Микроконтроллеры и питание

[melandr]

Добрый день, уважаемые коты! Всех с наступающим Новым Годом! Хотел бы немного прояснить для себя один вопрос. В последнее время, очень часто слышу нарекания насчет надежности и помехозащищенности микроконтроллеров AVR. Но пока платформу менять не собираюсь, поэтому решил прояснить для себя пару моментов. Допустим есть устройство на микроконтроллере, которое имеет входные цепи аналоговые, дискретные и выходные цепи с реле, коммутирующие 220 В. Как правильно разработать питание этого устройства? Чтобы получить нормальную помехозащищенность. В разных источниках наблюдал такое понятие как "чистое питание" и "грязное питание". Я так понимаю, что для питания микроконтроллера используется "чистое питание", а для входных и выходных цепей - "грязное питание". Возникает вопрос, как реализовать эти источники питания. Понимаю, что в идеале иметь трансформатор 50 Гц с двумя вторичными обмотками. Допустим на 8 В и на 15 В. Соответственно, делаем 5 В стабилизатор линейный или импульсный для питания микроконтроллера. И 12 стабилизатор для питания внешних входных и выходных цепей. Но так же наблюдал в промышленных платах. Например, щит управления приточной установки фирмы "ВЕНТС". Управление собрано на плате с микроконтроллером ATmega8. Для питания платы используется трансформатор 50 Гц на 15 ВА. С одной вторичной обмоткой на 15 В. А дальше стоит один диодный мост и два стабилизатора линейных на 5 и 12 В. 5 В используется для микроконтроллера, а 12 В для выходных реле. И все работает нормально. В другом промышленном контроллере от "РАУТ автоматик" используется питание 24 В с любого внешнего трансформатора, а дальше стоит однополупериодный выпрямитель и два импульсных стабилизатора на LM2590HV-ADJ на 3,3 В и 5 В. И тоже работает нормально. Допустимо ли использовать импульсный блок питания вместо обычного. Сейчас в Китае можно купить интересные модули питания, например, вот такой
https://www.aliexpress.com/item/1PCS-5W ... 0.0.4jhIaP
А дальше если нужно 5 В для питания микроконтроллера линейный стабилизатор LM7805 для микроконтроллера и импульсный стабилизатор, например, MC34063 или LM2596S-ADJ? для питания выходных цепей. Или достаточно будет одного импульсного блока питания АС220V/DC5 V, просто питание микроконтроллера отделить от внешнего питания LC-фильтрами, как на картинке Г

И этого будет достаточно для надежной работы контроллера.

[Vov123]

Можно посмотреть как устроено в реальных схемах.
К примеру в книжках:
1.http://mexalib.com/view/2731
2.http://radioparty.ru/literatura/257-10- ... mcu-kniga2

[Sem7]

... надежности и помехозащищенности микроконтроллеров AVR...

Таки, с наступающим! Каждому(ой)!
По поводу "ненадёжности" AVRов смею возразить. Во время длительно-мучительных изысканий в попытках адаптации "узкоглазого" бытового девайса под элементную базу местного "разлива", что только не довелось пережить АТТиньке 13: и многократную перепайку с платы на плату (с перегревом, деформацией-выправлением лап), и неоднократную переполюсовку (!) питания (правда при 3,5 В), многократное перепрограммирование, воздействие мощных ЭМИ ... А ей/им - хоть бы хны!
С помехоустойчивостью, правда, картина - не совсем как по маслу. Т.к. в разрабатываемом устройстве присутствовал источник мощных импульсов - искроразрядный ВВ (13кВ) трансформатор, без которого устройство не имело смысла, то без специальных мер АВРовский МК работать просто не мог, равно, как и аналогичный PIC. Оба они тупо "глохли", перезапускаясь от каждой искры. Как показала практика, не последнюю роль в разрешении (вполне реальном) подобных проблем имеет специфика разводки печатной платы - раздвоение общих дорожек, применение печатных меандров, "отсекание" общим проводом самого МК от источника помех, максимальное расширение дорожек у источника помех для увеличения потери их мощности "на месте"... Разработка "хитрых" алгоритмов полезна тоже. И всё же, "первым фронтом" в борьбе с электронными вредоносностями следует считать использование блокировочных конденсаторов, как СМД, так и "подушечек", грамотно рассредоточенных на печатной плате и непосредственно на корпусе защищаемого элемента.
Качество питания... При достаточной изоляции самого МК от "иголок", "расчёсок", "ежей"(ЭМИ), колебания и даже пульсации напряжения ИП в допустимых пределах, ему не страшны.

