去年雨滴投資了一家做變頻水泵的公司億曼，雨滴這邊負(fù)責(zé)做變頻器的研發(fā)，這是一款低成本緊湊式小功率變頻器，因?yàn)榈统杀径揖o湊式，所以單片機(jī)沒(méi)有采用光耦隔離而是直接驅(qū)動(dòng)，此外因?yàn)榈统杀揪o湊要求，采用雙面板，并且按鍵，指示燈，數(shù)碼管都跟高壓區(qū)交織混合在一起。
　　因?yàn)橐郧皼](méi)有做變頻器的經(jīng)驗(yàn)，所以采購(gòu)了市場(chǎng)上的同類(lèi)產(chǎn)品作為參考，恢復(fù)了電路圖并且基于對(duì)方的控制時(shí)序，樣機(jī)很快就出來(lái)了，測(cè)試也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題，感覺(jué)難度不大，比較順利，于是我也就沒(méi)怎么管，讓同事直接負(fù)責(zé)。
　　去年年底億曼那邊反饋，長(zhǎng)期測(cè)試下發(fā)現(xiàn)按鍵偶爾會(huì)亂跳，比如按“+”鍵，結(jié)果“-”鍵也會(huì)起作用，而電路設(shè)計(jì)中不應(yīng)該出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，考慮到當(dāng)時(shí)我為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，去掉了一些電容，于是想著這個(gè)問(wèn)題可能是因?yàn)槿サ舻碾娙菀鸬?，所以開(kāi)年之后調(diào)整了電路設(shè)計(jì)，在按鍵這兒加了濾波電容，讓按鍵的硬件設(shè)計(jì)足夠穩(wěn)定，之前是采用軟件濾波來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外局部改進(jìn)了單片機(jī)的供電設(shè)計(jì)，原來(lái)的輔助電源310VDC通過(guò)開(kāi)關(guān)電源(VIPERA12A)轉(zhuǎn)到15VDC，15VDC再通過(guò)開(kāi)關(guān)電源(MC34063)轉(zhuǎn)到3.3VDC，我把后級(jí)15VDC轉(zhuǎn)3.3VDC改成了更低成本更可靠的AMS1117，提高可靠性。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源存在上電沖擊的可能，改成模擬電源可靠性可以提高。此外為了解決高溫帶來(lái)的小電解電容失效，改用瓷片電容替換小電解電容。
　　本來(lái)期望這個(gè)版本會(huì)比較好的，板子回來(lái)焊接調(diào)試好交給億曼測(cè)試，很快億曼反饋按鍵問(wèn)題還是存在，這個(gè)問(wèn)題不僅沒(méi)解決，反而更頻繁了，這一下引起我的重視，因?yàn)轳R上要下批量訂單了，這些看起來(lái)無(wú)關(guān)痛癢的烏云，往往會(huì)釀成大禍。但是當(dāng)時(shí)的反應(yīng)應(yīng)該是軟件設(shè)計(jì)存在bug，讓負(fù)責(zé)軟件的同事好好分析一下。
　　因?yàn)橛卸鄠€(gè)變頻器項(xiàng)目在運(yùn)行，其中有一個(gè)箱式的變頻器，面板上有數(shù)碼管和按鍵，它跟功率板分離的，兩者通過(guò)較長(zhǎng)的排線連接，一般的設(shè)計(jì)方式是在面板上放一顆stm8這類(lèi)的單片機(jī)，兩者通訊連接，而我們考慮到低成本，也為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，不想在面板上加單片機(jī)，但這樣因?yàn)檩^長(zhǎng)的引線，會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的干擾進(jìn)入功率板的單片機(jī)中。于是專(zhuān)門(mén)跟硬件設(shè)計(jì)人員講解這類(lèi)強(qiáng)干擾PCB的設(shè)計(jì)方式，尤其強(qiáng)調(diào)如何抗干擾。
　　這個(gè)時(shí)候，負(fù)責(zé)軟件的同事找不出按鍵問(wèn)題，于是把問(wèn)題矛頭引向了硬件，恰好硬件人員聽(tīng)了我的抗干擾設(shè)計(jì)原理，想到原來(lái)的板子按鍵中有兩顆濾波電容的位置就放在高壓區(qū)內(nèi)，于是懷疑是否是這個(gè)電容引起的，參考我給的方案，把這兩顆電容移入單片機(jī)所在的地平面內(nèi)，靠近單片機(jī)，這個(gè)按鍵亂的問(wèn)題就消失了，之后長(zhǎng)期測(cè)試都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，于是把這個(gè)結(jié)果告訴我，我過(guò)來(lái)看了一下，確實(shí)是PCB布線不規(guī)范，按鍵線被高頻高壓干擾了導(dǎo)致的問(wèn)題。
