Question:
Comportement étrange dans le PCB lorsque le solénoïde s'éteint
bunny
2015-09-23 19:57:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

PCB image

Salut à tous,

J'ai conçu un PCB pour un contrôle de verrouillage. Vous pouvez voir le PCB sur l'image. Quelques explications sur les abréviations:

  • Ext: source d'alimentation extérieure 12V
  • Batt: batterie 12V
  • 1702: convertisseur d'alimentation 12V à 5V
  • Clavier: voici un clavier classique 4 par 3
  • MCU: Atmel Atmega 328P
  • IRL520N: transistor pour piloter le solénoïde de la serrure

Les autres composants ne sont pas pertinents pour la discussion je pense.

Le programme est le suivant: vous entrez un code. Lorsque le code est correct, le transistor est activé, ainsi la serrure s'ouvre. Ceci pendant deux secondes. Ensuite, les verrous s'éteignent.

Tout fonctionne bien, sauf pour ... Lorsque les verrous se désactivent à nouveau, le circuit commence à agir étrangement. Parfois ça bloque, parfois la puce redémarre.

Je poste le dessin du PCB et non du circuit, car je pense que le problème réside dans la façon dont le PCB est disposé.

Merci beaucoup pour votre aide!


Alors, compte tenu de toutes vos réponses, j'ai un peu (beaucoup) redessiné le circuit:

  • Utilisation de SMD composants
  • Crystal est beaucoup plus proche du MCU
  • Utilisation d'un condensateur de découplage (C5)
  • Utilisation d'un remplissage de masse (zone rose au bas du PCB)

New PCB

Pourriez-vous s'il vous plaît me dire si ce PCB aurait les bonnes performances qu'exigerait? Ou ai-je toujours tort?