[melandr]

примеры блоков питания в готовых устройствах я уже указал. Но там где используется импульсный стабилизатор, там используют несколько контроллеров, основной LPC и вспомогательный PIC. Но все равно используется трансформатор 50 Гц 24 В. А я хотел бы использовать импульсный блок питания, как указывал выше
https://ru.aliexpress.com/item/1PCS-5W- ... yId=400103
https://ru.aliexpress.com/item/1PCS-AC- ... yId=400103
потому и интересуюсь. Также остается открытым вопрос об использовании питания для входных и выходных цепей. Достаточно ли будет просто фильтрами разделить питание, или нужно ставить два стабилизатор напряжения?

[BOB51]

"50 Гц 24 В" и/или 36 вольт - просто привязка к промышленному стандарту автоматики (так было удобно разработчикам и/или пользователям или "так гласит стандарт").
Все остальное определяется текущей задачей, требованиями надежности и ремонтопригодности.
Так что "решение за выбирающим".

[melandr]

Вот нашел решение. Блок управления парогенератором на микроконтроллере 8051. В качестве блока питания используется импульсный блок питания на TNY264. Для питания микроконтроллера используется стабилизированный выход. Для питания входных и выходных цепей используется нестабилизированный выход блока питания на другой обмотке трансформатора. Правда с импульсными трансформаторами головная боль. Если бы можно было бы готовые покупать, чтобы самому не мотать.

[BOB51]

Вот поэтому в системах автоматики и стараются применить уже имеющееся в наличии (то же касается и радиолюбительства - используем с максимальной эфективностью "кащеевы ящики").

[melandr]

BOB51, вот Вы судя по количеству сообщений достаточно много устройств разработали. Исходя из Вашего опыта, что посоветуете использовать в качестве блока питания? Имеет значение будет ли это 50 ГЦ блок питания или импульсный блок питания.Если это будет импульсный блок питания с одной вторичной обмоткой и выпрямителем на 15 В. А дальше два импульсных стабилизатора напряжения, допустим на 12 и 5 В.

[BOB51]

Можно и так - я ж ни схемы, ни особых требований к Вашему проекту не знаю.

Один из стилей схемотехники именно такое решение и предусматривает.
НО...
При нескольких вторичных стабилизаторах необходимо уделять особое внимание последовательности подачи/снятия напряжений на разных участках схемы.
Первичный импульсник с несколькими вторичными выходами в подобной ситуации несколько более предсказуем.
В принципе желательно избегать необоснованного увеличения количества независимых источников питания в конструкции. Если такой подход затруднен - лучше ставить один основной и несколько ведомых с возможностью электронного управления от главной системы конструкции.

[Sem7]

...Правда с импульсными трансформаторами головная боль...

С одной стороны большинство импульсных трансформаторов - "уникальны" - рассчитаны и изготовлены под конкретное устройство. Т.е. унификация в данном направлении слабовата. Более того, у импульсника важно - где начало, а где конец обмотки, - в отличие от сетевого транса.
Но, с другой стороны, при наличии несложного намоточного станочка, навыков и... желания, намотка/перемотка любого трансформатора даже... интересна/прикольна.

[melandr]

Хотелось бы все таки поднять этот вопрос, чтобы понять. Как сделать питание микроконтроллера и выходных сигналов помехозащищенным. Если допустим делать опторазвязку выходных реле и управления контроллера, как правильно организовать "грязное" и "чистое" питание. Возможно будет достаточно разделить один "пятивольтовый" на два «пятивольтовых» канала питания через LC-фильтры. Один из каналов может обслуживать цифровую, а другой канал — выходную часть устройства. И использовать такой AC/DC преобразователь https://ru.aliexpress.com/item/1PCS-AC- ... yId=400103

[melandr]

Ну что, никто не разрабатывает микроконтроллерные устройства? Как реализуете питание микроконтроллера и входных и выходных каналов. Заранее благодарен за содействие.

[oleg110592]

примеры схем можно посмотреть, например тут:
viewtopic.php?p=2686373#p2686373
выходная/входная часть должна иметь свое изолированное питание (имхо), можно стандартный DC/DC

[melandr]

Вот Вы пишите входная/выходная часть должны иметь изолированное питание. Можно стандартный DC/DC. Но DC/DC не имеет гальванической развязки. Вопрос состоит вот в чем. Есть устройство на микроконтроллере ATmega8. Оно будет управлять нагревателем с тремя ступенями. Нагреватель будет подключен пускателями. Сигнал управления на пускатели будет давать микроконтроллер, через опторазвязанные реле. Вопрос в правильной реализации питания микроконтроллера и выходных/входных цепей.
Вот схема

Вопрос вот еще в чем, можно ли поставить один AC/DC преобразователь, а микроконтроллер запитать через дополнительный LC-фильтр.как рекомендует Рюмик в 1000 и 1 микроконтроллерной схеме.