　　因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題的解決，讓我內(nèi)心比較擔(dān)憂，畢竟這類(lèi)消費(fèi)類(lèi)變頻器，利潤(rùn)比較低，量比較大，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，客戶不再信任，那將是災(zāi)難性的問(wèn)題。我們參考的變頻器廠家，聽(tīng)客戶說(shuō)不良率有些高，經(jīng)常表現(xiàn)為炸電解電容、單片機(jī)丟程序等問(wèn)題，并且看他們的機(jī)器也在不停的改進(jìn)，于是我又找來(lái)他們的板子分析，發(fā)現(xiàn)他們?cè)赑CB布線方面還比較初級(jí)，沒(méi)有考慮高低壓的干擾問(wèn)題，相反，我們這邊因?yàn)槭亲鍪謾C(jī)出身，同時(shí)又是做大功率高頻電源的，所以把手機(jī)及大功率高頻電源的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)融入了進(jìn)去，開(kāi)局方面就比他們高一層，只是按鍵這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)橐婚_(kāi)始的順利讓自己掉以輕心，沒(méi)有足夠的重視，一直讓同事負(fù)責(zé)PCB設(shè)計(jì)導(dǎo)致的問(wèn)題，于是接下來(lái)的幾天，自己不停琢磨這類(lèi)非隔離高低壓混合PCB布線的理論模型，便于指導(dǎo)同事布線。
　　非隔離變頻器，單片機(jī)部分是脆弱的，所以要保證單片機(jī)的可靠運(yùn)行，其電源及各個(gè)IO都需要被保護(hù)住，而地因?yàn)榉歉綦x，所以單片機(jī)的地是跟高壓的地連接在一起的，沒(méi)辦法隔離，那就充分利用地來(lái)做單片機(jī)的保護(hù)墻，在單片機(jī)所在的區(qū)域背面，鋪一層完整的地作為屏蔽層，利用地銅皮抗磁場(chǎng)特性及等電位，實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽。
　　其次3.3V電源，加一顆3.6V的穩(wěn)壓二極管保護(hù)，避免電源被強(qiáng)干擾影響導(dǎo)致單片機(jī)跑飛，一般我設(shè)計(jì)的設(shè)備都沒(méi)有看門(mén)狗的，這就需要在硬件上下功夫，確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
　　，各個(gè)IO因?yàn)闆](méi)有隔離，都需要抗干擾保護(hù)，比如按鍵輸入，就可以用濾波電容來(lái)保護(hù)，需要注意的是，這顆濾波電容必須要放在單片機(jī)附近的地平面內(nèi)，若這顆電容在高壓區(qū)，則毫無(wú)意義，反而起壞作用。輸出的LED燈，數(shù)碼管等，都需要通過(guò)串聯(lián)電阻或者三極管實(shí)現(xiàn)保護(hù)，這樣哪怕強(qiáng)干擾過(guò)來(lái)，可以有串聯(lián)的電阻抵抗一部分的干擾。注意這個(gè)電阻或者三極管都需要放置在地平面內(nèi)。IO很容易受到強(qiáng)干擾影響，所以需要通過(guò)類(lèi)似RC電路，保護(hù)IO。
　　以上三點(diǎn)可以這么理解：
　　1、單片機(jī)脆弱，所以要保護(hù)單片機(jī)，于是構(gòu)建一個(gè)以單片機(jī)為的城堡，那就是地平面
　　2、確保供電可靠，城堡內(nèi)加穩(wěn)壓二極管
　　3、確保各個(gè)IO通道可靠，城堡內(nèi)加RC濾波(自己根據(jù)實(shí)際情況決定或者R或者C，不一定非要RC)，LED、KEY等外設(shè)都對(duì)地設(shè)計(jì)，不要懸空，這樣可以降低靜電和干擾
　　還有第四點(diǎn)，在高頻高壓區(qū)的按鍵或者LED燈，盡可能遠(yuǎn)離高壓(降低電場(chǎng)干擾)，同時(shí)回路包圍的面積要盡可能的小(降低磁場(chǎng)干擾)
　　下圖為示意圖：

　　干擾問(wèn)題本質(zhì)跟靜電設(shè)計(jì)原理是一樣的，都是堵和疏的方式。
　　此外考慮到變頻器在應(yīng)用場(chǎng)合，存在水汽問(wèn)題，高壓之間的器件，盡可能距離遠(yuǎn)一些，這樣對(duì)水汽有一定的防范作用，哪怕涂了三防漆也有好處。