Potrzebujesz pomocy w eliminowaniu hałasu generowanego przez diody LED

Jestem bardzo nowy w elektronice, na Electronics.SE.com i jest to mój pierwszy projekt, więc proszę o wyrozumiałość, jeśli moje pytanie nie trafi na kluczowe informacje (w takim przypadku zostaw komentarz, a spróbuję dodać brakujący bitów).

Zbudowałem urządzenie, które kontroluje około 500 diod LED w 106 różnych kanałach. Zasadniczo projekt jest następujący:

• 1 przełączany zasilacz 24V 3A
• 1 regulator napięcia, który wyprowadza 5 V.
• 1 płyta sterująca z systemem AVR ATmega168 (podłączona do regulatora napięcia)
• 106 ciągów LED (podłączonych do szyny zasilającej 24V)
• 7 TLC5940 (po 16 kanałów) zatapia sterowniki dla ciągów diod LED (które zatapiają pozostałe 24 V z diod LED, ale ich logika jest zasilana z regulatora 5 V).

Wszystko działa, ale mam poważne problemy z hałasem, który czasami wyzwala nieoczekiwany reset mojego urządzenia .

Dzięki przyjacielowi, który ma OSD, mogłem zbadać sprawę i oto moje ustalenia ...

Hałas jest na szynie zasilania 5V i jest dość duży, ogólny huśtawka istota 2.55V. Wszystkie kanały SPI pozostają stosunkowo nienaruszone:

Szum wydaje się być generowany przez diody LED , a nie przez transmisję danych SPI (nie ma oczywistej korelacji między żadnym kanałem SPI a szumem). W tym filmie (przepraszam, nie mogłem znaleźć sposobu na osadzenie go tutaj) widać, że liczba włączonych diod LED wpływa na amplitudę hałasu, a ich natężenie (kontrolowane przez PWM) wpływa na długość szumu ” seria ”[więcej szczegółów na temat opisu filmu na youtube].

Częstotliwość szumu wynosi ~ 8 MHz , co jest częstotliwością, której nie używam (przynajmniej nie wyraźnie), biorąc pod uwagę, że moja płyta kontrolera działa na 16 MHz, a mój SPI na 250 KHz.

Podczas eksperymentów zdałem sobie sprawę, że DSO wychwytuje hałas, nawet gdy podłączony jest tylko zacisk uziemienia sondy. Interpretuję to jako znak, że hałas nie jest spowodowany niestabilnością zasilania 5 V, ale oscylującym potencjałem poziomu gruntu . Czy mam rację?

Będąc całkowicie nowym w elektronice i nie posiadając formalnej wiedzy w tej dziedzinie, wypróbowałem wiele rozwiązań „z Internetu”, co prawda, nie będąc w 100%, miało w moim przypadku pełny sens. Próbowałem między innymi:

• zbudować filtr dolnoprzepustowy za pomocą rezystora 1Kohm i kondensatora 100nF i umieścić go na szynie zasilającej 5V, ale hałas nie zmienił się znacznie w amplitudzie.
• odłączyć szynę 5V za pomocą różnych kondensatorów, w tym niektórych tantalowych [różne parametry] (brak widocznego efektu)
• rozdzielić linię naziemną (zmusić DSO do przejścia na banany)
• aby uziemić diody LED, płytkę TLC i DSO do różnych części mojego obwodu, w tym jak najdalej z tyłu (tj. podłączając je osobnymi przewodami do portu uziemienia zasilacza 24V, aby uniknąć pętli uziemienia) ... ale także w tym przypadku nie miałem szczęścia.

Może być tak, że zrobiłem powyższe w niewłaściwy sposób (tj. Że rozwiązanie jest jednym z powyższych, ale że zaimplementowałem je źle), więc - jeśli uważasz, że rozwiązanie jest jednym z powyższych, nie wahaj się powiedzieć to może dać mi wskazówki, jak to zrobić „dobrze”.

Uwaga końcowa: ze względu na fizyczny rozmiar mojego projektu wszystkie testy wykonałem przy użyciu tylko jednej z moich płytek TLC, którą ostrożnie wyjąłem z platformy i użyłem kilku indywidualnych testowych diod LED zasilanych ze źródła 5 V. Jednak mniej dokładne testy na pełnej platformie pokazują, że zachowanie w „prawdziwej rzeczy” jest zgodne z odczytami testowymi.

Z góry dziękuję za poświęcony czas i wsparcie!

$\mu$$\mu$

Czy naprawdę używasz zasilacza 24 V z TLC5940, kiedy pierwsza strona arkusza danych TLC5940 wyraźnie stwierdza, że ​​absolutne maksymalne napięcie na stykach wyjściowych jest oceniane na +18 V?

Hałas 2,55 Vpp na szynie zasilającej 5 V? To tak źle, że podejrzewam, że być może nie jest to prawda - być może twoja szyna zasilająca 5 V jest w porządku, ale coś wytwarza pola magnetyczne tak silne, że drut od twojej sondy „do sondy” do twojego ”działa jak antena, odbiera 2,55 Vpp hałasu.

