Cómo mejorar la placa atmega328p para el control de solenoides

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Estoy diseñando una placa basada en el microcontrolador atmega328p para controlar algunas válvulas solenoides (2 solenoides proporcionales y 9 válvulas solenoides ON / OFF).

Esta es la válvula hoja de datos . Estos son los detalles del solenoide:

V = 12Vcc, R = 3.7 Ohm, I = 1.80A

Este es mi primer esquemas de PCB y mi primer board . Enciendo el tablero con 12V, 40Ah. Uso Eagle y nunca hice algo como esto antes, por lo que el tablero tiene muchos errores. De hecho, probé mi primer prototipo y estos son los problemas:

  1. Cuando intento controlar los solenoides proporcionales (salidas VSX, VDX), la placa se bloquea aleatoriamente después de unos segundos y se atasca. Necesito apagar y encender el tablero para que funcione de nuevo.
  2. La hoja de datos dice que la válvula debe dibujar 1.8A cuando se alimenta a 12VDC, pero medí 3A cuando el PWM es del 100%. ¡Esto es muy extraño!

Para resolver el problema, use la comunidad sugerencias , agregué estas modificaciones:

  • Se agregó un gran capacitor de 2200uF 35V en el conector de alimentación principal
  • Se agregó una tapa de filtro entre VCC (7) y GND (8) y AREF (21) y GND (22) y AVCC (20) y GND (22) en la atmega328p
  • Corté la traza en el pin 22 y lo conecté directamente a la GND L7805CV
  • Se agregó un diodo a través de los pasadores de cada válvula.

Al hacer esto, la placa puede funcionar bien durante 1 o 2 minutos, pero luego vuelve a fallar.

Ahora, voy a diseñar nuevamente mi tablero, por lo que me gustaría preguntarte cómo puedo corregir mis errores y mejorar mi diseño para que mi tablero funcione correctamente.

IMPORTANTE : Después de algunos experimentos, me doy cuenta de que si pongo en serie, entre la salida de mosfet y la válvula, una resistencia de 20R 10W, la placa funciona bien. El problema es que la resistencia se calienta en poco tiempo. La placa funciona bien también si coloco un voltímetro en serie entre la salida de mosfet y el solenoide para medir la corriente: en este caso, la placa funciona bien varias veces. ¡Esto es muy extraño para mí!

Estaba pensando en:

  • use optoisolator (como ILD213T) para controlar los MOSFET
  • use un regulador de 5V aislado (como NME0505SC o AM1S-0505SZ) para aislar la atmega328p de la placa
  • agregar tapas de filtro en la alimentación principal y en atmega328p

¿Qué piensas de esto?

¿Me puede dar algunas sugerencias, por favor?

¿Cómo puedo limitar la corriente a 1.8A cuando el PWM está al 100%?

Sé que el diseño de la placa no es correcto, ¿cómo puedo mejorarlo?

¿Debo usar la segunda capa para trazas de GND y la capa superior solo para trazas de potencia?

¡Por favor, ayúdame!

EDIT :

Estaba pensando en utilizar LM25011 con este schematics . Hice este esquema usando la calculadora de TI en línea.

¿Puede decirme si este diseño podría funcionar para mi tablero? Configuré el Rsense para limitar la corriente hasta 1.8A a 12VDC.

    
pregunta Marcus Barnet

4 respuestas

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Los solenoides que generan un EMF de gran tamaño y los diodos no pueden disipar esa potencia rápidamente. Por lo tanto, sugeriré que agregues algunos MOV en lugar de diodos. Disipan la potencia mucho mejor que los diodos. También deberías verificar si tu fuente de alimentación El suministro podría hundir tanta corriente de los solenoides.

    
respondido por el Stefan Merfu
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Me enfrenté a un problema similar cuando utilizaba un circuito de relé para accionar los pistones. El EMF posterior generado debido a la actuación del pistón cortocircuitaría el circuito de control y, por lo tanto, restablecería el microcontrolador.

