Zabezpieczenie obwodu z mikrokontrolerem STM32 przed ewentualnym zwarciem

[simba92]

Cześć !

Zaprojektowałem płytkę pcb z mikrokontrolerem STM32 z zasilaniem na 5V i 3V3 z dwoma stabilizatorami z 7.4V. Mam pytanie : jak mógłbym zabezpieczyć obwód 3V3 przed ew. zwarciem i uchronić cenny mikrokontroler ??? myślałem nad bezpiecznikiem na wyjściu stabilizatora 3V3, czy to sensowne rozwiązanie, czy może jakoś inaczej ?

[marek1707]

Przed zwarciem z czym?

Stabilizatory mają swoje zabezpieczenia - to właśnie są ich bezpieczniki. Znajdź dane katalogowe tego który użyłeś i tam będzie wszystko napisane. Jeśli za duży, weź mniejszy.

Żaden bezpiecznik nie zdąży przed półprzewodnikiem. Każdy tranzystor będzie szybszy (w konkurencji na prędkość spalania) niż najszybszy bezpiecznik.

[simba92]

marek1707 myślałem o zabezpieczeniu obwodu 3V3 przed jakimkolwiek zwarciu na tym obwodzie np. jak zwarcie napięcia z masą. Może pytanie trochę głupie, ale chciałbym w miarę możliwości zabezpieczyć mikrokontroler stm32 przed spaleniem, stm są bardzo wrażliwe 🙁 upaliłem już 2 przez przypadek np. robiłem pomiar czujnikiem wyprowadzonym na przewodach (zasilanym napięciem 3V3), który wypadł mi z rąk spadł na płytkę zwarł napięcie z masą i upalił procesor przez, który najprawdopodobniej popłynął prąd zwarciowy, czujnik był zasilany na linii 3V3. Nie specjalnie mogę zmieniać stabilizator, bo mam masę czujników i modułów podpiętych pod 3V3 tak samo jak procesor, stąd potrzebuję określoną wydajność prądową.

[deshipu]

Powiedzmy, że nawet dodasz przy każdej nóżce procesora jakiś element, który zabezpieczy ją przed zwarciem. Jak zabezpieczysz się przed zwarciem tych elementów?

Generalnie nie da się zabezpieczyć przed losowymi zwarciami w obrębie płytki, chyba najlepiej by było po prostu całą płytkę zaizolować, zalać w żywicy epoksydowej, włożyć do sejfu, zakopać 2m pod ziemią, a na górze wylać beton z ołowiem.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

Nic nie zrozumiałem (edit: piszę do simby). Zwarcie szyny zasilania do masy zmniejsza napięcie do 0V - to nie niszczy procesora a system zasilania ma swoje ograniczenia i to go chroni.

Jeśli masz problemy z upadaniem walających się po laboratorium elementów na płytki, wstawiaj je od razu w obudowy. Nie sposób zrobić zabezpieczeń na przypadkowe zwarcia między dowolnymi punktami układu, w tym między pinami scalaków. Więcej ostrożności, to precyzyjne hobby. Zabezpieczenia (przeciwzwarciowe, ESD, RF) buduje się na porty I/O oraz zasilania wystające na zewnątrz, bo tylko tam w normalnych warunkach użytkowania ktoś może zrobić układowi krzywdę. Pomyśl o ESD, może to załatwia Twoje płytki - wystarczy niewinne dotknięcie po powrocie za biurko. Nic nie poczujesz, a układ już nigdy nie wstanie albo co gorsza będzie działał dziwnie.

Napisz konkretnie o co Ci chodzi. Czego oczekujesz od zabezpieczenia które postulujesz? Być może taki układ jest sprzeczny w swej idei. Jeśli całość pobiera np. 100mA a port procesora pali się przy 40 (np. zwarcie stanu niskiego do Vcc), to nic na szynie zasilania nie zrobisz by takiemu uszkodzeniu portu zapobiec.

Dowiedz się też, czy Twoje procesory wymagają tzw. power sequencing tzn. jeśli mają więcej niż jedno zasilanie (np. VIO=3.3V i Vcore=1.2V) to w jakiej kolejności muszą się pojawiać i w jakiej znikać. To wymaganie jest często niedoceniane przez projektantów.

