Czy konieczne jest oddzielenie kabli zasilania prądem stałym i kabli danych?

Rozmawiałem wcześniej z moim kolegą. Zasilacz prądu stałego nie jest przemienny, więc pole magnetyczne wytwarzane przez przewód zasilający prądu stałego jest stałe (prawda?). Teraz wiem, że regułą jest rozdzielanie kabli zasilających i kabli danych, ale zakładam, że w tym przypadku chodzi o zasilanie prądem przemiennym. Czy to ta sama zasada, jeśli chodzi o regulowany zasilacz prądu stałego?

Używamy skrętki dwużyłowej CAN-Bus obok regulowanych kabli zasilających prądu stałego (12V i GND). Rozumiem, że CAN jest odporny na szumy, ale jeśli miałbyś inny kabel do transmisji danych (powiedzmy UART, czyli szeregowy lub Ethernet), czy kable zasilające DC miałyby jakikolwiek wpływ? Jeśli tak, to dlaczego?

Odpowiedź brzmi: „Wszystko zależy”.

• Jakie jest obciążenie DC? Jeśli są to bardzo głośne obciążenia indukcyjne, będziesz mieć hałas na linii prądu stałego, a może to być znacznie więcej, niż myślisz
• Jaka jest szybkość sygnalizacji na liniach danych? Szybsze stawki są znacznie bardziej wrażliwe
• [EDYCJA] Jakie masz kodowanie linii? Wszelkie różnice, takie jak RS-485, będą znacznie bardziej niezawodne niż coś opartego na napięciu, na przykład RS-232

• Jakiego schematu kodowania używasz? Jeśli masz jakiś schemat z wykrywaniem błędów, być może będzie dobrze

• Co się stanie, jeśli w linii wystąpią błędy? Jeśli aktualizuje wyświetlanie zegara, z efektem małego przesunięcia czasu, który różni się od zrzucania ciężkich maszyn na pracowników.

Powiedziawszy to wszystko, to jest dość powszechne, aby mieć sygnał i zasilanie DC przyległych. Mam całkiem sporo podwodnej telemetrii, w której używamy specjalnie wykonanego kabla zasilającego na prąd stały i skrętki dla 24 VDC i RS-485 250 Kbit / s. W innym, znacznie głośniejszym środowisku, używamy 9600 bitów / s. Według komentujących, oczywiście zasilanie przez sieć Ethernet jest jednym z najlepszych przykładów szybkiego prądu stałego na duże odległości i dużej mocy prądu stałego oraz danych w tym samym kablu. (Długi i wysoki w porównaniu do na przykład USB lub magistrali na płytce drukowanej. 100 metrów, 12 watów).

Krótko mówiąc: jest to całkowicie wykonalne, ale zwracaj uwagę.

Prąd pobierany przez zasilacz prądu stałego zwykle nie jest stały. Zmiana prądu powoduje zmianę pola magnetycznego.

Może więc być konieczne oddzielenie zasilania i danych, a może nie być. W USB lub PoE Zasilanie i dane nie są oddzielne. W SATA tak jest.

Może być konieczne wykonanie pomiarów i oddzielenie kabli lub uzyskanie lepszego ekranowania między zasilaniem a danymi.

Szczerze mówiąc, AC vs DC nie jest tak naprawdę bardzo inspirujący.

Istnieją dwa powody oddzielenia zasilania od linii danych.

Pierwszy to bezpieczeństwo. Napięcia powyżej 50 V mogą stanowić ryzyko porażenia prądem. Prądy powyżej kilku wzmacniaczy mogą stanowić ryzyko pożaru. Z tego powodu przepisy elektryczne często wymagają albo pewnej separacji między obwodami sieci a obwodami komunikacyjnymi lub dodatkowych środków ostrożności (takich jak uziemione metalowe bariery lub izolacja znamionowa sieci na obu liniach zasilania i komunikacji, dokładnie to, co jest i nie jest dozwolone, będzie zależeć na jakie standardy pracujesz).

Drugi to interferencja. Jak mówisz, stały prąd stały nie połączy się z twoimi liniami komunikacyjnymi. Jeśli zdecydowałeś się na pół przyzwoitą skrętkę dla linii danych, prawdopodobnie nie będzie również problemu z 50 Hz. Prawdziwym problemem są transjenty i zakłócenia, które zbyt często kończą się na okablowaniu zasilania. To, jak źle to będzie, będzie bardzo zależeć od charakterystyki twoich dostaw i obciążeń.