[oleg110592]

Вот Вы пишите входная/выходная часть должны иметь изолированное питание. Можно стандартный DC/DC. Но DC/DC не имеет гальванической развязки

типа такие использую c гальванической развязкой от входа 1000 вольт:
http://dc-dc.su/peak/p10au-0524elf.html

[melandr]

Ну блин дороговасто, с таким успехом можно взять трансформатор 50 Гц с двумя обмотками. А не знаете, аналогичное что-то можно на алиэкспрессе прикупить. А то по названию не находит. Недавно пришлось ремонтировать контроллер конденсаторной установки NOVAR-1114. Вышла из строя микросхема ШИМ блока питания. Блок питания реализован на ШИМ TNY255GN с одной обмоткой трансформатора. А дальше и выходные реле и контроллер запитаны одним напряжением. Вот и пытаюсь понять,стоит ли разделять питание микроконтроллера и выходных реле, или достаточно правильно сделать разводку печатной платы.

[oleg110592]

ну китайские не знаю как по надежности
https://ru.aliexpress.com/item/power-mo ... 80581.html
з.ы. вместо 34063 я б взял посовременнее, ну на 900кГц (дроссель маленький), типа
http://www.st.com/en/power-management/st1s10.html
там пример как плату разводить..

[melandr]

А насчет 34063, чем плоха? Просто валяются 10-ок. А вопрос энергосбережения не стоит. Дроссель копейки стоит. Вот просто непонятно, когда две обмотки трансформатора, то все ясно по поводу опторазвязки и неважно какой трансформатор импульсный или 50 Гц. А вот когда с одной вторичной обмотки делают два напряжения, либо параметрическим, либо импульсным DC-DC преобразователем.Насколько оправдана такая схемотехника по помехозащищенности?
Просто почему такой вопрос возник. Сейчас стоит в частном доме контроллер управления гелиосистемой. Подключены 4 датчика Ds18B20 и управляется двумя насосами(использованы насосы от стиральной машины). Микроконтроллер запитан от автомобильного аккумулятора 12 через преобразователь МС34063 на 5В. Этим же напряжением запитан релейный модуль Arduino на 4 реле. Так вот при отключении реле периодически происходит сбой, либо отваливается датчик, либо контроллер зависает, и пока не сбросишь питание, не запускается. Когда параллельно контактам поставили конденсаторы 0,01 мкФ 1кВ - стало лучше, при использовании конденсаторов 0,047 мкФ 400В, зависания практически прекратились. Вот и возникает вопрос.Так ли важно питание, или все таки нужно принимать меры по уменьшению помех от реле. Ставил параллельно контактам реле спарессоры - эффект намного меньше чем от конденсатора.

[oleg110592]

34063 давно применял - шумела по питанию, помню (может была плата неправильная или электрол. конденсаторы заказчик неподходящие ставил), спасал доп. LC фильтр. Осадок остался(с) . Там вроде не шим (лень читать) - на малых нагрузках плохо.
На Ds18B20 мои заказчики-поделочники делают терморегуляторы - там питается все от одного трансформатора и реле (12 вольт обмотка) и микроконтроллер через 78L05. Реле управляется транзистором обычным. Никаких оптронов. А один знакомый хороший электрик делает силовые шкафы на заказ в малую индустриализацию - там стоит несколько таких терморегуляторов и пускатели и частотник (и все вместе в шкафу). Програмку терморегулятора писал я, с учетом, что могут быть помехи и пр. негоразды - лучше сразу делать хорошо. Плата односторонняя - как развелось. Никто, издавна не жалуется.
Хотя если б я делал, то на серьезных терморегуляторах с датчиками Pt100, ПЛК, дорого...

[BOB51]

Да вполне нормально та 34063 работает. Есть конечно нюансы по разводке монтажа, но вполне удобоваримые.
Основное применение под контроллеры с потреблением до 200мА при достаточно высоком первичном источнике.
Такое решение позволяет уйти от крупногабаритных радиаторов охлаждения и в некоторой степени обойти влияние бросков в питающей электросети.