Почему подключение сильноточного устройства к моей цифровой схеме вызывает странное поведение?

у меня есть

• Arduino
• микроконтроллер
• другая цифровая вещь

и когда я подключаю

• двигатель
• насос
• нагреватель
• другая сильноточная вещь

Я испытываю

• странные измерения АЦП
• перезагружается
• сбой
• ошибки в цифровой связи
• другое неожиданное поведение

Мой блок питания рассчитан на все эти устройства. У меня нет осциллографа, поэтому я не вижу много, что на самом деле происходит в цепи. Какова вероятная причина?

Без подробностей невозможно дать конкретный ответ. Посмотрите на эти вещи внимательно:

1. Заземление . Это именно тот симптом, который вы получаете от плохой общей стратегии заземления. Без блок-схемы, показывающей мощность и обоснование всего, что можно подключить, невозможно дать конкретный совет. Тем не менее, тщательно визуализируйте все токи заземления и учтите, что любой ток на заземляющем проводнике вызовет смещение заземления.

2. Местная развязка . Убедитесь, что между каждой парой силовых и заземляющих штырьков каждой микросхемы имеется керамическая крышка примерно на 1 мкФ. Эти соединения должны быть короткими, потому что даже небольшая последовательная индуктивность значительно снижает их эффективность.

3. Возможность перенапряжения источника питания. Удостоверьтесь, что на источнике питания достаточно объемной емкости резервуара для обработки переходных процессов в течение любого времени, необходимого самому источнику питания, чтобы нагнать и подать больший ток.

4. Индуктивные улавливающие диоды. Убедитесь, что любая возможная индуктивная нагрузка, которая включает в себя любую внешнюю нагрузку, имеет поперечный диод обратной полярности. Для напряжений до 50-100 В или около того, они должны быть Шоттки из-за их высокой скорости. Это относится к нагрузкам от постоянного тока. Поскольку они всегда управляются с одной полярностью, диод может безопасно замкнуть другую полярность. Как указал Тут в комментарии, для нагрузок переменного тока необходимо использовать более сложные схемы демпфирования и / или ограничения.

Рассмотрим эти две схемы:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Они одинаковы? В модели с сосредоточенными элементами они есть. Тем не менее, наша модель пренебрегает тем, что может иметь значение: реальные провода имеют сопротивление. Давайте представим пару схем, которые моделируют это:

^{смоделировать эту схему}

$1A\cdot 1\Omega = 1V$

Многим цифровым электронным устройствам не нравится, когда их напряжение питания быстро меняется. Дополнительные проблемы возникают, когда несколько устройств пытаются общаться друг с другом по цифровой шине, но высокие токи в шинах питания дают каждому устройству различное представление о том, что такое «земля». Посмотрите на «землю» для MCU и двигателя в этом случае. Все резисторы имеют 1A в них, и, следовательно, 1V на них. «Заземление» в MCU на 1 В отличается от «заземления» в двигателе! Если это цифровые устройства, которые сигнализируют «0», делая напряжение равным «земле», они не будут общаться очень хорошо, когда они не могут договориться о том, что такое «земля».

Решение этой проблемы состоит в том, чтобы выполнить оба подключения источника питания для каждого устройства вплоть до аккумулятора или регулятора напряжения и выполнить все подключения источника питания для каждого устройства. Это ситуация, смоделированная в схеме слева. Здесь, когда двигатель включается, в R5 и R7 будет большой ток. Здесь будет некоторое падение напряжения, но двигатель не будет возражать. Между тем, ток в R6 и R8 не изменяется, как и напряжение. Таким образом, напряжение питания, видимое микроконтроллером, является постоянным.

Вам не нужно делать это все время для каждого устройства, но вам нужно подумать о том, где будут протекать большие токи, когда ваша схема содержит такое устройство. Помните, что все ваши провода имеют некоторое сопротивление и, следовательно, будут испытывать падение напряжения, когда через них проходят большие токи. Затем спланируйте провода или следы так, чтобы высокие токи не проходили через источник питания для чувствительных компонентов, вызывая проблемы с шумом.

Это всего лишь одно из возможных объяснений. Другие ответы, несомненно, предоставят дополнительные возможности.