題:
電磁閥關閉時PCB的異常行為
bunny
2015-09-23 19:57:51 UTC
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PCB image

大家好,

我設計了用於鎖定控制的PCB。您可以在圖像上看到PCB。縮寫的一些解釋:

  • Ext:外部12V電源
  • 電池:12V電池
  • 1702:12V至5V電源轉換器
  • 鍵盤:這是經典的4 x 3鍵盤
  • MCU:Atmel Atmega 328P
  • IRL520N:晶體管,用於驅動鎖電磁閥

其他組件與我認為的討論無關。

程序如下:您輸入代碼。當密碼正確時,晶體管被激活,因此鎖打開。這持續了兩秒鐘。然後,鎖會關閉。

一切正常,除了...當鎖再次關閉時,電路開始出現異常行為。有時會阻塞,有時會重新啟動芯片。

我發布PCB圖而不是電路圖,因為我認為問題出在PCB的佈局方式上。

非常感謝您的幫助!


因此,鑑於您的所有回答,我對電路做了很多(很多):

  • 使用SMD組件
  • 晶體與MCU距離更近
  • 使用去耦電容器(C5)
  • 使用接地填充(PCB底部的粉紅色區域)

New PCB

能否請您告訴我此PCB是否具有良好的性能要求?還是我還是搞錯了?

非常感謝

哦,是的,當我在試驗板上進行測試時,沒有這樣的問題。這就是為什麼我認為我的PCB佈局存在問題...
請添加原理圖
歡迎來到電氣乾擾的世界。
從MCU電源引腳上的去耦電容器開始。
我看不到地平面。
在電磁鐵上並聯一個100uF-1000uF的電容器。
@Tut我將嘗試使用去耦電容器。非常感謝你
@Andyaka是否需要接地層?如果是這樣,為什麼?
@bunny-每當您使用時鐘製造任何類型的數字系統時,尤其是在您還驅動任何類型的負載(例如電磁鐵)的情況下,都應將接地平面放在列表的頂部。好吧,再加上適當的去耦(接地平面會極大地幫助)。它大大減少了噪音問題,並減少了怪異的交互,例如您所看到的。它不是萬能藥,但您會驚訝於它使您的生活變得如此輕鬆。地面上的任何電流尖峰都會在骯髒的小接地線上產生電壓尖峰。
您忘記在新佈局上連接AVcc。無論是否使用A / D,都應將其連接(請參見數據表)。很難說,但我相信您可能還缺少MCU引腳21上的GND。
@bunny您所有的MCU輸入都拉高了嗎?浮動輸入吸引了我很多次。
我確實有@Tut。我更正了這個.thx
關於PCB設計的一些小評論:不要畫點對點的直線,它看起來非常不專業。進行度數可被45整除且不進行90度急轉的旋轉,而是將其轉為45 + 45的彎曲。這樣看起來更加井井有條。(在極少數情況下,點對點路由是最佳的,但是在99%的初學者板中卻不是)
新設計仍然令人恐懼。晶振和去耦電容與MCU的距離仍然太遠。請勿使用直角或銳角跡線。所有角度均應為45度(更好的製造方式,風險更低)。D3是哪種二極管(電磁閥觸點上的續流二極管)?它必須非常快,否則可能會將大量的EMF發送回您的芯片,從而導致故障和潛在的損壞。您正在使用什麼電源?它可以提供多少電流?
@derstrom8二極管是簡單的1n4001。我看不到如何去耦電容器和晶體?它們幾乎就在芯片旁邊...
@bunny您的軟件包允許您測量距離嗎?3D圖像也將很好。晶體和去耦電容器與芯片的距離不應超過一毫米或兩毫米。
@bunny-1)1N4001不是反激的好選擇。2)這次為什麼要使用SMD?您確定可以做得很好嗎?3)您不能將新的Q3封裝焊接到漏極。該封裝採用回流焊或氣相焊接。我認為C1和C2相同。4)您的串行數據連接器確實需要一個接地引腳。5)將接地走線放在封裝下,每根引線分別有一個過孔,每根引線有一個短的走線。短的地線是良好的地線。6)Bat&Ext接地直接與接地層相連。同樣是ICSP引腳1。您不需要通孔-使用引腳。
您應該接受人們最常說的話,即沒有示意圖,對剩下要做的事情進行批判是猜測。
@Linards:直線到點線沒有問題。實際上,這在電氣上是最佳的。不,沒有什麼不專業的。非專業人士正在以損害宗教信仰或完全主觀和愚蠢的審美動機而損害設計的實用性。電子不在乎您是否對某個佈局在另一個佈局上看起來“有序”感到困惑。路徑越直,電氣性能越好。
@OlinLathrop我發現走線角可被45整除最終在空間上更有效,並且在調試電路板時更容易遵循。當然,可以在不考慮一致角度的情況下進行佈線,但是這似乎並不是公認的規範。
@Linards:與您最初所說的無關,*看起來非常不專業*,*看起來更有秩序*。那隻是胡說八道。更多的正交佈線可以節省空間或允許使用佈線解決方案,但這不是我們要討論的,OP的原始設計中也沒有這些問題。
@OlinLathrop好的,我承認我對原始評論的措辭很差。
八 答案:
Spehro Pefhany
2015-09-23 21:29:18 UTC
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一個主要問題是螺線管電流流經與芯片接地相同的導體。您應該單獨運行它-比盲目地向它扔很多銅甚至更好。

