LED tarafından üretilen gürültüyü ortadan kaldırmak için yardıma ihtiyacınız var

Elektronikte, elektronikte çok yeniyim.SE.com ve bu benim ilk projem, bu yüzden sorum bazı anahtar bilgileri kaçırırsa yanımda ol (bu durumda, sadece bir yorum bırak ve eksikleri eklemeye çalışacağım) bit).

106 farklı kanalda yaklaşık 500 LED'i kontrol eden bir cihaz yaptım. Tasarım önemli ölçüde:

• 1 anahtarlamalı 24V 3A güç kaynağı
• 5V çıkış veren 1 voltaj regülatörü
• AVR ATmega168 çalıştıran 1 kontrol kartı (voltaj regülatörüne bağlı)
• 106 LED tel (24V güç rayına bağlı)
• 7 TLC5940 (her biri 16 kanal) LED dizileri için sürücüler batırır (bunlar 24V'nin kalanını LED'lerden batırır, ancak mantıkları 5V regülatörden beslenir).

Her şey işe yarıyor, ancak bazen cihazımın beklenmedik bir şekilde sıfırlanmasını tetikleyen gürültü ile ilgili ağır sorunlar yaşıyorum .

DSO sahibi bir arkadaşım sayesinde konuyu araştırabildim ve bunlar benim bulgularım ...

Gürültü 5V güç rayında ve oldukça büyük, genel salıncak 2.55V. SPI kanallarının tümü nispeten etkilenmez:

Gürültü , SPI ileten veriler tarafından değil , LED'ler tarafından üretiliyor gibi görünmektedir (SPI kanallarından herhangi biri ile gürültü arasında belirgin bir korelasyon yoktur). Bu videoda (özür dilerim, buraya gömmek için bir yol bulamadık) AÇIK olan LED'lerin sayısının gürültünün genliğini etkilediğini, yoğunluklarının (PWM ile kontrol edilir) gürültünün uzunluğunu etkilediğini görebilirsiniz " burst "[youtube'daki video açıklaması hakkında daha fazla bilgi].

Gürültü frekansı ~ 8MHz'dir , bu benim kontrolör kartımın 16MHz'de ve SPI'm 250KHz'de çalıştığı göz önüne alındığında (en azından açıkça değil) kullanmıyorum.

Deneylerimi yaparken, DSO'nun sadece probun toprak terminali bağlandığında bile gürültüyü aldığını fark ettim. Bunu, gürültünün 5V beslemenin kararsızlığından değil , zemin seviyesinin salınan bir potansiyelinden kaynaklandığını gösteren bir işaret olarak yorumluyorum . Haklı mıyım?

Elektronikte tamamen yeni olmak ve bu alanda resmi bilgi birikiminden yoksun olmak, "İnternetten" bir dizi çözüm denedim, itiraf etmek gerekirse,% 100 olmadan senaryomda tam mantıklıydılar. Diğerleri arasında denedim:

• 1Kohm direnç ve 100nF kapasitör kullanarak düşük geçişli bir filtre oluşturmak ve 5V güç rayına yerleştirmek, ancak gürültü genlikte çok değişmedi.
• 5V rayını bazı tantal olanlar da dahil olmak üzere çeşitli farklı kapasitörlerle ayırmak [çeşitli derecelendirmeler] (görünür bir etki yok)
• toprak hattını ayırmak için (DSO'nun muz yapmasını sağladı)
• LED'leri, TLC kartını ve DSO'yu mümkün olduğunca "geri" dahil olmak üzere devremin farklı kısımlarına topraklamak için (yani topraklama döngülerini önlemek için bunları 24V PSU'nun toprak portuna ayrı kablolarla bağlamak) ... ayrıca bu durumda hiç şansım yoktu.

Yukarıdakileri yanlış bir şekilde yapmış olabilirim (yani çözüm yukarıdakilerden biridir, ancak yanlış uyguladım) bu yüzden - çözümün yukarıdakilerden biri olduğunu düşünüyorsanız, söylemekten çekinmeyin belki de bana “doğru” nasıl uygulanacağı konusunda bir yön veriyor olabilir.

Son not: Projemin fiziksel boyutu nedeniyle, tüm testleri, teçhizattan dikkatlice çıkardığım TLC tahtalarımdan sadece birini kullanarak gerçekleştirdim ve 5V kaynağı ile çalışan bazı bireysel test LED'lerini kullandım. Bununla birlikte, tüm donanım üzerindeki daha az doğru testler, "gerçek şey" deki davranışın test okumalarıyla tutarlı olduğunu gösterir.

Zaman ayırdığınız ve desteklediğiniz için şimdiden teşekkür ederiz!

Suçlu, LED'lerin kendileri değil, zararsızdır, ancak PWM aracılığıyla LED parlaklığını kontrol etmek için yüksek frekansta değişen TLC5940'lar. PWM çıkışlarına filtre uygulayamazsınız (bunu yapabilirsiniz, ancak parlaklık kontrolü artık düzgün çalışmıyor), bu yüzden bu çıktı, ancak güç kaynaklarını ayırma hakkında bir şeyler yapmaya çalışabilirsiniz. Çalışması garanti edilmez, kapsamın probunun bağlı olmayan sinyali alması muhtemelen yayıldığını gösterir, ancak denemeye değer.
TLC5940'ları gerektiği gibi ayırın. Çok fazla güç sağlamak zorundalar, bu da her bir cihaz için güç kaynağına paralel olarak 100 F, 1 F ve 100nF anlamına gelir , pimlere en yakın değer. 5V gücünüzü mikrodenetleyiciye doğru şekilde ayırın: $\mu$$\mu$

TLC5940 veri sayfasının ilk sayfasında çıkış pimleri üzerindeki mutlak maksimum voltajın +18 V olduğu belirtildiğinde, TLC5940 ile gerçekten 24 V güç kaynağı mı kullanıyorsunuz ?