Gdybym był tobą, moje następne kroki to:

1. Użyj zasilacza mniejszego niż „17 V MAX Vo” wymienionego na stronie 3 arkusza danych TLC5940 - zasilacze 12 VDC i 15 VDC są dość powszechne.
2. spróbuj zmniejszyć hałas magnetyczny poprzez zmianę rozmieszczenia przewodów
3. dodaj więcej filtrowania do regulatora 5 V.
4. dokładnie przeczytaj i spróbuj zastosować wskazówki dotyczące unikania hałasu .

hałas magnetyczny

Twoja pętla wysokoprądowa biegnie od zasilacza +12 VDC, przez jeden koniec łańcuchów LED, przez łańcuch LED, do styków wejściowych TLC, poza styki uziemiające TLC, z powrotem do złącza GND zasilacza i ponownie wyjmij złącze +12 VDC. Pole magnetyczne wytwarzane przez tę pętlę jest obszarem tej pętli (którą można kontrolować, układając przewody w inny sposób) pomnożonym przez prąd tej pętli (nad którym masz niewielką kontrolę).

Spróbuj zminimalizować obszar tej pętli. Rozważ podzielenie tej pętli na 2 części:

Pętla niskiej częstotliwości: para przewodów w kablu biegnącym od zasilacza do dużego kondensatora w pobliżu układu TLC, mniej więcej bezpośrednio łączącego ten kondensator ze złączami +12 VDC i GND zasilacza. GND układu TLC jest również podłączony do jednego końca tego kondensatora. (być może duża nasadka 470 uF równolegle z ceramiczną nasadką 10 uF).

Pętla wysokiej częstotliwości: skręcona para przewodów w kablu biegnącym od układu TLC do łańcucha LED. Podłącz wyjście układu TLC do małego rezystora (może 10 Ohm?), A drugi koniec tego rezystora podłącz do jednego przewodu skrętki. Podłącz drugi przewodnik pary po stronie +12 VDC dużego kondensatora w pobliżu układu TLC.

Jak zauważył chirurg Rocket Surgeon, filtr dolnoprzepustowy może pomóc:

• Filtr dolnoprzepustowy RC: bardzo mały kondensator od strony kabla tego małego rezystora do GND może pomóc, ale zbyt duży kondensator popsuje modulację PWM
• ferrytowy filtr dolnoprzepustowy: może pomóc dławik ferrytowy wokół całego kabla lub 2 kulki ferrytowe, po jednym wokół każdego przewodu skręconej pary lub obu.

Ponieważ może się wydawać, że TLC nie musi być podłączony do +12 VDC, wszystko można łatwo podłączyć w taki sposób, aby uzyskać najgorszą możliwą pętlę: dyskretny „drut +12 VDC” z zasilacza 12 VDC na szczyt łańcucha LED, z wystarczającą ilością miejsca, aby człowiek mógł stanąć między tym drutem a ścieżką powrotną (droga powrotna przez łańcuch LED, następnie od dołu łańcucha LED do TLC, a następnie od masy TLC z powrotem do zasilacza), o powierzchni pętli ponad metr kwadratowy, wytwarzając dużo szumu magnetycznego.

(być może schemat tutaj by to wyjaśnił ...)

filtrowanie regulatora

Czy zasilacz naprawdę jest w stanie poradzić sobie z tak dużym prądem? Czy może długie kable między zasilaczem a resztą systemu nie są w stanie obsłużyć szybkich impulsów udarowych?

Czy może duże wahania na linii +12 VDC mogą być sprzężone przez regulator 5 V z powodu niewystarczającego CMRR, a może nawet linia +12 VDC jest tak pociągnięta tak nisko, że regulator 5 V „spada” wystarczająco nisko, aby zresetować pozostałe urządzenia ?

Najpierw wybrałbym szybki test: przeprowadź regulator + 5 V z drugiego źródła zasilania (powiedzmy zasilacza +10 V) całkowicie niezależnie od zasilacza +12 V napędzającego diody LED, z wyjątkiem GND łączącego zasilacze .

Jeśli wydaje się, że drugi zasilacz rozwiązuje problem, być może większe filtrowanie regulatora pozwoliłoby systemowi opuścić jeden zasilacz: być może wystarczy dodać mały rezystor i diodę na ścieżce od +12 VDC do styku Vin regulatora . Być może również dodaj więcej lub większe kondensatory z pinu Vin regulatora do GND.

najlepsze czapki odsprzęgające

Jeśli dokładnie wiesz, jakie są częstotliwości szumów, najlepsze czapki odsprzęgające do tłumienia to czapki o najniższej impedancji na tych częstotliwościach. ( Rzeczywista impedancja kondensatorów fizycznych przy tych częstotliwościach, a nie impedancja teoretyczna obliczona przez 1 / jwC). Używasz „wykresu impedancji vs częstotliwości”, który wygląda mniej więcej tak:

(od Tamary Schmitz i Mike'a Wonga. „Wybieranie i używanie kondensatorów obejściowych” .)

Takie wykresy zawsze pokazują, że przy bardzo niskich częstotliwościach najlepsze są duże wartości pojemności; przy bardzo wysokich częstotliwościach najlepsze są fizycznie małe paczki.

Rzeczywista tabela impedancji w funkcji częstotliwości znajduje się na stronie 61 katalogu monolitycznych ceramicznych kondensatorów Murata Chip .

Twój hałas nie jest przypadkowy i wygląda jak dzwonienie.

• W efekcie obwód jest źródłem impulsów o wysokiej częstotliwości z ostrym wzrostem / spadkiem obciążonym kablem indukcyjnym o pojemności zamkniętych diod LED na końcu.

• Kabel ma indukcyjność w nanohenry, zakres mikrohenry

• Pojemność wynosi około kilku pF na diodę LED

Zatem odpowiedzią może być dodanie filtra dolnoprzepustowego między mocą wyjściową PWM a obciążeniem.