Recomendaría agregar una función Aislamiento óptico al circuito. Los optoaisladores, como ILD1, ILD2, ILD5, ILQ1, ILQ2, ILQ5 son baratos, pequeños y amp; vienen en paquetes DIP.

  • La información de la señal, incluido un nivel de CC, puede ser transmitida por el variador mientras se mantiene un alto grado de aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida.
  • El ILD1, ILD2, ILD5, ILQ1, ILQ2, ILQ5 son especialmente Diseñado para manejar lógica de velocidad media y puede ser utilizado para eliminar problemas molestos de bucle de tierra y ruido.
  • Estos aisladores protegerán su microcontrolador y amp; Circuito de control desde la parte posterior emf generado por la actuación.
  • Estos acopladores se pueden usar para reemplazar relés y Transformadores en muchas aplicaciones de interfaz digital como Modulación CTR.
respondido por el Jonathan Pereira
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Antes de volver a realizar el diseño de PCB, dedique más tiempo a analizar todos los problemas para:

  • Defina mejor el problema, luego describa la solución con una especificación (muy importante)
    • Como la causa raíz de los problemas de disipación de calor.
    • Problemas de rendimiento del control de flujo PWM frente a la presión
      • hay una diferencia en la impedancia de la fuente utilizando SPST vs SPDT PWM
      • SPST es un interruptor de drenaje abierto o colector BJT con un diodo de sujeción
      • vs
      • Acción SPDT de un controlador complementario donde la fuente Z siempre es baja, excepto durante transitorios o cruces con tiempo muerto durante el cual hay un transitorio para V = L * di / dt

Después de haber diseñado cientos de tableros en mi carrera, sé que es posible hacer lo que está intentando diseñar un PCB antes de comprender todos los problemas, y aprenderá del proceso que existen mejores formas. Estas formas requieren muchas pruebas y análisis de alcance utilizando todos los principios que le han enseñado.

Este es mi simple consejo sobre las partes de prueba del circuito hasta que cumplan con todos sus criterios; p.ej. aumento de calor, rendimiento, EMI, costo y tiempo luego intente medir este rendimiento en términos de una especificación que luego puede probar y verificar (o instruir a otra persona para que haga lo mismo)

  • Cuando tiene buenas especificaciones (que cumplen con las expectativas del cliente o usted mismo)

    • y páselos, con sus propias Pruebas de Validación de Diseño (DVT) ideadas o compárelas con la hoja de datos
    • terminas con un diseño de ejemplo perfecto
    • buena suerte y recuerda estos principios.
  • compare su forma de onda del solenoide lineal bajo la presión de carga y vea si hay espacio para mejorar.

  • para hacer esto correctamente, necesita un alcance, un suministro de laboratorio variable y un buen cable de par blindado y una selección de cuentas de ferrita para pares simples y de cables.

Recuerda esto: la solución es mucho más fácil después de que comprendes todos los problemas buscándolos.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist
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No creo que necesites ningún regulador de corriente especial. Al menos para no empezar.

Me preocupa que haya escrito -12V y Gnd juntos conectados a todas las fuentes FET que están cambiando las bobinas de solenoide.

Obtenga un multímetro y mida la resistencia de CC de circuito abierto de las bobinas de solenoide. Luego agregue una resistencia en serie a la bobina para limitar la corriente a 1.8A con 12V.

Preste especial atención a las condiciones de potencia máxima, así como a la potencia media. Esto le dirá qué tipo de fuente de alimentación necesita.

Sospecho que su fuente de alimentación no cumple con sus requisitos de potencia máxima. Edición: OP está usando una batería de automóvil que tiene suficiente potencia en este caso.

Diseñe con un poco de espacio para la cabeza con respecto al control de PWM para que nunca tenga que ir al 100% (digamos 95% de servicio máximo)

El suministro de 12 V para los solenoides se puede separar de la PSU para el controlador.

Espero que esto ayude.

    
respondido por el crowie

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