Merci beaucoup

Oh ouais, quand je le teste sur une maquette, il n'y a pas de problème.C'est pourquoi je pense qu'il y a un problème dans la disposition de mon PCB ...
Veuillez ajouter les schémas
Bienvenue dans le monde des interférences électriques.
Commencez par des condensateurs de découplage au niveau des broches d'alimentation du MCU.
Aucun plan au sol que je puisse voir.
Ajoutez un condensateur 100uF-1000uF en parallèle à votre solénoïde.
@Tut Je vais essayer les condensateurs de découplage.Merci beaucoup
@Andyaka Est-il nécessaire, un plan au sol?Si oui, pourquoi?
@bunny - Chaque fois que vous créez un système numérique avec une horloge, et en particulier si vous conduisez également toute sorte de charge (comme votre solénoïde), un plan de masse devrait figurer en haut de votre liste.Eh bien, avec un découplage approprié (ce que le plan de masse aide énormément).Cela réduit considérablement les problèmes de bruit et réduit les interactions étranges - comme, par exemple, ce que vous voyez.Ce n'est pas une panacée, mais vous seriez étonné de voir à quel point cela vous facilite la vie.Toute pointe de courant dans votre sol produira des pointes de tension sur vos petites traces au sol.
Vous avez oublié de connecter AVcc sur votre nouvelle mise en page.Celui-ci doit être connecté, que vous utilisiez ou non A / N (voir fiche technique).C'est difficile à dire, mais je pense que GND vous manque peut-être également sur la broche 21 du MCU.
@bunny toutes vos entrées MCU sont-elles tirées haut?Les entrées flottantes m'ont surpris à plusieurs reprises.
@Tut J'ai en effet .J'ai corrigé ce .thx
Commentaire mineur sur la conception du PCB: ne tracez pas de lignes droites point à point, cela semble terriblement non officiel.optez pour des rotations dont les degrés sont divisibles par 45 et ne font pas de virages serrés à 90 degrés, mais transformez-les en un virage 45 + 45.Cela semble beaucoup plus ordonné de cette façon.(Dans certains cas extrêmement rares, le routage point à point est le meilleur, mais pas dans 99% des cartes débutantes)
Le nouveau design est toujours horrible.Le cristal et les bouchons de découplage sont encore trop éloignés du MCU.N'utilisez pas de traces à angle droit ou à angle aigu.Tous les angles doivent être de 45 degrés (mieux pour la fabrication, moins de risques).Quel type de diode est D3 (votre diode de roue libre à travers les contacts du solénoïde)?Il doit être très rapide, sinon une surtension d'EMF pourrait être renvoyée vers votre puce, provoquant un dysfonctionnement et des dommages potentiels.Qu'utilisez-vous pour votre alimentation?Combien de courant peut-il fournir?
@derstrom8 DIODE EST UN SIMPLE 1n4001.Je ne vois pas comment je peux rapprocher les condensateurs de découplage et le cristal?Ils sont presque juste à côté de la puce ...
@bunny Votre progiciel vous permet-il de mesurer la distance?Une image en 3D serait bien aussi.Le cristal et les condensateurs de découplage ne doivent pas être à plus d'un millimètre ou deux de la puce.
@bunny - 1) Un 1N4001 n'est pas un bon choix pour un flyback.2) Pourquoi utilisez-vous des SMD cette fois?Êtes-vous sûr de pouvoir effectuer cette soudure très fine?3) Le nouveau paquet Q3 ne peut pas être soudé pour drainer par vous.Cet emballage suppose un soudage par refusion ou en phase vapeur.Idem pour C1 et C2, je pense.4) Votre connecteur de données série a vraiment besoin d'une broche de terre.5) Mettez vos traces au sol sous l'emballage avec un via par fil et une courte trace pour chaque fil.Les traces au sol courtes sont de bonnes traces au sol.6) Connexions de masse Bat & Ext directement au plan de masse.De même la broche ICSP 1. Vous n'avez pas besoin d'une broche via - utilisez la broche.
Vous devez prendre en compte ce que les gens disent le plus souvent, c'est-à-dire sans schéma, être critique sur les choses à faire est une supposition.
@Linards: Il n'y a rien de mal avec les lignes droites point à point.En fait, c'est électriquement optimal.Et non, il n'y a rien de non professionnel à ce sujet.Non professionnel, c'est compromettre la conception en faveur de raisons esthétiques religieuses ou totalement subjectives et stupides qui nuisent à l'utilité réelle.Les électrons ne se soucient pas de savoir si vous avez un accrochage sur la façon dont une disposition "ordonnée" regarde une autre.Plus le chemin est droit, mieux c'est électriquement.
@OlinLathrop Je trouve qu'utiliser des angles de trace divisibles par 45 finit par être beaucoup plus efficace en termes d'espace et plus facile à suivre lors du débogage d'une carte.Bien sûr, on peut acheminer sans tenir compte des angles cohérents, mais cela ne semble pas être la norme largement acceptée.
@Linards: Cela n'a rien à voir avec ce que vous avez dit à l'origine, qui * a l'air terriblement peu professionnel * et * semble beaucoup plus ordonné *.C'est juste un non-sens.Un routage plus orthogonal peut économiser de l'espace ou permettre une solution de routage, mais ce n'est pas de cela dont nous parlons, et ces problèmes ne figuraient pas non plus dans la conception originale de l'OP.
@OlinLathrop D'accord, j'avoue que j'ai mal formulé le commentaire original.
Huit réponses:
Spehro Pefhany
2015-09-23 21:29:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Un problème majeur est que le courant du solénoïde passe par le même conducteur que celui qui est mis à la terre pour la puce. Vous devriez le relancer séparément - cela peut être encore mieux que de simplement jeter aveuglément beaucoup de cuivre dessus.

