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Pico de tensión transitoria del microcontrolador

En primer lugar, gracias por dedicar su tiempo a leer esta pregunta. Esperamos que alguien pueda ayudarnos con un problema que hemos tenido.

Actualmente estamos trabajando en el diseño de una luz trasera de automóvil. El problema al que nos enfrentamos es un simple pico de voltaje transitorio (¿fluctuación?) en la línea de voltaje regulado - específicamente la línea de alimentación de +5VDC desde nuestro LDO a nuestro microcontrolador. A continuación se muestra un diagrama de nuestro circuito de alimentación.

Microcontroller power setup

Tenemos 4 líneas de entrada de +12VDC y 1 línea de tierra procedentes del vehículo (ver conector J1). Cada una de las 4 líneas de entrada de +12VDC tiene un diodo TVS conectado para detener las tensiones transitorias no deseadas. Las 4 entradas de +12VDC están conectadas a través de un diodo al regulador buck que está configurado para dar una salida de 9V.Después de que la señal de +12VDC se reduzca a una señal de +9VDC, se envía a un LDO de +5VDC que luego proporciona energía al microcontrolador.

Creo que nuestro problema está asociado a la conexión de la alimentación y al jitter que vemos en la línea regulada de 5V en el pin VDD del microcontrolador (pin 1). Esto está causando nuestro microcontrolador para encender secciones de la luz trasera de forma inesperada y causar un comportamiento muy extraño debido a exceder el límite superior de la tensión máxima permitida (+6VDC).

Aquí hay un vídeo en el que simulamos una secuencia de GIROS. Como se puede ver, las otras secciones del LED se iluminan brevemente, la marcha atrás y el freno.

https://youtu.be/V7eahFkDDPY

Aquí está la salida del alcance del pin +5VDC en el microcontrolador cuando esto sucede. El jitter/transitorio es lo que creemos que está causando nuestros problemas.

Transient voltage spike

Cuando conectamos el microcontrolador a una fuente de alimentación "limpia" de +5VDC de terceros (Arduino), no experimentamos estos problemas.

¿Cuál es la mejor manera de asegurarse de que nuestro microcontrolador no vea estos picos de tensión transitorios? ¿Debemos instalar un diodo TVS en el pin de alimentación del microcontrolador? Hemos añadido un diodo zener como se puede ver en nuestro esquema, pero tal vez un diodo TVS es más adecuado aquí, ya que reaccionará más rápido.

Schematic

Lista de materiales AQUÍ

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Marko Buršič Puntos 1524

Creo que la causa principal es el diodo zener en la alimentación de la MCU. Si, por ejemplo, un voltaje del conmutador se eleva por encima del umbral del zener, éste comenzará a conducir y hará que el conmutador aumente aún más el voltaje para compensar la caída.

IMO, complicaste demasiado las cosas donde no debías pero olvidaste algunos elementos esenciales, como una protección TVS unipolar en la entrada:

schematic

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

A continuación, las entradas no necesitan optos, ya que la fuente de alimentación no es de tipo aislado, una resistencia y un zener serían suficientes.

schematic

simular este circuito

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Tienes margen para utilizar un filtro activo, también conocido como multiplicador de capacitancia, entre la alimentación de 12V (o incluso de 9V) y el regulador de 5V.

schematic

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

R1, C1 forman un filtro de paso bajo, y Q1 está configurado como un seguidor de tensión (emisor). Los tres componentes combinados se denominan "multiplicador de capacitancia" y limpiarán el voltaje suministrado al regulador de 5V. (No tiene que ser 7805, eso era sólo lo que estaba disponible en CircuitLab).

La elección de Q1 dependerá de la corriente que necesites, y los valores de R1, C1 seguirán.

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