Я работал над перепроектированием неисправной печатной платы.
Одной из выявленных мной проблем является блок питания на плате.
Входное напряжение номинально составляет 13,8 В постоянного тока от импульсного источника питания переменного тока, но может резко упасть примерно на 1,5 В, когда несколько соленоидов, подключенных к одному и тому же напряжению, активируются и потребляют большой ток. Когда устройство работает от резервной свинцово-кислотной батареи, входное напряжение становится 12В.
В настоящее время они используют небольшой SMD 7805 LVR для обеспечения питания 5 В для микропроцессора и RFID-чипа. Микросхема LVR перегревается и нагревает всю печатную плату (некоторые части слишком горячие, чтобы до них можно было дотронуться), что я собираюсь исправить с помощью TO-220 и соответствующего радиатора.
Однако изменение напряжения питания вызывает изменение выходного напряжения 5 В на 100 мВ до того, как LVR восстановится. Я думаю, что это может быть причиной того, что выходная частота RFID временно колеблется, что приводит к потере меток.
Каков наилучший способ исправить это? Было бы лучше переключиться на одну из этих миниатюрных дочерних плат с переключаемым режимом питания постоянного тока в сочетании с LDO?
РЕДАКТИРОВАТЬ:
Текущие значения: в наихудшем случае ток через LVR составляет ~400 мА, есть измерения до ~300 мА. По памяти каждый соленоид потребляет ~ 200-300 мА во включенном состоянии, но это соленоиды с фиксацией, поэтому они включаются только на мгновение. Каждая печатная плата управляет одним соленоидом, и в зависимости от продукта может быть до 50 печатных плат и соленоидов, питаемых от одного и того же источника питания 13,8 В.
У них были более серьезные проблемы с падением напряжения из-за подключения печатных плат к общей линии 5 В, проходящей через несколько метров ленточного кабеля (с двумя проводниками), но затем они подключили LVR к 13,8, чтобы обойти это. Затем у них возникли проблемы с линией 13,8 В, которая также проходила по ленточному кабелю (пять проводников), поэтому они начали прокладывать линии 16AWG к соединительным платам вдоль ленточного кабеля. Они также вставили несколько больших электролитических конденсаторов в ленточный кабель, но я не думаю, что это имело большое значение для моего тестирования.
Реле расположены рядом с платой из-за физической компоновки продукта, поэтому с этим мало что можно сделать, кроме как тщательно спроектировать плату, чтобы предотвратить попадание в нее шума. Антенны RFID могут улавливать небольшой шум, поскольку они находятся на длинном проводе до 0,5 м, но только часть провода находится на стороне печатной платы стальной пластины, тогда провода проходят через маленькое отверстие, поэтому я не думаю, что они улавливают шум после этого.
РЕДАКТИРОВАТЬ 2:
Следует также упомянуть, что все 50 реле иногда активируются одновременно (к сожалению, это нельзя изменить). Однако я видел падение напряжения при срабатывании только одного реле, что вызывает недоумение, и, кажется, в основном это происходит, когда реле выталкивается (а не когда оно тянет), если только я не воображаю вещи.
Здесь есть несколько проблем.
Включение соленоидов вызывает значительное кратковременное падение напряжения питания. Фактический уровень напряжения не кажется проблемой, но быстрое падение - это проблема. Очевидное решение состоит в том, чтобы сделать меньше провалов с более медленными краями. Поместите объемный конденсатор на вход питания прямо там, где он входит в плату, и поместите меньшие колпачки рядом с реле прямо там, где они потребляют энергию. Обратите внимание на токи контура через эти крышки и общие токи питания реле на плате. Проблема, с которой вы действительно можете столкнуться, — это дребезг земли, когда реле срабатывают из-за плохой конструкции заземления. Было бы лучше, если бы обратные токи реле не проходили через основную заземляющую пластину, а имели отдельный возврат к основной заземляющей точке на подаче питания.
Вторая проблема заключается в том, что ваш низковольтный источник питания чувствителен к быстрым переходным процессам на входе. Поскольку у вас есть большой запас по напряжению, небольшая фильтрация перед 7805 замедлит фронты до уровня, с которым может справиться активная схема 7805, а также возьмет на себя часть тепловой нагрузки.
Проблема третья заключается в том, что линейные регуляторы перегреваются. Это связано с тем, что они уменьшают разницу между напряжением источника питания и питанием логики 5 В, умножая его ток на тепло. Например, допустим, вам нужно 100 мА при 5В. При входном напряжении 14 В регуляторы падают на 9 В, что умножает ток на 900 мВт. Это, вероятно, не соответствует спецификации для небольшой детали для поверхностного монтажа.
Добавление больших регуляторов с радиаторами будет громоздким и дорогим. Лучшим решением будет использование небольшого понижающего регулятора. Даже если его КПД составляет всего 85% (довольно мало по сегодняшним меркам), те же 100 мА при 5 В на выходе вызовут рассеивание менее 100 мВт. Это могут быть небольшие детали SMD без каких-либо специальных тепловых соображений. Одного коммутатора должно быть достаточно для всех ваших потребностей в 5 В.
Если вам нужны дополнительные чистые источники питания 5 В, вы можете настроить коммутатор на 5,6 В или около того и использовать небольшие линейные стабилизаторы с малым падением напряжения в точке использования. Они не будут нагреваться, так как они будут падать только на 600 мВ, умноженные на ток 5 В. Поместите небольшой ферритовый индуктор, а затем заземлите его колпачком перед каждым LDO.
Еще одна вещь, которую нужно сделать, это поставить диод Шоттки, а затем колпачок на землю перед импульсным стабилизатором. Это предотвратит внезапные перепады входного напряжения питания, приводящие к понижению входа коммутатора. Результирующий переход будет достаточно медленным, чтобы дать коммутатору возможность правильно с ним справиться.
Вместо замены встроенного 7805 вы можете попробовать использовать промежуточный (линейный или импульсный) стабилизатор, чтобы снизить напряжение питания до 8–9 В или около того — все еще достаточно высокого, чтобы дать 7805 достаточный запас, но требуя, чтобы он рассеивал только половину мощности. Это также должно уменьшить провал, который вы видите на шине 5 В, на порядок, если предположить, что провал возникает из-за плохой стабилизации линии 7805 - вы можете проверить, что ваша схема не имеет общего пути возврата на землю с цепью. соленоиды, например.
Насколько близко расположены соленоиды к устройству RFID? Может ли быть причиной проблемы магнитное поле катушки соленоида, а не падение напряжения?
Джордж Герольд
КиранФ
Эндрю Мортон
Льбаде
некоматик