Vous pourrez peut-être récupérer cette disposition en coupant la trace vers la source MOSFET et en la contournant avec un fil volant, et / ou en ajoutant une résistance série à la porte du MOSFET - ce qui ralentira la commutation du transistor et de réduire ce transitoire sur la trace de masse, au prix d'un peu d'échauffement lors de la commutation. Essayez quelque chose comme plusieurs K et augmentez la résistance de shunt si nécessaire pour maintenir la majeure partie de la commande de grille.

Andy aka
2015-09-23 22:31:44 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Bonnes pratiques de conception de PCB. Jetez un œil à ceci en premier: -

enter image description here

Il y a 6 exemples de la façon dont vous pouvez connecter des condensateurs de découplage aux broches d'alimentation d'un micro et notez que tous utilisent un PCB avec un plan d'alimentation et un plan de masse.

OK, vous n'avez qu'une carte double couche et LE plus important est le plan de masse et vous avez des tonnes d'espace sur votre PCB pour en faire un vraiment assez efficace. Ne lésinez pas dessus. Le routage des pistes d'alimentation sur le dessus ne doit pas être un problème, mais faites ce que vous pouvez pour rendre le GP aussi complet que possible et assurez-vous que les différentes parties du circuit qui partagent une alimentation commune ne font pas passer des courants lourds vers le bas de l'alimentation partagée pistes - une étoile pointant vers la batterie est une bonne chose à considérer.

En fait, de nombreux modèles nécessitent des plans de masse séparés juste pour éviter que le courant lourd (par exemple un moteur) ne passe à travers les composants d'entrée sensibles de l'amplificateur. Pratique courante de nos jours.

Ne pas avoir de plan de masse, c'est comme avoir beaucoup d'antennes en boucle individuelles sur tout le PCB; certains capables de transmettre de l'énergie et tous capables de recevoir de l'énergie.

Si vous utilisez un plan de masse, la zone "effective" de l'antenne cadre formée est définie par l'épaisseur de votre circuit imprimé.

J'ai pris la liberté de copier l'image de votre PCB et coloration des pistes au sol en bleu et autres pistes en dessous en rouge: -

enter image description here

Toutes les pistes rouges pourraient être routées sur le dessus avec juste une petite utilisation de la couche inférieure dans une bien plus grande mesure que ce que vous avez. Cela libère la couche inférieure pour une couverture de plus de 95% du bleu.

"Le routage des pistes de puissance sur le dessus ne doit pas être un problème_".Pourquoi donc?Pourquoi un plan de puissance n'est pas aussi important qu'un plan au sol?(Dois-je publier une question distincte à ce sujet? :))
@Rafael c'est probablement une bonne question et trop longue pour y répondre comme un bref commentaire.En termes simples, vous avez besoin d'une très bonne référence 0V principalement car il s'agit également d'une référence de signal, tandis que la piste d'alimentation peut monter et descendre un peu sans perturber les courants de signal aller et retour du point A au point B.
Olin Lathrop
2015-09-23 20:10:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pas de plan au sol, pas de capuchon de contournement, on dirait que vous obtenez les résultats attendus.

Étant donné la mauvaise conception qui est clairement évidente, je suppose que vous n'avez pas non plus mis de diode de capture de retour à travers le solénoïde non plus.

Elaborer sur toutes ces choses est inutile car elles sont vraiment basiques et déjà bien couvertes ici et ailleurs. Ajoutez la diode de capture flyback et un capuchon de dérivation pour chaque broche d'alimentation du micro. C'est le strict minimum nécessaire pour corriger ce désordre.

Si vous pouvez utiliser une couche principalement pour le sol avec des «cavaliers» uniquement pour faire fonctionner le routage sur l'autre couche, ce serait bien. Je ne sais pas pourquoi vous utilisez toutes les anciennes pièces traversantes, mais puisque vous l'êtes, j'utiliserais la couche supérieure pour le sol et placerais autant d'interconnexions que possible sur la couche inférieure.

