhalten. Ohne ein Blockschaltbild, das die Leistung und die Erdung aller angeschlossenen Geräte zeigt, ist es unmöglich, spezifische Ratschläge zu erteilen. Visualisieren Sie jedoch sorgfältig alle Erdungsrückströme und berücksichtigen Sie, dass jeder Strom auf einem Erdungsleiter einen Erdungsversatz verursacht.

2. Lokale Entkopplung . Stellen Sie sicher, dass sich zwischen jedem Paar Strom- und Erdungsstiften jedes Chips eine Keramikkappe von ca. 1 µF befindet, die so nah wie möglich ist. Diese Verbindungen müssen kurz sein, da bereits eine geringe Serieninduktivität ihre Wirksamkeit erheblich verringert.

3. Überspannungsschutz für das Netzteil. Stellen Sie sicher, dass das Netzteil über genügend Speicherkapazität verfügt, um Transienten zu verarbeiten, und zwar für die Zeit, die das Netzteil selbst benötigt, um mehr Strom aufzunehmen und zu liefern.

4. Induktive Fangdioden. Stellen Sie wirklich sicher, dass jede mögliche induktive Last, zu der auch eine externe Last gehört, eine Diode mit umgekehrter Polarität aufweist. Für Spannungen bis 50-100 V sollten diese wegen ihrer hohen Geschwindigkeit Schottky sein. Dies gilt für mit Gleichstrom betriebene Lasten. Da sie immer mit einer Polarität angesteuert werden, kann die Diode die andere Polarität sicher kurzschließen. Wie Tut in einem Kommentar ausgeführt hat, müssen für Wechselstromlasten kompliziertere Beschaltungs- und / oder Begrenzungsschaltungen verwendet werden.

Betrachten Sie diese beiden Schaltkreise:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Sind sie gleich Im Modell mit konzentrierten Elementen sind sie. Unser Modell vernachlässigt jedoch eine möglicherweise relevante Tatsache: Reale Drähte haben einen Widerstand. Lassen Sie uns ein paar Schemata vorstellen, die folgendes modellieren:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

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

Viele digitale Elektronikgeräte mögen es nicht, wenn sich ihre Versorgungsspannung schnell ändert. Zusätzliche Probleme treten auf, wenn mehrere Geräte versuchen, über einen digitalen Bus miteinander zu kommunizieren, aber hohe Ströme in den Versorgungsschienen jedem Gerät eine andere Vorstellung davon geben, was "Masse" ist. Schauen Sie sich "Masse" für die MCU und in diesem Fall den Motor an. Alle Widerstände haben 1A und damit 1V. "Ground" an der MCU ist 1V anders als "Ground" am Motor! Wenn es sich um digitale Geräte handelt, die eine "0" signalisieren, indem sie eine Spannung gleich "Masse" legen, können sie nicht gut kommunizieren, wenn sie sich nicht auf "Masse" einigen können.

Eine Lösung hierfür besteht darin, beide Stromversorgungsanschlüsse für jedes Gerät bis zum Akku oder Spannungsregler zurückzuführen und alle Stromversorgungsanschlüsse für jedes Gerät dort vorzunehmen. Dies ist die Situation, die in der Schaltung auf der linken Seite modelliert ist. Hier wird beim Einschalten des Motors in R5 und R7 ein hoher Strom fließen. Hier wird es einen Spannungsabfall geben, aber der Motor hat nichts dagegen. Inzwischen ist der Strom in R6 und R8 unverändert, ebenso wie die Spannung. Somit ist die vom Mikrocontroller gesehene Versorgungsspannung konstant.

Sie müssen dies nicht die ganze Zeit für jedes Gerät tun, aber Sie müssen sich überlegen, wo hohe Ströme fließen, wenn Ihre Schaltung ein solches Gerät enthält. Denken Sie daran, dass alle Ihre Drähte einen gewissen Widerstand haben und daher einen Spannungsabfall erfahren, wenn hohe Ströme durch sie fließen. Planen Sie dann Ihre Drähte oder Leiterbahnen so, dass die hohen Ströme nicht durch die Versorgung der empfindlichen Komponenten fließen und zu Rauschproblemen führen.

Dies ist nur eine mögliche Erklärung. Andere Antworten bieten zweifellos zusätzliche Möglichkeiten.