Filtracja RC styków wejścia mikrokontrolera: Jak obliczyć i zminimalizować zakłócenia
- Szczegóły
Użytkownik pracuje nad układem, w którym mikrokontroler steruje przekaźnikami za pomocą tranzystorów, co prowadzi do zakłóceń w działaniu, objawiających się zawieszaniem wyświetlacza LCD i całego układu. Pomimo zastosowania filtracji, gasików oraz odpowiedniego prowadzenia masy, zakłócenia nadal występują, szczególnie przy załączaniu obciążeń.
Przyczyną problemów mogą być zakłócenia generowane przez silnik, który jest zasilany bezpośrednio z sieci. Podłączony oscyloskop pokazywał duże skoki napięcia przy przełączaniu, które zniknęły po podłączeniu gasika.
Identyfikacja i eliminacja źródeł zakłóceń
Użytkownicy sugerują, aby przekaźniki zasilać z innego napięcia niż procesor, a także zwrócić uwagę na odległość między obwodami wysokoprądowymi a mikrokontrolerem. Ponadto, wskazano na konieczność odpowiedniego doboru rezystorów bazy tranzystorów oraz na możliwość przenikania zakłóceń przez zasilanie lub niewłaściwe prowadzenie masy.
Prowadzenie masy: Masa prowadzona jest raczej dobrze, zgodnie z zasadą rozprowadzania w gwiazdę. Jednak warto przyjrzeć się, jak jest prowadzona masa od tranzystorów włączających przekaźniki - powinna być prowadzona osobno i dołączona dopiero w zasilaczu.
Rezystory na bazach: Zbyt duża wartość rezystora bazy może prowadzić do niedostatecznego nasycenia tranzystora i zwiększać podatność na zakłócenia. Należy dobrać rezystor tak, aby prąd bazy wynosił 0,05-0,1 prądu kolektora. Dla tranzystorów BC547/8/9 i przekaźników 100mA warto spróbować zmniejszyć RB do 2,2 kΩ.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Nieużywane piny: Pomysł, żeby skonfigurować niewykorzystywane wyprowadzenie jako wyjście jest jak najbardziej słuszny. Piny nieużywane, ustawione na wyjścia i wewnętrznie ustawione na nich zero, to wystarczające zabezpieczenie.
Filtracja RC jako metoda redukcji zakłóceń
Filtr pasywny (zwany również filtrem o elementach skupionych) służy do tłumienia sygnałów powyżej lub poniżej określonej częstotliwości. W zależności od konfiguracji komponentów uzyskujemy filtr dolnoprzepustowy lub górnoprzepustowy.
- Filtr dolnoprzepustowy przenosi z minimalnymi zniekształceniami sygnały do częstotliwości granicznej, przy której zaczyna blokować sygnał wejściowy.
- Filtr górnoprzepustowy przenosi z minimalnymi zniekształceniami sygnały od częstotliwości granicznej, poniżej której zaczyna blokować sygnał wejściowy.
Podczas konstruowania filtrów o elementach skupionych ważne jest zrozumienie wpływu poszczególnych elementów na sygnał. Element rezystorowy jest zasadniczo niezależny od częstotliwości. Cewka indukcyjna zwiększa swą impedancję wraz ze wzrostem częstotliwości, natomiast kondensator zmniejsza swą impedancję przy wyższych częstotliwościach.
Filtry RC są zwykle używane do filtrowania sygnałów niższych mocy, natomiast droższe filtry LC lepiej nadają się do wyższych mocy. Filtr pierwszego rzędu zawiera tylko jeden element aktywny (cewkę indukcyjną lub kondensator). Filtr drugiego rzędu zawiera dwa elementy aktywne i charakteryzuje się podwójnym spadkiem wzmocnienia ze zmianą częstotliwości.
Drgania styków i metody ich eliminacji (Debouncing)
Każdy przycisk lub styki przekaźnika, kontaktronu, czy impulsatora stykowego (enkodera) mają tendencję do drgania w czasie zwierania i/lub rozwierania. Zjawisko to jest stricte mechaniczne i zwane jest drganiem styków (ang. Debouncing).
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Technik pozbywania się tego problemu (ang. Debouncing) jest bardzo dużo i zależą od tego, jakie peryferia masz dostępne w swoim mikrokontrolerze.
Sposoby eliminacji drgań styków:
- sprzętowo - np. filtr RC
- programowo (kilkukrotne sprawdzenie, czy stan styków (przycisku, przekaźnika, itp) jest taki sam w ciągu np. 10ms)
Najczęstszą formą sprzętowej eliminacji drgań styków jest zastosowanie kondensatora podłączonego równolegle do przycisku. Jednak prąd płynący przez przycisk może osiągać bardzo duże wartości (tzw. "szpilka" prądowa), co może generować zakłócenia. Dlatego trzeba ograniczyć prąd rozładowania kondensatora, dołączając do przycisku szeregowo rezystor z przedziału 100Ω - 330Ω.
Dodatkowym elementem zabezpieczającym jest dioda, która zabezpiecza dodatkowo wejście mikrokontrolera, zwierając "szpilkę" do zasilania Vcc.
Alternatywne rozwiązania: Optoizolacja
Alternatywnym rozwiązaniem, szczególnie w przypadku długich przewodów, jest zastosowanie optoizolacji. Transoptor zapewnia izolację galwaniczną między obwodem sterującym a obwodem wejściowym mikrokontrolera, eliminując wpływ zakłóceń z zewnątrz.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
Schemat podłączenia transoptora:
- Anoda diody w transoptorze przez opornik do plusa zasilania.
- Kluczowanie poprzez podawanie masy na katodę.
Dodatkowe zabezpieczenia przy sterowaniu transoptorem:
- Dioda antyrównolegle do LEDa w transoptorze (z reguły napięcie wsteczne w transoptorach jest małe).
- Rezystor 10k-100k równolegle do złącza PN.
Sterowanie obciążeniem 230V
W przypadku sterowania obciążeniem 230V (np. oświetleniem) można rozważyć użycie przekaźników lub triaków. Triaki, w połączeniu ze sterowaniem MOC30xx, są preferowane ze względu na ciche działanie i mniejsze zakłócenia. Należy jednak pamiętać o zabezpieczeniu triaka bezpiecznikiem FF (bardzo szybkim) o odpowiednio mniejszym I2t w stosunku do triaka, aby chronić go przed uszkodzeniem w przypadku przepalenia żarówki.
tags: #filtracja #RC #styków #wejścia #mikrokontrolera #jak
