Ferrytowy koralik vs dławik trybu wspólnego

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Odziedziczyłem górny obwód od poprzedniego projektanta z mojego zespołu robotyki. Obwód wykorzystuje dwie kulki ferrytowe, zener, TVS i kondensator do filtrowania mocy wejściowej. Energia przychodząca pochodzi z baterii. Wraz z obwodami cyfrowymi akumulatory są połączone z dużymi silnikami, co zapewnia bardzo głośne środowisko. Rozumiem, że za pomocą ferrytowych koralików Zener i TVS tłumią wszelkie kolce. Następnie duży kondensator utrzymuje wszelkie spadki. Ten obwód do tej pory działał dobrze.

Moje pytanie brzmi, czy zastąpienie koralików ferrytowych dławikiem zwykłym poprawia filtrowanie, czy nie jest zepsute, nie naprawiaj tego?

(Właśnie użyłem ogólnych składników, aby podać ogólny układ obwodu, góra to obwód prądowy, a dół to moja proponowana zmiana)

Informacje dodatkowe Obwody zmienią się w robota. Robot wykonany jest z wytłaczanego aluminium (nie uziemiony), a całość jest pokryta przezroczystym akrylem. Całość zasilana jest 24-ogniwowym 8-ogniwowym akumulatorem litowo-żelazowo-fosforanowym 20Ah 10C. Obwód cyfrowy pobiera około 1A. Silniki to dwa silniki na wózki inwalidzkie. Silniki są oceniane na maks. 60 A, ale nigdy nie są napędzane tak mocno, zwykle około 50% lub mniej. Silniki są napędzane przez sterowniki mostkowe Vex Victor H.

Chociaż pytania te wyglądają na bardzo szczegółowe, można je traktować jako bardziej ogólne pytanie filtrujące przypadki: „Jak można odfiltrować szum elektryczny pochodzący z silników elektrycznych?” .

Pierwszymi danymi, które musimy zebrać z wyprzedzeniem, jest rodzaj szumu, na który narażony jest nasz obwód. Czasami naprawdę trudno jest uzyskać te dane z wyprzedzeniem, czasem jeszcze trudniej jest zmierzyć hałas bez wcześniejszego doświadczenia i zaawansowanego sprzętu laboratoryjnego.

Ogólnie rzecz biorąc, możemy ocenić nasze źródła hałasu pod względem:

• Wewnętrzny lub zewnętrzny. Tj .: czy hałas przychodzi / jest generowany w naszym własnym systemie? Czy wychodzi poza nasz system?
• Mechanizm sprzęgający: sprzęgło pojemnościowe, sprzęgło indukcyjne, pętle uziemienia, promieniowanie EM ...
• Charakterystyka hałasu: przełączany, termiczny (gaussowski), strzał, migotanie ...
• Pasmo częstotliwości i Q. Jak wąski lub szeroki zakres ma nasz hałas? Czy nagle spada / znika poza tym pasmem (czynnik jakości)?

Powyżej jest niepełna lista częściowa, która może służyć jedynie jako punkt wyjścia.

Następnie jest wiele technik, mam na myśli dosłownie setki sztuczek i szersze podejścia w zależności od przypadku.

Zagłębiając się w szczegóły pierwotnego pytania, to moje najlepsze przypuszczenie co do rodzaju hałasu, jaki może wywołać system,

1. Hałas pochodzi głównie z samego układu, silników mocy i obwodów sterownika. 30A szczytowego prądu przełączania ma wysoką enouch do generowania impulsów, które mogą łatwo łączyć się z resztą obwodu.
2. Sprzężenie pojemnościowe, sprzężenie indukcyjne i pętle uziemienia mogą być tutaj źródłem problemów ze względu na impulsy wysokoprądowe przetworników.
3. Hałas jest przełączany, sądzę, że w obszarze poniżej 1 MHz, jednak rozbrojenie w zakresie 1-10 MHz może być łatwo generowane / promieniowane.

