Probleme beim Entwerfen von Grundplatten zum Schalten von Relais in Umgebungen mit hohem Rauschen

Ich entwerfe ein PC-gesteuertes 8-Kanal-Relais mit einem AVR-Mikrocontroller.

Hier befinden sich die Relais auf der rechten Seite der Platine und werden vom AVR-Mikro auf der linken Seite gesteuert.

Die acht TTL-Ausgänge des AVR sind mit einem Hochstrom-Darlington-Paar-IC wie ULN2003A verbunden.

Ich kann entweder die USB- oder die RS485-Schnittstelle verwenden, um die Karte mit dem PC zu verbinden.

Jedes Relais ist für bis zu 7 A AC-Schaltung ausgelegt und es gibt acht davon. Die Relais werden verwendet, um elektrische Wechselstromgeräte zu steuern.

PCB ist doppellagiges FR4-Material.

Die grünen Schichten im unteren Bild stellen die Grundebene dar. Der AVR-Mikrocontrollerabschnitt hat auf beiden Seiten eine Masseebene.

Blockdiagramm

Ich möchte, dass die Schaltung in einer Umgebung mit hohem Rauschen zuverlässig funktioniert, ohne das AVR-Mikro zurückzusetzen.

Sowohl Mikro- als auch Relaistreiber werden von einem einzigen 12-V-DC-Adapter mit Strom versorgt. 12 V DC an 12 V-Relais und 5 V an Mikro über einen Linearregler.

Nun sind meine Fragen:

  • Sollte ich den ULN2003 in der Nähe der Relais halten , damit die Länge der Hochstromspuren zum Relais kurz bleibt, und die TTL-5-V-Leitungen zum ULN2003 lang machen oder umgekehrt? Welches ist besser?

  • Muss ich die Masseebene des Mikrocontrollers unter den TTL-5-V-Leitungen in Richtung ULN2003 verlängern, wie im obigen Bild gezeigt, oder sollte ich sie ohne Masseebene belassen (nur unter den TTL-5-V-Leitungen)?

  • Muss ich unter dem ULN2003A-IC und den Relais-DC-Kontakten eine Erdungsebene bereitstellen ?

Weitere Vorschläge zur richtigen Bodengestaltung sind willkommen.

Antworten (1)

Ich habe einmal einem Berater geholfen, dessen ICs durchgebrannt waren, weil seine Leiterplatte nur 40 Millimeter von einem 5.000-Volt-Strombus entfernt war, der 2.000 Ampere in 1 Mikrosekunde schaltete.

Die Störung in der Grundebene wurde unter der Annahme von 4" mal 4" Schleifen im Boden berechnet, wie

V = [MU0*MUr*Fläche/(2*pi*Abstand)] * ​​dI/dT

was vereinfacht zu

Vinduce = 2e-7 * Fläche/Entfernung * dI/dT

und Zahlen einfügen, haben wir

Vinduce = [2e-7 * 0,1 Meter * 0,1 Meter / 0,04 Meter] * 2e+9 Ampere/Sek

Vinduce (d. h. Spannung, die in Schleifen in der Masseebene induziert wird) = (2e-7 * 1/4) * 2e+9

Vinduce (von diesem 10-MegaWatt-Bus) ist

100 Volt

Sie müssen also Ihre Änderungsrate der Ströme identifizieren und berechnen, wie viel GROUND UPSET erzeugt werden kann.

Oh ... wie viel Glaubwürdigkeit hat diese Mathematik? 100 Volt um 4 "by4" Schleife. Ich ließ den "Berater" eine 1 "by 1" -Schleife machen, die an ein Koaxialkabel angeschlossen war; Beachten Sie, dass dies 1/16 der Fläche ist, die ich in der Mathematik verwendet habe, also könnten wir 100/16 = 7 Volt erwarten.

Was hat der Berater gemessen? 3 Volt oder 4 Volt an einigen Stellen auf der Platine. Gegenüber 7 Volt vorhergesagt. Für einen 2.000-A-Flachbus (luftgekühlt, soweit ich mich erinnere) in 4 cm Entfernung.

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