Problemas al diseñar el plano de tierra para conmutar los relés en un entorno de alto ruido

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Estoy diseñando un relé de 8 canales controlado por PC usando un microcontrolador AVR.

Aquí, los relés están en el lado derecho de la placa y son controlados por el micro AVR en el lado izquierdo.

Las ocho salidas TTL del AVR están conectadas a un IC de par de darlington de alta corriente como ULN2003A.

Puedo usar una interfaz USB o RS485 para conectar la placa con la PC.

Cada relé tiene una capacidad de hasta 7 A de conmutación de CA y hay ocho de ellos. Los relés se utilizan para controlar equipos eléctricos de CA.

PCB es un material FR4 de doble capa.

Las capas verdes en la imagen de abajo representan el plano del suelo. La sección del microcontrolador AVR tiene un plano de tierra en ambos lados.

Quiero que el circuito funcione de manera confiable en un ambiente de alto ruido sin reiniciar el micro AVR.

Tanto los controladores de micro como de relé están alimentados por un solo adaptador de 12 V CC. 12 V DC a 12 V relés y 5 V a micro a través de un regulador lineal.

Ahora mis preguntas son:

  • Debo mantener el ULN2003 cerca de los relés , para que la longitud de los rastros de alta corriente que van al relé son cortos y hacen que el TTL 5V líneas a ULN2003 largo o viceversa? ¿Cuál es mejor?

  • ¿Tengo que extender el plano de tierra del microcontrolador debajo del TTL 5 V las líneas que van hacia ULN2003 como se muestra en la imagen de arriba también o ¿Debo dejarlos sin un plano de tierra (bajo las líneas TTL 5 V) solo)?

  • ¿Debo proporcionar un plano de tierra bajo ULN2003A IC y el relé contactos de CC?

Otras sugerencias sobre diseños de suelos adecuados son bienvenidas.

    
pregunta Rahul.In

1 respuesta

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Una vez ayudé a un consultor que tenía ICs apagados, porque su PCB estaba ubicada a solo 40 miliMeters de un bus de alimentación de 5,000 voltios que cambiaba 2,000 amps en 1 microsegundo.

El trastorno en el plano de tierra se calculó, asumiendo 4 "por 4" bucles en la tierra, como

V = [MU0 * MUr * Área / (2 * pi * Distancia)] * dI / dT

que simplifica a

Vinduce = 2e-7 * Área / Distancia * dI / dT

e insertando números, tenemos

Vinduce = [2e-7 * 0.1 metro * 0.1 metro / 0.04 metros] * 2e + 9 amp / s

Vinduce (es decir, voltaje inducido en bucles en el plano de tierra) = (2e-7 * 1/4) * 2e + 9

Vinduce (de este bus de 10MegaWatt) es

100 voltios

Por lo tanto, debe identificar su tasa de cambio de corrientes y calcular la cantidad de UPSET GROUND que se puede generar.

Oh ... ¿cuánta credibilidad tiene esta matemática? 100 voltios alrededor de 4 "por 4" bucle. Hice que el "consultor" hiciera un bucle de 1 "por 1", conectado al cable coaxial; note que esto es 1/16 del área que usé en matemáticas, por lo que podríamos esperar 100/16 = 7 voltios.

¿Qué midió el consultor? 3 voltios, o 4 voltios en algunos lugares de la PCB. Versus 7 voltios previsto. Para un bus plano de 2,000 amp (aire refrigerado, recuerdo) ubicado a 4 cm de distancia.

    
respondido por el analogsystemsrf

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