通過切斷到MOSFET源的走線並用飛線繞過它,和/或在MOSFET的柵極上增加串聯電阻,您可以挽救這種佈局,這將減慢開關速度晶體管的特性,並減少了接地走線上的瞬變,以犧牲開關操作期間的一點點加熱為代價。嘗試使用幾K的電阻,並根據需要增加並聯電阻,以維持大部分柵極驅動。

Andy aka
2015-09-23 22:31:44 UTC
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PCB設計的良好實踐。首先看一下:-

enter image description here

有6個示例,說明如何將去耦電容器連接到微控制器的電源引腳上並請注意,它們都使用帶有電源平面和接地平面的PCB。

好,您只有一塊雙層板,最重要的是接地平面,您的空間很大。使PCB確實非常有效。別在意。將電源走線佈線在頂部不一定是問題,但請盡您所能使GP盡可能滿,並確保共享公共電源的電路的不同部分不會使重載電流流經共享電源

事實上,許多設計都需要分開的接地層,以避免大電流(例如來自電動機)通過敏感的放大器輸入組件。

沒有接地層就像在PCB上有很多獨立的環形天線一樣。一些能夠傳輸能量,而所有能夠接收能量。

如果使用接地層,則形成的環形天線的“有效”區域取決於電路板的厚度。

我已自由複制了PCB圖片並在地面軌道上著色,並在藍色和下面的其他軌道上著色:-

enter image description here

所有紅色軌道都可以在頂部通過僅底層的少量使用就比您擁有的要大得多。這樣可以釋放底層,從而覆蓋95%以上的藍色。

“ _將電源導軌置於頂部不一定是問題_”。這是為什麼?為什麼電源平面不如接地平面重要?(我應該為此發布一個單獨的問題嗎?
@Rafael它可能是一個很好的問題,並且簡短的回答時間太長。簡而言之,您需要一個非常好的0V基準,主要是因為它也是一個信號基準,而電源線可以上下擺動,而不會使信號從A點流向B點的正向和反向電流。
Olin Lathrop
2015-09-23 20:10:20 UTC
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沒有接地層,沒有旁路電容,看起來您正在獲得預期的結果。

鑑於顯而易見的不良設計,我猜您也沒有安裝反激式捕獲二極管

對所有這些內容進行詳細說明是沒有意義的,因為它們確實很基礎,並且已經在此處和其他地方得到了廣泛介紹。為微型電源的每個電源引腳添加反激捕獲二極管和一個旁路電容。這是修復此混亂情況的最低限度的最低要求。

如果您可以將一層主要用於帶有“跳線”的地面,而僅使另一層上的佈線有效,那將很好。我不知道您為什麼要使用所有古老的通孔零件,但是既然如此,我將頂層用於接地並將盡可能多的互連置於底層。

添加:

其他人指出,D1是反激式捕獲二極管(正如我之前所說,我沒有看過並且正在猜測)。這是一個問題,但仍然留下缺少旁路電容(或電容,每個電源引腳需要一個)和接地不良這兩個主要問題。

這也指出了為什麼需要顯示原理圖 b>。您不能期望您尋求幫助的志願者嘗試按照佈局推斷賽道。原理圖還將使去耦電容器的缺乏變得顯而易見,並應顯示二極管D1的類型。

另一方面,接地是佈局問題。我看到您同時使用表面貼裝和通孔零件來重做佈局。在這種情況下,我會盡可能使用底層作為接地層。將互連放置在頂層,僅當底層無法在單個平面中佈線時,才將其做成底層的“跳線”。嘗試使這些跳線盡可能短並且彼此遠離。要爭取的度量標準是最小化接地平面中任何島的最大尺寸。這不僅告訴您使跳線短一些,而且不要使跳線聚在一起。

