大電流デバイスをデジタル回路に接続すると、奇妙な動作が発生するのはなぜですか？

私は持っています

• アルドゥイノ
• マイコン
• 他のデジタルもの

そして私が接続するとき

• モーター
• ポンプ
• ヒータ
• 他の大電流のもの

私は経験する

• 奇妙なADC測定
• 再起動
• クラッシュする
• デジタル通信のエラー
• その他の予期しない動作

私の電源は、これらすべてのデバイスに電力を供給するために適切なサイズにされています。私はオシロスコープを持っていないので、実際に回路で何が起こっているのかを見ることができません。考えられる原因は何ですか？

詳細がなければ、具体的な答えを出すことは不可能です。これらのことをよく見てください：

1. 接地。これは、全体的なグラウンディング戦略が不十分であることから得られる症状です。接続されたすべての電源とグランドを示すブロック図がないと、具体的なアドバイスをすることは不可能です。ただし、すべての接地リターン電流を注意深く視覚化し、接地導体上の電流が接地オフセットを引き起こすことを考慮してください。

2. ローカルデカップリング。各チップの電源ピンと接地ピンの各ペアの間に、できる限り近い1 µF程度のセラミックキャップがあることを確認してください。これらの接続は短くする必要があります。これは、直列インダクタンスが少しでも効果が大幅に低下するためです。

3. 電源サージ能力。電源自体が追いついてより多くの電流を供給するのにかかる時間に関係なく、過渡電流を処理するために十分なバルクリザーバ容量が電源にあることを確認してください。

4. 誘導キャッチダイオード。外部負荷を含む可能性のある誘導性負荷には、逆極性ダイオードがあることを本当に確認してください。最大50-100 V程度の電圧の場合、これらは高速であるためショットキーである必要があります。これは、DCによって駆動される負荷に適用されます。それらは常に1つの極性で駆動されるため、ダイオードは他の極性を安全に短絡できます。Tutがコメントで指摘したように、AC負荷の場合、より複雑なスナバ回路やクリッピング回路を使用する必要があります。

次の2つの回路を検討してください。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

彼らは同じですか？で集中定数回路、彼らはあります。ただし、このモデルでは、関連する事実を無視しています。実際のワイヤには抵抗があります。以下をモデルとするいくつかの回路図を紹介しましょう。

^{この回路をシミュレートする}

$1A\cdot 1\Omega = 1V$。マイクロコントローラから見ると、R1とR3のそれぞれで1Vの供給電圧が失われると、供給電圧は12Vではなく10Vになります。

多くのデジタルエレクトロニクスは、供給電圧が急速に変化する場合、それを好まない。デジタルバスを介して互いに通信しようとする複数のデバイスがある場合、追加の問題が発生しますが、電源レールの高電流により、各デバイスに「グランド」とは何かについて異なる考えが与えられます。MCUの「グラウンド」と、この場合のモーターを見てください。すべての抵抗には1Aがあり、したがって、それらの両端に1Vがあります。MCUの「接地」は、モーターの「接地」と1V異なります。これらが「グランド」に等しい電圧を作ることにより「0」を信号で伝えるデジタル機器である場合、「グランド」が何であるかについて同意できない場合、それらはあまりうまく通信しません。

これに対する解決策は、各デバイスの両方の電源接続をバッ​​テリーまたは電圧レギュレーターまで実行し、そこで各デバイスのすべての電源接続を行うことです。これは、左側の回路でモデル化された状況です。ここで、モーターがオンになると、R5とR7に大電流が流れます。ここで電圧降下が発生しますが、モーターは気にしません。一方、R6とR8の電流は変化せず、電圧も変化しません。したがって、マイクロコントローラから見た電源電圧は一定です。

各デバイスごとにこれを常に行う必要はありませんが、回路にそのようなデバイスが含まれる場合、大電流が流れる場所を考慮する必要があります。すべてのワイヤにはある程度の抵抗があるため、大電流が流れると電圧が低下することに注意してください。次に、高電流が敏感なコンポーネントの電源を流れてノイズの問題を引き起こさないように、配線またはトレースを計画します。

これは可能な説明の1つにすぎません。他の答えは間違いなく追加の可能性を提供します。