Как защитить ардуино, подключив его блок питания и другую связанную электронику

Нерешенное: когда я подключаю силовые и сигнальные линии к своему Arduino - при включенном питании - я потенциально убиваю его. Я уже сжёг 2 до этого.

Ситуация:

  • Я построил светильник с DMX-управлением, который состоит из светильника и блока контроллера.
  • В приборе установлены 2 Arduino (5 В), 2 степпера, 2 привода (36 В), 2 вентилятора (24 В) и некоторые датчики температуры.
  • В коробке контроллера находится 1 Arduino, среди другой электроники.

Блок контроллера получает DMX и выполняет вычисления и отправляет элементы управления через I2C на устройство.

Между креплением и коробкой контроллера имеется 8-полюсный разъем. 

1 - GND
2 - 5v
3 - 24v
4 - 36v
5 - CLK (i2c)
6 - SDA (i2c)
7 - signal line (used as charge pump)
8 - reset

Все провода экранированы(но экран подключается только ПОСЛЕ того, КАК первые контакты входят в контакт)

Когда включается питание контроллера и я подключаю светильник к 8-полюсному разъему, мой arduino отправляется на небеса.

Моя собственная идея пока такова:

  1. Скачок напряжения, потому что соединительные провода заземляются после подключения контактов.
  2. Какой-то странный обратный полет? через ардуино в светильнике? Я подключил все прямо к контактам 5 В, не используя регулятор.
  3. понятия не имею

Мы будем очень признательны за любую помощь в поиске наиболее вероятной причины проблемы.

, 👍4

Обсуждение

У этого устройства вполне могут быть опасные конструктивные дефекты, которые с самого начала отчаянно нуждались бы в исправлении, но даже если это не так, вам не следует пытаться его отключить. Подумайте о том, что произошло бы, если бы линии 5 вольт и 36 В были соединены, но заземления еще не было - в то время как заземления систем 36 В и 5 вольт предположительно соединены вместе на удаленной стороне. Похоже, что вы легко могли бы получить 31 В в последовательной комбинации нагрузки 36 В и Arduino... в обратном направлении., @Chris Stratton

Хм, я не совсем понимаю. Но будет ли это означать, что 36 В использует 5 вольт в качестве gnd? каким-то образом и таким образом он помещает 31 В на сторону 5 вольт? Это действительно задело бы чувства arduino., @captainSpark

Да - ток будет течь по любому существующему пути. Подумайте, есть ли у этой штуковины 36 В большой конденсатор на входе питания. Разряженный, он поначалу будет выглядеть почти как мертвое короткое замыкание. Таким образом, в значительной степени вся разница между рельсами 36 В и 5 вольт кратко проявляется в компонентах Arduino - и при этом в обратном направлении., @Chris Stratton

Спасибо, Крис, Да, у этой штуковины большой конденсатор, так что это имеет смысл и действительно является серьезным недостатком дизайна. Хм, итак, 2 вещи, которые нужно сделать. 1 сначала найдите разъем, который заземляется. 2. используйте SSR или реле для включения привода питания 36 В только после того, как у меня будет установлено надлежащее соединение I2C., @captainSpark

Также рассмотрите Ruggedino как вид защиты 2-го уровня. Хотя вполне возможно, что он выживет, я бы предложил сначала внести улучшения в дизайн. http://www.ruggedcircuits.com/microcontroller-boards/ruggeduino-se-special-edition, @Chris K


2 ответа

0

Обычно существует ряд сценариев, которые могут привести к сбою оборудования, когда вы подключаете его к работающей системе. Большинство из них вам удалось идентифицировать, поэтому я не буду здесь вдаваться в подробности.

Достаточно сказать, что создание устройств с возможностью горячего подключения не так просто, как вы могли бы предположить на первый взгляд.

При проектировании вашей системы необходимо учитывать две основные важные вещи:

  • Подавление

Инвестируйте в диоды телевизоров для подавления ESD. Все контакты ввода-вывода, которые подключаются к внешнему миру и которые могут быть отключены или подключены в любое время, должны быть защищены соответствующим подавлением. Любые входы также в идеале должны быть привязаны к состоянию по умолчанию с помощью выдвижных или выдвижных резисторов, чтобы они не оставались плавающими.

  • Соединитель

Сам разъем довольно важен. Разъемы с горячими штекерами обычно имеют разные контакты разной длины, поэтому они подключаются в определенном заранее определенном порядке. Обычно вы хотите, чтобы сначала подключились земля и щит. Затем ваши источники питания и, наконец, ваши контакты ввода-вывода. Выполнение этого в любом другом порядке вызывает проблемы - такие как обратное питание через контакты ввода-вывода, если источник питания не был подключен.

Если вы не можете использовать правильный разъем с горячей вилкой, то есть способы смоделировать его внутри. Вы можете добавить аппаратное обеспечение (буферы, герконовые реле, FET, что угодно, в зависимости от ваших сигналов), которое обычно изолирует сигналы от микроконтроллера, и только когда микроконтроллер включен и готов, он активирует буферы, чтобы пропускать сигналы. Конечно, сами буферы должны быть способны выдерживать любое возможное резервное питание и т.д. Во время установки штекера.

Еще одна небольшая хитрость заключается в том, чтобы убедиться, что все ваши линии ввода-вывода имеют последовательный резистор. Это ограничивает максимальный ток, который может когда-либо входить или выходить из контакта (при определенном напряжении, конечно), до уровня, безопасного для оборудования. 470Ω - 1 КОМ-хорошие значения.

,

поэтому имеет смысл сначала подключить к заземлению разъем с разной длиной выводов. Я собираюсь попытаться найти источник этого. Будут ли эти диоды телевизоров влиять на быстрые сигналы i2c? Идея заключалась в том, чтобы создать устройство с возможностью горячей смены, просто проект вышел из-под контроля, и ему нужно отправиться в тур на 1 или 2 года, и я уверен, что это произойдет...., @captainSpark

Диоды телевизоров не должны влиять на сигналы, нет. Они вступают в силу только тогда, когда вы выходите за пределы допустимого напряжения. Для получения дополнительной информации о разъемах горячей замены вы можете прочитать википедию: http://en.wikipedia.org/wiki/Hot_swapping, @Majenko

Спасибо вам, Майенко, вы дали мне новые зацепки для исследований. это большая помощь, спасибо., @captainSpark

1

Если вы когда-либо будете управлять вводом-выводом более чем на один диод выше или ниже его направляющих питания, внутренняя структура защиты от электростатического разряда начнет работать. Внутренняя структура предназначена только для поддержания работоспособности детали во время обычной обработки, т. е. на заводе, но не для ситуации, описанной выше. Если току в этой структуре позволено подняться достаточно высоко, это выглядит как SCR и "защелкивается". Когда происходит защелкивание, устройство, как и SCR, будет продолжать пропускать столько тока, сколько позволяют рельсы источника питания, до тех пор, пока ток не будет удален, что обычно приводит к разрушению устройства. Способ обойти это состоит в том, чтобы ограничить ток, который может поступать в контакт, и предотвратить смещение структуры ESD вперед: http://www.tayloredge.com/reference/Electronics/EMIESD/InputProtection.pdf

,
Смотрите также: