Защита питания микроконтроллера от помех
Фильтрация помех по питанию является важным, хотя и не единственным средством повышения устойчивости работы МК. Это, как правило, первая ступень, которую надо обязательно пройти до конца. Обычно используют пассивные RC- и LC-фильтры, гораздо реже — активные транзисторные фильтры.
Если нельзя устранить причину помехи (с чего, по идее, и надо начинать анализ), то пытаются устранить следствие, т.е. ставят заградительные фильтры (Рис. 1, а...м). Окончательный вердикт об эффективности того или иного технического решения может дать лишь практика или детальное компьютерное моделирование реальных условий работы.
Стоит только отметить, что МК и присоединяемые к нему импульсные узлы, сами могут являться довольно серьёзным источником помех. Следовательно, вторая функция заградительных фильтров заключается в уменьшении уровня не только «входящих», но и «исходящих» помех.
Рис. 1. (а-г) Схемы фильтров по питанию (начало):
а) в непосредственной близости от выводов стабилизатора напряжения AI размещаются два конденсатора: электролитический C1 большой ёмкости для фильтрации НЧ-помех и керамический С2 малой ёмкости для фильтрации ВЧ-помех;
б) аналогично Рисунок 1, а, но с LC-фильтром. Как следствие, «скругляется» форма пульсаций выходного напряжения;
в) аналогично Рисунок 1, а, но с тремя конденсаторами разной ёмкости, каждый из которых действует в своей частотной области. Экспериментально следует подобрать оптимальные места установки конденсаторов на печатной плате, что позволяет заметно снизить амплитуду пульсаций;
г) разделение двух «пятивольтовых» каналов питания через LC-фильтры. Один из каналов может обслуживать цифровую, а другой канал — аналоговую часть устройства;
Рис. 1. (д-и) Схемы фильтров по питанию (продолжение):
д) снижение сетевых пульсаций и уровня шума в цепи питания методом фазовой компенсации. Транзистор VT1 усиливает переменную составляющую пульсаций, инвертирует её и частично компенсирует в точке соединения резисторов R2, R4
е) аналогично Рисунок 1, д, но на составных транзисторах VT1, VT2, что актуально для больших токов нагрузки;
ж) транзисторный фильтр на основе эмиттерного повторителя VT1, который ставится после диодного выпрямителя для снижения пульсаций сетевой частоты 50/100 Гц;
з) трансформатор Т1 снижает уровень синфазных помех. Если это не помогает, то можно изменить полярность включения одной (любой) обмотки трансформатора Т1 на противоположную (снижение уровня противофазных помех);
и) аналогично Рисунок 1, з, но для бортовой сети автомобиля. Трансформатор Т1 (точнее, двойной дроссель) разделяет «электрическую массу» шасси автомобиля и общий провод устройства:
Рис. 1. (к-м) Схемы фильтров по питанию (окончание):
к) комплексная фильтрация и защита гальванически изолированного DC/DC-преобразова-теля напряжения А1 в условиях сильных промышленных помех. Резистор R1 ограничивает ток через сапрессор VD1 при всплесках напряжения. Стабилитрон VD2 ограничивает в аварийной ситуации выходное напряжение на уровне +5.6 В, но он может выйти из строя при длительном протекании большого тока;
л) многоступенчатая система снижения ВЧ-помех на выходе. Фильтруются помехи как излучаемые в сеть 220 В, так и принимаемые из нее. Первая ступень заграждения — C1, Т1, С2, вторая ступень — СЗ...С6, третья ступень — R1, С7;
м) сеть 220 В подключается к трансформатору Т1, а сетевой источник питания для МК подключается к трансформатору Т2. Связка элементов Т1, C1, Т2 образует LC-фильтр, который уменьшает импульсные помехи, возникающие при включении мощных бытовых приборов, например, холодильника, утюга или СВЧ-печи.
Схема обладает стабилизирующим свойством — на входе переменное напряжение 190...250 В, а на выходе 216...228 В. Расчётные мощности трансформаторов Т1, Т2 должны быть больше мощности нагрузки. Если применяются трансформаторы с коэффициентом передачи 1:1, то конденсатор C1 ставят на напряжение 630 В.
Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.