Pourquoi la connexion d'un appareil à courant élevé à mon circuit numérique provoque-t-elle un comportement étrange?

j'ai un

• Arduino
• microcontrôleur
• autre chose numérique

et quand je connecte un

• moteur
• pompe
• chauffe-eau
• autre chose à fort courant

J'eprouve

• mesures ADC étranges
• redémarre
• plante
• erreurs dans la communication numérique
• autre comportement inattendu

Mon bloc d'alimentation est correctement dimensionné pour alimenter tous ces appareils. Je n'ai pas d'oscilloscope, donc je ne vois pas grand-chose de ce qui se passe réellement dans le circuit. Quelle est la cause probable?

Sans détails, il est impossible de donner une réponse précise. Regardez ces choses de près:

1. Mise à la terre . C'est exactement le symptôme que vous obtenez d'une mauvaise stratégie globale de mise à la terre. Sans schéma de principe montrant la puissance et la masse de tout ce qui est connecté, il est impossible de donner des conseils spécifiques. Cependant, visualisez soigneusement tous les courants de retour à la terre et considérez que tout courant sur un conducteur de terre provoquera un décalage de terre.

2. Découplage local . Assurez-vous qu'il y a un capuchon en céramique d'environ 1 µF le plus près possible entre chaque paire de broches d'alimentation et de mise à la terre de chaque puce. Ces connexions doivent être courtes, car même une petite inductance série réduit considérablement leur efficacité.

3. Capacité de surtension d'alimentation. Assurez-vous qu'il y a suffisamment de capacité de réservoir en vrac sur l'alimentation pour gérer les transitoires pendant tout le temps nécessaire à l'alimentation elle-même pour rattraper et fournir plus de courant.

4. Diodes de capture inductives. Assurez-vous vraiment que toute charge inductive possible, y compris toute charge externe, est traversée par une diode à polarité inversée. Pour les tensions jusqu'à 50-100 V environ, celles-ci doivent être Schottky en raison de leur vitesse élevée. Cela s'applique aux charges entraînées par DC. Puisqu'elles sont toujours pilotées avec une polarité, la diode peut court-circuiter en toute sécurité l'autre polarité. Comme l'a souligné Tut dans un commentaire, pour les charges CA, des circuits d' amortissement et / ou d'écrêtage plus complexes doivent être utilisés.

Considérez ces deux circuits:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Sont-ils les mêmes? Dans le modèle à éléments groupés, ils le sont. Cependant, notre modèle néglige ce qui peut être un fait pertinent: les vrais fils ont une résistance. Introduisons quelques schémas qui modélisent:

^{simuler ce circuit}

Considérez dans le circuit de droite ce qui se passe lorsque le courant consommé par le moteur change. Un instant, il est éteint et dessine 0A, puis il est allumé et dessine 1A. Ce 1A doit passer par R1 et R3. Selon la loi d'Ohm , il doit alors y avoir une chute de tension entre ces résistances de$1A\cdot 1\Omega = 1V$. Avec 1V de la tension d'alimentation perdue sur chacun de R1 et R3, du point de vue du microcontrôleur, la tension d'alimentation est soudainement de 10V, pas de 12V.

Beaucoup d'électronique numérique ne l'aiment pas lorsque leur tension d'alimentation change rapidement. Des problèmes supplémentaires se produisent lorsqu'il y a plusieurs appareils essayant de se parler via un bus numérique, mais les courants élevés dans les rails d'alimentation donnent à chaque appareil une idée différente de ce qu'est la "masse". Regardez la "masse" du MCU et du moteur dans ce cas. Toutes les résistances ont 1A en elles, et donc 1V à travers elles. La "masse" au MCU est 1V différente de la "masse" au moteur! Si ce sont des appareils numériques qui signalent un "0" en faisant une tension égale à la "masse", ils ne communiqueront pas très bien quand ils ne pourront pas s'entendre sur ce qu'est la "masse".

Une solution à cela consiste à exécuter les deux connexions d'alimentation pour chaque appareil jusqu'à la batterie ou au régulateur de tension, et à y effectuer toutes les connexions d'alimentation pour chaque appareil. C'est la situation modélisée dans le circuit de gauche. Ici, lorsque le moteur se met en marche, il y aura un courant élevé dans R5 et R7. Il y aura une baisse de tension ici, mais le moteur ne s'en souciera pas. Pendant ce temps, le courant dans R6 et R8 est inchangé, tout comme la tension. Ainsi, la tension d'alimentation vue par le microcontrôleur est constante.

Vous n'avez pas à le faire tout le temps, pour chaque appareil, mais vous devez réfléchir à l'endroit où les courants élevés seront exécutés lorsque votre circuit comprend un tel appareil. N'oubliez pas que tous vos fils ont une certaine résistance et qu'ils subiront donc une chute de tension lorsque des courants élevés les traversent. Planifiez ensuite vos fils ou vos traces de manière à ce que les courants élevés ne traversent pas l'alimentation des composants sensibles, provoquant des problèmes de bruit.

Ce n'est là qu'une explication possible. D'autres réponses offriront sans aucun doute des possibilités supplémentaires.