Kilka praktycznych wskazówek i technik radzenia sobie z hałasem w powyższym systemie:

• Jeśli to możliwe, fizycznie oddzielić silniki i sterowniki od reszty obwodów. Nie jest to oczywiście możliwe we wszystkich przypadkach, na przykład, jeśli masz jedną płytkę dla całej elektroniki. Jeśli jednak możesz sobie pozwolić na posiadanie dwóch oddzielnych kart, jednej do napędzania silników, a drugiej do reszty systemu, pomocne jest to.
• Unikaj problemów z uziemieniem i sprzężenia pętli hałasu, używając starannie przemyślanego połączenia gwiazdy do wszystkich obwodów, w tym sterowników zasilania, akumulatorów i podwozia.
• Nie pozwól, aby podwozie lub duża metalowa część unosiła się, ponieważ będzie oddziaływać z polami EM generowanymi przez silniki i sterowniki mocy, odbijając, propagując i / lub ponownie emitując pola EM jako dodatkowy hałas.
• Jeśli chodzi o same silniki i w zależności od typu silnika, z pewnością możesz zastosować filtry przeciwhałasowe w pobliżu / przymocowane do silników. W przypadku silników prądu stałego, które mogą nie być Twoim przypadkiem, dobrze jest lutować małe ceramiczne kondensatory na każdej fazie, jak najbliżej silnika. Wytrzymałe (wysokie napięcie) kondensatory 0,1 uF są dobrą regułą na początek. W zależności od zastosowania można również dodać kolejną parę kondensatorów ceramicznych z każdego z przewodów fazowych do obudowy. Uważaj na sprawdzenie dokładnego typu silnika i sterownika przed wybraniem się na tę trasę.
• Okablowanie łączące sterowniki i silniki powinno być jak najbliżej i być skręcone.
• Kondensatory odsprzęgające / obejściowe powinny być hojnie dodawane do linii energetycznych sterownika, w dwóch wariantach: kondensatory masowe (być może w setkach uF, w przypadku filtrowania niskiej częstotliwości) i kondensatory wysokiej częstotliwości (zwykle 0,1 uF).

Wracając do obwodu, który napisałeś, moje początkowe podejście będzie następujące:

• Nie używa się dławika w trybie wspólnym, ponieważ jest to bardziej wskazane w przypadku dźwięków sprzężenia pojemnościowego generowanych z zewnątrz systemu.
• Zastosowanie podwójnego filtrowania LC dla obu linii (powrót mocy i GND) lub jeszcze lepiej podwójnego filtra L pi. Jest to najbardziej skuteczny filtr dla szumu od KHz do niskich MHz . Duża cewka indukcyjna (w zakresie mH) połączona szeregowo z każdym z zacisków akumulatora znacznie poprawi hałas wpływający do cyfrowej części obwodu. Przeciwnie, koraliki ferrytowe są z natury rozpraszające i najlepiej nadają się na wyższe częstotliwości (dziesiątki MHz).
• Zastępując standardowy Zener i jednokierunkowy TVS dwukierunkowym wytrzymałym (wysokoenergetycznym) TVS. Zenera w twoim obwodzie można jednak zachować, jeśli twój regulator wejściowy nie jest w stanie wytrzymać małych szczytów przepięcia.
• Dodanie pary małych ceramicznych kondensatorów równolegle z kondensatorem luzem: na przykład 1 uF i 0,1 uF MLCC, konserwatywnie konserwowane (> 100 V). Zwiększy to skuteczność filtra dla wyższych częstotliwości (> 1 MHz).

Wreszcie, opracuj prosty sposób pomiaru obwodu w punktach krytycznych, aby zweryfikować skuteczność różnych podejść. Spróbuj wykonać test w podobnych okolicznościach, w jakich będzie działać prawdziwe urządzenie.

W razie potrzeby mogę podać więcej odniesień (książek, artykułów) do wyżej wymienionych podejść. Jeśli możesz określić bardziej szczegółowo niektóre części systemu, z pewnością zastosowane zostaną dodatkowe techniki filtrowania.

To zależy od środowiska twojej planszy. Nazwijmy biegun ujemny napięcia zasilania GND. Na przykład w samochodzie całe podwozie jest GND, ale jesteś podłączony tylko za pomocą pinów zasilających, a nie bezpośrednio na podwoziu. Twoja płyta ma pasożytniczą pojemność względem obudowy, więc przepłynie tam głośny prąd o wysokiej częstotliwości. Jeśli masz taki przypadek, dławik trybu wspólnego pomoże, ponieważ prąd o wysokiej częstotliwości będzie potrzebował przez VCC i linię zasilającą GND.