W przypadku magistrali CAN 12 V zwykle nie ma dobrego powodu, aby oddzielać linie danych od własnych linii energetycznych urządzenia.

Każde certyfikowane urządzenie CAN musi przejść test odporności na sprzężony hałas przejściowy (ISO 7637 lub podobny), który określa dość trudne warunki, takie jak powtarzające się zakłócenia o wysokiej częstotliwości (np. Od przekaźnika wyładowującego łuk pod obciążeniem). Prawdopodobnie jest to znacznie gorsze niż hałas linii energetycznych własnego urządzenia, więc jeśli uda Ci się certyfikować urządzenie do użytku w samochodzie, będzie ono miało wystarczającą odporność, aby twój własny kabel zasilający 12 V w pobliżu nie stanowił problemu.

UART prawdopodobnie nie będzie działał w środowisku, w którym używana jest CAN.

Powodem oddzielenia zasilania AC od komunikacji jest kod elektryczny .

Przyczyną w Kodeksie jest ryzyko, że przewody zasilające uszkodzą i spowodują zwarcie napięć dystrybucyjnych prądu przemiennego (100–277 V) na przewodach komunikacyjnych, powodując ryzyko wyładowań łukowych / pożaru i porażenia prądem w miejscach, w których byłyby najmniej spodziewane.

Jest jeden wyjątek od Kodeksu. Jeśli obwód komunikacyjny, od mostka do rufy, od końca do końca, jest zaizolowany zgodnie ze standardami okablowania sieci (klasa 1), w tym sprzętem w punktach użytkowania , to tak, że okablowanie komunikacji w izolacji sieci może łączyć się z siecią . Kilka przykładów:

• 3-kierunkowe inteligentne przełączniki, które wykorzystują stary przewód komunikatora jako przewód komunikacji.
• oświetlenie biurowe z przekaźnikami zatrzaskowymi RR7, w których wysyłają napięcie 24 V do wszystkich lokalizacji przełączników, które następnie nawiązują chwilowy kontakt, aby wysłać napięcie 24 V z powrotem do przekaźników. Okablowanie jest zwykle prowadzone w kanale przystosowanym do zasilania sieciowego.
• Okablowanie Ethernet między urządzeniami sterującymi SCADA, gdzie wszystkie te urządzenia są umieszczone w obudowach przeznaczonych do zamykania okablowania sieciowego. Cały ten sprzęt jest oceniany pod kątem uzyskania 277 V.

To, czego nie możesz zrobić, to poprowadzić kabel Ethernet do kanału z przewodami sieciowymi, a następnie pozwolić, aby obwód LV / comms opuścił przewody sieciowe za pośrednictwem pokrywy Ethernet, wspólnego kabla i wtyczki do komputera. Tego „wyjścia” nie można zrobić.

Twoim obowiązkiem jest lokalne ładowanie z tłumieniem, aby zapobiec dzwonieniu.

Dzięki temu wahania prądu o wysokiej częstotliwości są minimalne.

Weźmy przykład: kosz na okablowanie mocy o wysokiej częstotliwości (szczyt 0,1 A, przy frędzlach 100 MHz, a więc dI / dT wynosi 0,1 ampera * d / dt (100 MHz) == 63 miliony amperów / sek. Aby uprościć matematykę, przyjmij zwrot RETURN mocy drut jest w pewnej odległości, więc założymy POJEDYNCZY przewód zasilający o wyjątkowo szybkim dzwonieniu.

Załóżmy, że ofiara ma 1 metr drutu na dane, a powrót_danych wynosi 1 mm, a nie skrętka.

Załóż odległość 1 mm między przewodami zasilania i danych.

Vinduce = [MU0 * MUr * Area / (2 * pi * Distance)] * dI / dT

Dla MU0 = 4 * pi * e-7, MUr = 1 (powietrze, miedź, aluminium, FR-4)

Vinduce = 2e-7 * Area / Distance * dI / dT [ignorujemy słaby współczynnik natural_log]

I podłączamy liczby

Vinduce = 2e-7 * 1 metr * 1 mm / 1 mm * 63 Milionów amperów na sekundę

Vinduce = interferencja 2e-7 * 1 * 0,63e + 7 = 1,26 wolta

rozwiązanie: użyj skrętek, z różnymi obrotami / calami gorącego ppwer w porównaniu do sygnałów danych

Co więc zrobić, jeśli JEDEN pakiet przewodów jest jedynym wyborem? Użyj „lokalnych baterii”.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}