El arranque del motor corrompe la pantalla de 7 segmentos controlada por SPI

Question

Estoy manejando seis pantallas de 7 segmentos con SPI usando MAX7219 y ATmega128. Esto es para mostrar varios parámetros del motor como las rpm, la presión del aceite, etc. para los grandes motores diesel marinos (>100 kW). El sistema funciona con 24V DC de las baterías de plomo-ácido (tipo automotriz) reducido a 5V con la ayuda de Mornsun DC-DC convertidor (URB2405 - Aislado DC-DC convertidor).

El sistema funciona bien cuando el motor está disparando suavemente (aprox. >900 rpm) y fue probado recientemente en un banco de pruebas durante 2,5 horas sin problemas. Sin embargo, la pantalla funciona completamente mal y es muy poco fiable cuando el motor está arrancando.

Después de depurar esto durante muchos días y arreglar un montón de errores estúpidos (se olvidó de añadir diodos flyback para algunos relés a bordo :( !!) Todavía tengo una fiabilidad muy pobre de la pantalla durante el arranque. Cuando la pantalla funciona mal, o bien se muestra basura en los 7 segmentos, o todos los segmentos se iluminan o se queda en blanco.

He añadido un condensador de 1000uF/63V y un MOV antes del convertidor DC-DC para reducir las fluctuaciones de suministro durante el arranque. Sin embargo, sigue siendo muy poco fiable. Creo que el controlador funciona bien durante el arranque y es sólo la pantalla la que funciona mal.

Estoy buscando algunas sugerencias para la estabilidad de la fuente de alimentación durante el arranque o grandes transitorios. He probado algunas cosas y estoy por probar si lo siguiente mejora la situación :

1. Utilice cables apantallados para conectar la placa de la pantalla a la placa del controlador para evitar que el ruido corrompa el SPI
2. Aísle los cables que transportan mucha corriente (bobina del relé del motor de arranque, bobina del relé del solenoide de parada, etc.) de los cables de señal con un apantallamiento y páselos de forma diferente dentro de la caja
3. Añade un tapón de 0,1uF (104) entre las 2 masas del convertidor DC-DC para reducir el ruido en el lado de 5V
4. Alimentar el conjunto con una fuente de alimentación para automóviles de venta en el mercado que proporcione todas las protecciones estándar. ¿Alguna sugerencia? (Entrada 24V, Salida 5V, 600 mA max 3W)
5. Reducir la longitud del cable para mejorar la fiabilidad del SPI (aunque actualmente la longitud total: pista + cable es inferior a 1 pie, por lo que no es de esperar que esto suponga ninguna diferencia)
6. Aumentar la tapa de desacoplamiento para cada MAX7219 de 10uF a 470uF
7. Utilice un condensador muy grande para mantener la tensión durante el arranque

Sigo pensando que me falta la razón crucial por la que la pantalla funciona mal. La caída de voltaje no debería ser un problema, ya que el convertidor DC-DC está diseñado para proporcionar 5V para un amplio rango de entrada de 9-36V. Incluso si la batería está descargada, dudo que el voltaje caiga de 24V a menos de 9V, así que es un misterio por qué la pantalla se queda en blanco o muestra basura.

Answer 1

• Poner una perla de ferrita de 100ohm@100Mhz entre la salida de la fuente de alimentación y la entrada de la tensión para el circuito digital.

• En la línea SPI, pon un cordón de ferrita de 100ohm@100Mhz entre el Atmega y el MAX, puede ayudar a que se acople algo de ruido en tu PCB.

• Condensadores de 100nF (X5R o X7R) por todas partes en tu PCB, para un proyecto como este no puedes prescindir de ellos o tu circuito puede actuar de forma "extraña".

¿Es posible publicar una impresión de su PCB? Tal vez necesita algunos ajustes, puede ser el acoplamiento del ruido en él.

Toda la electrónica hecha para un coche o todo lo que tiene mucho ruido involucrado necesita cuentas y una buena protección contra el ruido, sólo una fuente de alimentación aislada no va a funcionar.

¿Cómo ver el ruido? Simple. Consigue un cable de cobre del nº 18, alrededor de una lata de refresco haz un bucle con 3~4 vueltas, mételo en el osciloscopio, si lo mueves alrededor del motor del coche con cuidado puedes ver la cantidad de EMI que hace.

Answer 2

Un solo MOV y un tapón de 1000uF no es mucha protección contra el ruido de RF emitido durante el encendido. Para empezar, yo añadiría un B32529C104K189 en paralelo con el MOV. También asegúrese de separar sus tierras de RF y digitales, para que cada una tenga diferentes caminos de vuelta a la tapa de 1000uF.

También has dicho que podrías aumentar el cap de desacoplamiento MAX7219 de 10uF a 470uF. Yo recomendaría no aumentar la tapa de desacoplamiento, sino añadir una segunda y una tercera tapa de desacoplamiento. Deje el 10uF y agregue un 470uF así como agregue una cerámica de 0.1uF de bajo esr.

Esto también debería hacerse en el ATmega128 si no lo has hecho ya. Cada pin Vcc en el ATmega128 necesita una tapa de desacoplamiento de 0,1uF debe ser utilizado y una segunda tapa de 0,01 colocado cerca.

Aquí hay un PDF que recomienda un filtro RC de 50ns justo en línea con el SPI para tratar de mitigar la interferencia de RF, así como el uso de una perla de ferrita para aislar aún más la potencia individual del MAX7219:

http://www.latticesemi.com/~/media/LatticeSemi/Documents/WhitePapers/HM/ImprovingNoiseImmunityforSerialInterface.pdf?document_id_50728