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¿Por qué la conexión de un dispositivo de alta corriente a mi circuito digital provoca un comportamiento extraño?

Tengo un

  • arduino
  • microcontrolador
  • otra cosa digital

y cuando conecto un

  • motor
  • bomba
  • calentador
  • otra cosa de alta corriente

Experiencia

  • mediciones raras de ADC
  • se reinicia
  • se bloquea
  • errores en la comunicación digital
  • otros comportamientos inesperados

Mi fuente de alimentación está correctamente dimensionada para alimentar todos estos dispositivos. No tengo un osciloscopio, así que no puedo ver mucho lo que está pasando realmente en el circuito. ¿Cuál es la causa más probable?

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RelaXNow Puntos 1164

Sin detalles es imposible dar una respuesta concreta. Fíjese bien en estas cosas:

  1. Puesta a tierra . Este es exactamente el síntoma que se obtiene de una mala estrategia general de conexión a tierra. Sin un diagrama de bloques que muestre la alimentación y las conexiones a tierra de todo lo que está conectado, es imposible dar un consejo específico. Sin embargo, visualice cuidadosamente todas las corrientes de retorno a tierra, y considere que cualquier corriente en un conductor de tierra causará un desplazamiento a tierra.

  2. Local desacoplamiento . Asegúrate de que hay un tapón cerámico de 1 µF o así lo más cerca posible entre cada par de pines de alimentación y tierra de cada chip. Estas conexiones deben ser cortas, porque incluso una pequeña inductancia en serie reduce significativamente su eficacia.

  3. Capacidad de sobrecarga de la fuente de alimentación. Asegúrese de que hay suficiente capacidad de reserva en la fuente de alimentación para manejar los transitorios durante el tiempo que tarda la propia fuente de alimentación en ponerse al día y suministrar más corriente.

  4. Diodos de captura inductiva. Asegúrese realmente de que cualquier carga inductiva posible, que incluye cualquier carga externa, tiene un diodo de polaridad inversa a través de ella. Para tensiones de hasta 50-100 V, más o menos, éstos deben ser Schottky debido a su alta velocidad. Esto se aplica a las cargas accionadas por CC. Ya que siempre son conducidas con una polaridad, el diodo puede cortocircuitar con seguridad la otra polaridad. Como Tut señaló en un comentario, para las cargas de CA, más complicado amortiguador y/o circuitos de recorte deben ser utilizados.

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Diodos de captura inductiva cuando las cargas inductivas son impulsadas por la CC. Para la CA se necesita algo como MOVs y / o amortiguadores.

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@Tut: Buena observación. He actualizado mi respuesta en consecuencia.

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Kip Diskin Puntos 11

Considere estos dos circuitos:

schematic

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

¿Son iguales? En el modelo de elementos fijos son. Sin embargo, nuestro modelo descuida lo que puede ser un hecho relevante: los cables reales tienen resistencia. Introduzcamos un par de esquemas que modelen eso:

schematic

simular este circuito

Considera en el circuito de la derecha lo que ocurre cuando cambia la corriente consumida por el motor. En un momento está apagado y consume 0A, luego está encendido y consume 1A. Este 1A debe fluir a través de R1 y R3. En Ley de Ohm entonces debe haber una caída de tensión a través de estas resistencias de \$1A\cdot 1\Omega = 1V\$ . Con 1V de la tensión de alimentación perdido en cada uno de R1 y R3, desde la perspectiva del microcontrolador, la tensión de alimentación es de repente 10V, no 12V.

A muchos aparatos electrónicos digitales no les gusta que su tensión de alimentación cambie rápidamente. Los problemas adicionales ocurren cuando hay múltiples dispositivos tratando de hablar entre sí a través de un bus digital, pero las altas corrientes en los rieles de suministro están dando a cada dispositivo una idea diferente de lo que es "tierra". Mira la "tierra" para la MCU, y el motor en este caso. Todas las resistencias tienen 1A en ellas, y por lo tanto 1V a través de ellas. La "tierra" de la MCU es 1V diferente de la "tierra" del motor. Si estos son dispositivos digitales que están señalando un "0" haciendo un voltaje igual a "tierra", no van a comunicarse muy bien cuando no pueden ponerse de acuerdo en lo que es "tierra".

Una solución a esto es llevar las dos conexiones de alimentación de cada dispositivo hasta la batería o el regulador de voltaje, y hacer allí todas las conexiones de alimentación de cada dispositivo. Esta es la situación modelada en el circuito de la izquierda. Aquí, cuando el motor se enciende, habrá una alta corriente en R5 y R7. Habrá alguna caída de voltaje aquí, pero al motor no le importará. Mientras tanto, la corriente en R6 y R8 no cambia, al igual que la tensión. Así, la tensión de alimentación que ve el microcontrolador es constante.

No es necesario hacer esto todo el tiempo, para cada dispositivo, pero sí hay que pensar en los lugares en los que van a correr altas corrientes cuando su circuito incluye un dispositivo de este tipo. Recuerde que todos los cables tienen cierta resistencia y, por lo tanto, experimentarán una caída de tensión cuando pasen por ellos corrientes elevadas. Por lo tanto, planifique sus cables o trazados de manera que las altas corrientes no fluyan a través de la alimentación de los componentes sensibles, causando problemas de ruido.

Esta es sólo una posible explicación. Sin duda, otras respuestas aportarán otras posibilidades.

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