Jeśli twoja płytka wytwarza jakiś inny wewnętrzny szum HF, regulator przełączający lub jakiś procesor lub interfejs pamięci, większość prądu przepływa z sygnału wysokiej prędkości do twojego wewnętrznego GND (przełączanie wysokiej prędkości). Dławik trybu komunalnego nie zapobiegnie wydostawaniu się hałasu z twojego projektu, ponieważ płynie prąd i prąd płynie w tym samym czasie. W takim przypadku koralik ferrytowy byłby lepszym wyborem.

Sugeruję, aby zachować ferryty z kilku powodów. Problemy w trybie wspólnym można wyeliminować, jeśli sygnały na płycie mają większą pojemność do wewnętrznego GND w porównaniu z obudową lub innymi urządzeniami zewnętrznymi. Ponadto ferryty są tańsze przez większość czasu. Nie znam twojej specyfikacji, jednak pracuję w branży motoryzacyjnej, wziąłbym ferryty.

Dławik trybu wspólnego jest przydatny do zmniejszania szumu, który jest „trybem wspólnym” - oczywiście innymi słowy - podobny hałas obecny na obu liniach. Może to być przydatne do odfiltrowywania szumu o wysokiej częstotliwości, takiego jak sygnał RF dochodzący z nadajnika radiowego w pobliżu. Systemy z nieuziemioną metalową obudową mogą skorzystać, jeśli podejrzewa się, że szum HF jest indukowany (indukcyjnie lub pojemnościowo) do obu izolowanych linii energetycznych (na przykład, jeśli do obudowy podłączone są inne głośne układy elektryczne).

Pojedyncze kulki ferrytowe (jak pokazano) mogą zmniejszyć ostre skoki prądu, jeśli mają prawidłowe wymiary. Ogólnie rzecz biorąc, mniejsze perełki filtrują wyższe częstotliwości (chociaż materiał ferrytowy ma również znaczenie). Aby odfiltrować skoki o niskiej częstotliwości, zwykle potrzebujesz większych (grubszych perełek). Jeśli używane koraliki nie wydają się odpowiednie, zmień na większy rozmiar lub zamiast tego możesz użyć cewek o dużej wartości (podobne duże cewki są często stosowane w liniach energetycznych przechodzących do sprzętu audio HiFi - należy również zweryfikować bieżącą obsługę możliwości cewek indukcyjnych, jeśli są stosowane).

Ponadto dodanie ceramicznego kondensatora o małej wartości w parellelu z kondensatorem o dużej wartości może pomóc w filtrowaniu dodatkowego szumu o wysokiej częstotliwości. Duże kondensatory elektrolityczne mogą nie filtrować tak dobrze szumu o wysokiej częstotliwości.

Wreszcie ferryty działają najlepiej, gdy płynie pewien względny prąd szumu. Prądy szumowe indukują pola magnetyczne, które materiał ferrytowy rozprasza w postaci ciepła.

Zakładając, że hałas nie jest powszechnym trybem, użycie dwóch perełek (lub cewek indukcyjnych) wydaje się lepszym wyborem.

Włączanie urządzeń TVS zajmuje trochę czasu, podczas którego skoki napięcia wejściowego mogą dotrzeć do mikro-końca. Kulki ferrytowe mogą pomóc w ochronie urządzenia pod tym względem, podczas gdy dławik w trybie wspólnym oferuje jedynie minimalną impedancję (indukcyjność upływu) w przypadku różnicowego udaru. Jeśli potrzebujesz tłumienia trybu wspólnego, sugerowałbym użycie hybrydowego dławika trybu wspólnego w tym przypadku.

Wspólne dławienie i frrite niekoniecznie są sprzeczne. Istnieje również wiele różnych dławików trybu wspólnego, dla różnych prądów i zakresów częstotliwości. Ogólnie rzecz biorąc, musisz zrozumieć, przed czym chronisz. Jeśli redukujesz emisje przewodzące spowodowane przez prąd stały na pokładzie, wybierz dwa dławiki, aby pokryć zakres od 0,5 MHz do 50 MHz i od 500 MHz do 5 GHz. Później bardzo dobrze może pojawić się ferryt w trybie wspólnym. Nawiasem mówiąc, możesz potrzebować kondensatorów, aby stworzyć skuteczny filtr wokół dławików. I oczywiście zwróć uwagę na politykę naziemną twojego systemu.