[simba92]

marek1707 chodzi o wstawienie bezpiecznika na wyjściu stabilizatora 3V3 jak na zamieszczonych plikach z eagla .sch i .brd i czy to ma sens. Jestem jeszcze laikiem i cały czas się uczę i spostrzeżenia osób z forum również te negatywne są mile widziane 🙂

Na poniższych zdjęciach pliki z Eagla z zaznaczoną szyną zasilania 3V3 :

oraz

[marek1707]

No to przecież właśnie o tym pisałem. Odpowiedz sobie na pytanie co chcesz zabezpieczać. Bezpieczniki topikowe lub te nowe, polimerowe mają czasy zadziałania rzędu sekund, zależne oczywiście od wielkości przekroczenia. Znajdź kartę katalogową jakiejś rodziny bezpieczników to będziesz wiedział o czym mówię. No i teraz dajmy na to masz jakieś urządzenie podczas 100ms udaru (włączania) pobierające 5A i normalnie w czasie pracy pobierające prąd 0.5A ale zasilacz potrafiący dostarczyć 8A lub nawet akumulator 100A. Wstawienie mu na zasilaniu szeregowego bezpiecznika zwłocznego zabezpiecza, kable, obudowę i otoczenie przed skutkami pożaru wywołanego przepływem zbyt dużego prądu. Ale nie zabezpiecza samego urządzenia przed niczym więcej. Zwykle to właśnie awaria urządzenia jest powodem zwarcia lub przeciążenia prądowegou a bezpiecznik jest po to, by zniszczenia "nie rozlały się" na otoczenie. Urządzenie już jest popsute.

W stabilizatorze liniowym masz wbudowane dwa ograniczenia: nadprądowe i termiczne. To pierwsze chroni tranzystor szeregowy przed udarem prądu przy zwarciu a drugie chroni cała strukturę przed przegrzaniem z powodu zbyt dużej wydzielanej w obudowie mocy. Pierwsze jest szybkie, ale jest to ograniczenie a nie wyłącznik. Po zwarciu nadal płynie tyle ile producent przewidział maksymalnie a dopiero gwałtowny wzrost temperatury powyżej 150°C odpala zabezpieczenie termiczne które obniża prąd do wartości takiej by temperatura trochę spadła. Gdy to się zadzieje, prąd znowu rośnie i stabilizator tak się huśta w okolicach tych swoich 120-150°C.

No i raz jeszcze: jeśli masz układ półprzewodnikowy który jest niszczony prądem np. 40mA w ciągu 1ms a całość normalnie pobiera z zasilania 100mA, to jakiego chcesz tam użyć bezpiecznika? Możesz wstawić np. 500mA, ale co on ochroni? Zadziała po kilku sekundach przepływu 1A (jeśli tyle stabilizator wypuści) i co z tego? Już dawno jest po sprawie.

Jeżeli robisz urządzenie w plastikowej obudowie i chcesz uchronić otoczenie przed skutkami takiego uszkodzenia układu w którym może on pobierać ciągle tak dużą moc z zasilacza, że może to stopić obudowę i wywołać pożar - wstawiasz bezpiecznik zaraz na wejściu.

Nie musisz rysować takich schemacików, chyba że pytanie jest bardzo szczegółowe. Jak na razie mamy bardzo ogólne "czy to ma sens". Nie wiem, bo nie wiem jaki jest cel Twojego działania. Opisz problem słowami: co konkretnie chcesz zabezpieczyć i przed skutkami czego. Już wiesz, że elementów półprzewodnikowych bezpiecznikiem nie ochronisz a stabilizatory mają własne, wbudowane ograniczenia. Poznaj je. Zajrzałeś do kart katalogowych tych 1117? Jeśli nie, to zrób to teraz. Policz - zakładając jakieś źródło zasilania - ile mocy będzie się wydzielało na tych scalakach w czasie zwarcia. Policz radiatory i temperaturę i zastanów się, czy otoczenie (PCB, obudowa) jest na to przygotowane. To właśnie jest nauka.

[simba92]

Ok, marek1707 muszę się zastanowić nad zepsutym stm32 i możliwościach jak do tego doszło przy czujniku, który spadł na płytkę bo wtedy poszedł jakiś łuk i błysnęło. Wylutowałem stabilizator i sprawdziłem ciągłość obwodu na pinie Vcc i Gnd stm32 i brzeczyk piszczy czyli stm32 poszedł w zaświaty 🙁 Ok, rozumiem odpowiedź tu trzeba się zastanowić co chronimy. Przemyśle problem i napiszę jakoś sensowniej pytanie później 🙁