Por que conectar um dispositivo de alta corrente ao meu circuito digital causa um comportamento estranho?

eu tenho um

• arduino
• microcontrolador
• outra coisa digital

e quando eu conectar um

• motor
• bomba
• aquecedor
• outra coisa atual alta

Eu experimento

• medições ADC estranhas
• reinicia
• acidentes
• erros na comunicação digital
• outro comportamento inesperado

Minha fonte de alimentação está dimensionada adequadamente para alimentar todos esses dispositivos. Não tenho um osciloscópio, então não vejo muito o que realmente está acontecendo no circuito. Qual é a causa provável?

Sem detalhes, é impossível dar uma resposta específica. Observe essas coisas de perto:

1. Aterramento . Esse é exatamente o sintoma que você obtém de uma péssima estratégia geral de aterramento. Sem um diagrama de blocos mostrando a força e os fundamentos de tudo o que está conectado, é impossível dar conselhos específicos. No entanto, visualize cuidadosamente todas as correntes de retorno à terra e considere que qualquer corrente em um condutor de terra causará um deslocamento à terra.

2. Desacoplamento local . Verifique se há uma tampa de cerâmica de aproximadamente 1 µF o mais próximo possível entre cada par de pinos de alimentação e terra de cada chip. Essas conexões precisam ser curtas, porque mesmo uma pequena indutância em série reduz significativamente sua eficácia.

3. Capacidade de pico da fonte de alimentação. Verifique se há capacitância suficiente do reservatório a granel na fonte de alimentação para lidar com transientes por qualquer tempo que a fonte de alimentação leve para recuperar e fornecer mais corrente.

4. Diodos de captura indutivos. Certifique-se realmente de que qualquer carga indutiva possível, que inclui qualquer carga externa, tenha um diodo de polaridade reversa. Para tensões de até 50-100 V ou mais, essas devem ser Schottky devido à sua alta velocidade. Isso se aplica a cargas acionadas por corrente contínua. Uma vez que eles são sempre acionados com uma polaridade, o diodo pode com segurança encurtar a outra polaridade. Como Tut apontou em um comentário, para cargas CA, amortecedores e / ou circuitos mais complicados precisam ser usados.

Considere estes dois circuitos:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Eles são os mesmos? No modelo de elementos agrupados, eles são. Entretanto, nosso modelo negligencia o que pode ser um fato relevante: os fios reais têm resistência. Vamos apresentar alguns esquemas que modelam isso:

^{simule este circuito}

Considere no circuito à direita o que acontece quando a corrente consumida pelo motor muda. Em um momento, ele desliga e desenha 0A, depois liga e desenha 1A. Este 1A deve fluir através de R1 e R3. Pela lei de Ohm , deve haver uma queda de tensão entre esses resistores de$1A\cdot 1\Omega = 1V$. Com 1V da tensão de alimentação perdida em cada um dos R1 e R3, da perspectiva do microcontrolador, a tensão de alimentação é de repente 10V, não 12V.

Muitos eletrônicos digitais não gostam quando a tensão de alimentação muda rapidamente. Problemas adicionais ocorrem quando há vários dispositivos tentando conversar entre si através de um barramento digital, mas altas correntes nos trilhos de suprimento estão dando a cada dispositivo uma idéia diferente do que é "terra". Observe o "terra" para o MCU e o motor neste caso. Todos os resistores têm 1A neles e, portanto, 1V através deles. "Aterramento" no MCU é 1V diferente de "Aterramento" no motor! Se estes são dispositivos digitais que estão sinalizando um "0", tornando a tensão igual a "terra", eles não vão se comunicar muito bem quando não conseguem concordar com o que é "terra".

Uma solução para isso é executar as duas conexões de fonte de alimentação de cada dispositivo até a bateria ou o regulador de tensão e fazer todas as conexões de fonte de alimentação de cada dispositivo. Esta é a situação modelada no circuito à esquerda. Aqui, quando o motor liga, haverá alta corrente em R5 e R7. Haverá alguma queda de tensão aqui, mas o motor não se importará. Enquanto isso, a corrente em R6 e R8 permanece inalterada, assim como a tensão. Assim, a tensão de alimentação vista pelo microcontrolador é constante.

Você não precisa fazer isso o tempo todo, para cada dispositivo, mas precisa pensar um pouco sobre onde as altas correntes estarão em funcionamento quando o seu circuito incluir esse dispositivo. Lembre-se de que todos os seus fios têm alguma resistência e, portanto, sofrerão uma queda de tensão quando altas correntes passarem por eles. Em seguida, planeje seus fios ou traços para que as altas correntes não fluam através do suprimento dos componentes sensíveis, causando problemas de ruído.

Esta é apenas uma explicação possível. Outras respostas, sem dúvida, fornecerão possibilidades adicionais.