Ajouté:

D'autres ont souligné que D1 est la diode de capture flyback (comme je l'ai dit plus tôt, je n'avais pas regardé et devinais). C'est un problème, mais cela laisse toujours les deux problèmes majeurs de capuchon de contournement manquant (ou de capuchons, vous en avez besoin pour chaque broche d'alimentation), et une mauvaise mise à la terre.

Cela montre également pourquoi vous devez afficher le schéma . Vous ne pouvez pas vous attendre à ce que les volontaires dont vous cherchez une faveur essaient de suivre le tracé pour déduire le circuit. Un schéma aurait également rendu évident l’absence de condensateur de découplage, et devrait montrer quel est le type de diode D1.

D'un autre côté, la mise à la terre est un problème de mise en page. Je vois que vous avez entre-temps refait la mise en page en utilisant un mélange de montage en surface et de pièces traversantes. Dans ce cas, j'utiliserais la couche inférieure comme plan de masse dans la mesure du possible. Placez les interconnexions sur la couche supérieure, en allant uniquement vers la couche inférieure pour créer de courts "cavaliers" pour les situations où les choses ne peuvent pas être acheminées dans un seul plan. Essayez de garder ces cavaliers aussi courts que possible et éloignés les uns des autres. La métrique à rechercher est de minimiser la dimension maximale de tout îlot dans le plan du sol. Cela vous dit non seulement de garder les cavaliers courts, mais de ne pas les regrouper.

Je vois que vous avez reçu de mauvais conseils dans les commentaires sur votre question, qui a malheureusement été votée. Électriquement, les connexions directes sans aucun virage sont les meilleures. Ce que vous aviez à l'origine entre le microcontrôleur et le connecteur du clavier était parfaitement correct, voire optimal. Ne laissez pas les gens vous dire que cela devrait être différent pour des raisons asthétiques erronées et ridicules. Les électrons ne se soucient pas de la beauté que vous ou quelqu'un d'autre pensez. Lorsque vous avez besoin de faire des virages, le commentaire est correct en ce sens que vous devez essayer d'éviter tout ce qui dépasse 45 °. Pour faire un coude à 90 °, utilisez deux coudes à 45 ° avec un court segment droit entre eux. En fait, vous l'avez très bien fait dans votre mise en page d'origine.

Encore une fois, vous devez montrer le schéma pour obtenir des commentaires plus significatifs.

La diode flyback est là (D1).
Les commentaires ne sont pas destinés à une discussion approfondie;cette conversation a été [déplacée vers le chat] (http://chat.stackexchange.com/rooms/29504/discussion-on-answer-by-olin-lathrop-strange-behaviour-in-pcb-when-solenoid-turn).
optronik
2015-09-23 20:48:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

L'énergie stockée dans le solénoïde activé crée des pointes de tension sur votre ligne d'alimentation une fois éteinte. Votre microcontrôleur n'a même pas de condensateur de découplage sur ses broches d'alimentation pour tamponner les transitoires. Vous voudrez peut-être ajouter 1 ou 2 bouchons en céramique 100nF proches de Vcc comme amélioration immédiate.

Veuillez fournir un schéma pour une analyse plus approfondie.

WhatRoughBeast
2015-09-23 22:53:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Diverses personnes, dont moi, ont souligné la nécessité d'une meilleure base et d'un découplage. Mais voici comment j'essaierais de réparer votre carte.

1) Obtenez quelques bouchons en céramique de 0,1 uF 50V. N'optez pas pour la haute tension. Sur le bas de la carte, soudez l'un de la broche 7 à la broche 8, et l'autre de la broche 20 à la broche 22.

2) Coupez la trace de masse entre R3 et R4. Coupez la trace entre la source de Q1 et C2.

3) À l'aide d'un petit fil (comme le fil de raccordement n ° 26), connectez la broche de terre de C1 à la broche 22 du MCU, en utilisant un fil aussi court que possible. Pas de grandes boucles - faites-le tout droit.