我看到您對問題的評論中提供了一些不好的建議,但很遺憾,該建議被否決了。在電氣方面,最好沒有任何彎曲的直接連接。您最初在微控制器和鍵盤連接器之間所擁有的一切都很好,實際上甚至是最佳的。不要讓別人告訴您,由於誤導和愚蠢的審美原因,它應該有所不同。電子不在乎您或其他人認為它的外觀如何。當確實需要彎曲時,此註釋是正確的,因為您應盡量避免超過45°。要進行90°的彎曲,請使用兩個45°的彎曲,它們之間要有一個短的直線段。

同樣,您仍然需要顯示原理圖 b>以獲得更多有意義的反饋。

反激二極管在那裡(D1)。
評論不作進一步討論;此對話已[移至聊天](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
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一旦關閉,激活的螺線管中存儲的能量就會在電源線上產生電壓尖峰。您的微控制器的電源引腳上甚至沒有去耦電容器來緩衝瞬變。您可能需要在Vcc附近添加1或2個100nF陶瓷電容,以立即得到改善。

請提供原理圖以進行進一步分析。

WhatRoughBeast
2015-09-23 22:53:57 UTC
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包括我在內的各種人都指出需要更好的基礎和脫鉤。但是,這就是我嘗試修復您的電路板的方法。

1)獲得幾個0.1 uF的50V陶瓷電容。不要去高壓。在電路板的底部,將一個從引腳7焊接到引腳8,將另一個從引腳20焊接到引腳22。

2)切掉R3和R4之間的接地線。在Q1和C2的源之間剪切軌跡。

3)使用盡可能小的電線(如#26接線)將C1的接地引腳連接到MCU的引腳22。

4)沒有較大的迴路。

4)使用更大的電線,例如#20,將R3 / Q1連接線連接到電池的-引腳。同樣,請盡可能直接進行此操作,同時避免將電線放在其他焊接連接上,並可以使用5分鐘的環氧樹脂或熱膠將​​其固定在適當的位置。基本上,我會平行運行在MCU下的地面走線。

我不做任何保證,但我認為這可能會給您帶來機會。

到底是為什麼我不能在各處使用相同的較大導線,原因是什麼?
@bunny-可以,但是不需要,較小的導線更易於使用。
@bunny-還有一件事。在左側的10 uF電容上至少增加一個100 uF電容。如果可能,請使用鉭而不是電解。
@bunny-這是否有效?
在短期內(在我發布了第一塊PCB的情況下),我可以通過執行答案的第2步,第3步和第4步來糾正怪異的行為。從長遠來看,我將根據人們的不同意見重新設計PCB。但是至少現在一切都很好。 非常感謝!
Arsenal
2015-09-23 20:48:28 UTC
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到目前為止,我所見過的所有應用筆記都指出,基本上必須將振盪器放置在盡可能靠近引腳的位置。

您的距離基本上是數英里。如果可能的話,請將它們放在MCU和鍵盤連接器之間。

電流返迴路徑也應保持盡可能短和直接。當晶體放置在MCU和鍵盤之間時,可以採用這種方式進行佈線。

我不知道晶體運行的頻率,如果它是32kHz,也許可以,但仍然很高灰心喪氣。

那麼您確實應該嘗試使@bunny盡可能地靠近MCU,當然這不是一個快速解決方案,它仍然可以工作(實際上直到螺線管關閉為止)。一種可能有用的快速修復方法是改用內部RC振盪器(如果您不需要非常精確的時序)。
Marko Buršič
2015-09-23 20:06:41 UTC
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也許XTAL和C2與轉接器共享在地面上不是一個好主意。

實際上,XTAL,C1和C2的位置不佳。它們應位於(相對於MCU)絲印顯示為“鍵盤”的位置。
@Marko對於EE.SE的答案來說有點薄。請證實。[幸運的是,關於XTAL的PCB佈局,我們在EE.SE上有很多資料。]
Charles Jacks
2015-09-24 20:15:10 UTC
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我看不到電路中的反沖二極管來處理因關閉螺線管而產生的反沖。螺線管基本上是一個大電感器,流經螺線管的電流將繼續流動,直到在電路嘗試將其關閉時耗散了能量。為了保持電流流動,電感器將產生較大的電壓。想想老式汽車中的火花塞。散回到電路中的這種能量會造成破壞,並最終釋放出煙霧。將一個大電流二極管和一個小電容器與螺線管通電電路並聯(二極管,電容器和螺線管並聯)。電容器將吸收部分能量,直到二極管開始導電並延長二極管的壽命。也不要使其太大。

D1似乎是“反沖”二極管。
...並且在捲軸示意圖中可能已經註意到。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
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