4) En utilisant un fil beaucoup plus gros, comme le # 20, connectez la connexion R3 / Q1 à la broche de la batterie. Encore une fois, rendez-le aussi direct que possible tout en évitant de placer le fil sur d'autres connexions soudées, et utilisez peut-être un peu d'époxy de 5 minutes ou de colle chaude pour le maintenir en place. En gros, je mettrais en parallèle votre trace au sol qui fonctionne sous le MCU.

Je ne donne aucune garantie, mais je pense que cela pourrait vous donner une chance.

Quelle est la raison pour laquelle je ne peux pas utiliser le même fil plus gros partout, exactement?
@bunny - Oh, vous pouvez, mais vous n'en avez pas besoin et le fil plus petit est plus facile à utiliser.
@bunny - Et encore une chose.Ajoutez au moins un capuchon de 100 uF sur le capuchon de 10 uF de gauche.Si possible, utilisez du tantale plutôt qu'électrolytique.
@bunny - Cela signifie-t-il que cela a fonctionné?
à court terme (avec le premier PCB que j'ai posté) j'ai pu corriger le comportement bizarre en faisant les étapes 2, 3 et 4 de votre réponse.À long terme, je vais repenser le PCB avec les différents commentaires des gens.Mais au moins, tout fonctionne bien maintenant. Merci beaucoup!
Arsenal
2015-09-23 20:48:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Toutes les notes d'application que j'ai rencontrées jusqu'à présent indiquent que placer l'oscillateur le plus près possible des broches est fondamentalement indispensable.

Le vôtre est à des kilomètres de distance. Si possible, je les placerais entre le MCU et le connecteur du clavier.

Le chemin de retour actuel doit également être aussi court et direct que possible. Ce qui pourrait être acheminé de cette façon lorsque le cristal est placé entre le MCU et le clavier.

Je ne connais pas la fréquence à laquelle le cristal fonctionne, s'il s'agit d'une fréquence de 32 kHz, cela pourrait être bien, mais toujours très découragé.

@bunny, vous devriez vraiment essayer de le rapprocher le plus possible du MCU, bien sûr, ce n'est pas une solution miracle, cela peut toujours fonctionner (en fait, cela fonctionne jusqu'à ce que le solénoïde s'éteigne).Une solution rapide qui pourrait aider est d'utiliser l'oscillateur RC interne à la place (si vous n'avez pas besoin d'un timing très précis).
Marko Buršič
2015-09-23 20:06:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Peut-être que XTAL et C2 connectés au sol partagés avec transitor ne sont pas une bonne idée.

En fait, les emplacements des XTAL, C1 et C2 sont mal situés.Ils doivent être situés (par rapport au MCU) là où la sérigraphie indique "Clavier".
@Marko C'est un peu mince pour une réponse sur EE.SE.Veuillez justifier.[Heureusement, nous avons pas mal de matériel sur EE.SE sur la disposition PCB de XTAL.]
Charles Jacks
2015-09-24 20:15:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Je ne vois pas de diode de rebond dans le circuit pour gérer le rebond de la mise hors tension du solénoïde. Un solénoïde est essentiellement une grande inductance et le courant qui le traverse continuera à circuler jusqu'à ce que cette énergie soit dissipée lorsque le circuit essaie de l'éteindre. Pour maintenir le courant, l'inducteur créera de grandes tensions. Pensez aux bougies d'allumage dans les anciennes voitures miniatures. Cette énergie renvoyée dans votre circuit créera des ravages et pourra éventuellement libérer la fumée. Mettez une grande diode de courant et un petit condensateur en parallèle avec votre circuit d'excitation de solénoïde (diode, condensateur et solénoïde en parallèle) Le condensateur absorbera une partie de l'énergie jusqu'à ce que la diode commence à conduire et prolonge la durée de vie de la diode. Ne le faites pas trop gros non plus.

D1 semble être une diode de «rebond».
... et cela aurait pu être perceptible dans un schéma de bobine.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
Loading...