5 V güç rayınızda 2,55 Vpp gürültü var mı? Bu o kadar kötü ki, belki de gerçek olmadığından şüpheleniyor - belki de 5 V güç rayınız iyi, ancak bir şey o kadar güçlü manyetik alanlar üretiyor ki, 'kapsam probunuzdan' kapsama alanınıza giden tel, bir anten gibi davranıyor, 2,55 Vpp gürültü alıyor.

Ben senin yerinde olsaydım, bir sonraki adım:

1. TLC5940 veri sayfasının 3. sayfasında belirtilen "17 V MAX Vo" dan daha az bir güç kaynağı kullanın - 12 VDC ve 15 VDC güç kaynakları oldukça yaygındır.
2. kabloları yeniden düzenleyerek manyetik gürültüyü azaltmayı deneyin
3. 5V regülatöre daha fazla filtre ekleyin
4. Önleme Gürültü ipuçlarını dikkatle okuyun ve uygulamaya çalışın .

manyetik gürültü

Yüksek akım devreniz +12 VDC güç kaynağından LED zincirlerinin bir ucuna, LED zincirinden TLC giriş pimlerine, TLC toprak pimlerinden, güç kaynağının GND konektörüne ve +12 VDC konnektörünü tekrar çıkarın. Bu döngü tarafından üretilen manyetik alan, bu halkanın (telleri farklı şekilde düzenleyerek kontrol edebileceğiniz) bu halkanın akımıyla (üzerinde çok az kontrole sahip olduğunuz) çarpılan alandır.

Bu döngünün alanını en aza indirmeye çalışın. Bu döngüyü 2 parçaya bölmeyi düşünün:

Düşük frekans döngüsü: güç kaynağından çalışan bir kabloda, TLC çipinin yakınındaki büyük bir kapasitöre, bu kapasitörü az çok doğrudan güç kaynağındaki +12 VDC ve GND konektörlerine bağlayan bir çift iletken. TLC çipinin GND'si de bu kapasitörün bir ucuna bağlandı. (10 uF seramik kapağa paralel olarak büyük bir 470 uF kapak).

Yüksek frekans döngüsü: TLC çipinden LED zincirine uzanan bir kabloda bükülmüş bir çift iletken. TLC çip çıkışını küçük bir dirence bağlayın (belki 10 Ohm?) Ve bu direncin diğer ucunu bükülmüş çiftin bir iletkenine bağlayın. Çiftin diğer iletkenini TLC çipinin yanındaki büyük kapasitörün +12 VDC tarafına bağlayın.

Roket Cerrahı cerrahının belirttiği gibi, düşük geçişli bir filtre yardımcı olabilir:

• RC alçak geçiren filtre: bu küçük direncin GND'ye kablo tarafından çok küçük bir kapasitör yardımcı olabilir, ancak çok büyük bir kapasitör PWM modülasyonunu bozar
• ferrit alçak geçiren filtre: Tüm kablonun etrafında bir ferrit bobini veya bükülmüş çiftin her iletkeninin biri veya her ikisi etrafında bir tane olmak üzere 2 ferrit boncuk yardımcı olabilir.

O olabileceğinden görünüyor TLC 12 VDC bağlı olması ihtiyacı olmadığını, bunun mümkün olan en kötü döngü üreten bir şekilde tel şeylere kolay hepsi: A 12 VDC güç kaynağı ile "12 VDC teli" Ayrık bir insanın bu tel ve dönüş yolu (LED zincirinden dönüş yolu, daha sonra LED zincirinin altından TLC'ye ve daha sonra TLC'nin zemini arasında durması için yeterli alan olacak şekilde LED zincirinin üstüne güç kaynağına geri takın), döngü alanı bir metrekare üzerinde, çok fazla manyetik gürültü üretir.

(belki de burada bir diyagram bunu daha açık hale getirecektir ...)

regülatör filtreleme

Güç kaynağı gerçekten bu kadar akımı idare edebilir mi? Güç kaynağı ile sistemin geri kalanı arasındaki uzun kablolar hızlı dalgalanmalarını destekleyemiyor olabilir mi?

+12 VDC hattındaki büyük salıncaklar belki de yetersiz CMRR nedeniyle 5V regülatörüyle bağlanıyor mu, belki de +12 VDC hattı o kadar düşük çekiliyor ki 5V regülatörü diğer cihazlarınızı sıfırlamak için yeterince düşüyor " ?

Önce hızlı bir teste gideceğim: + 5V regülatörünüzü, güç kaynaklarını bağlayan GND hariç, LED'lerinizi çalıştıran +12 V güç kaynağından tamamen bağımsız olan ikinci bir güç kaynağından (örneğin, +10 V güç kaynağından) sürün .

İkinci bir güç kaynağı sorunu çözüyor gibi görünüyorsa, belki daha fazla regülatör filtresi sistemin tek bir güç kaynağını bitirmesine izin verir: belki de regülatörün Vin pinine +12 VDC yolunda sadece küçük bir direnç ve diyot eklemeniz gerekir . Belki de regülatörün Vin pininden GND'ye daha fazla veya daha büyük kapasitörler ekleyin.

en iyi ayırma kapaklar

Gürültü frekanslarının tam olarak ne olduğunu biliyorsanız, bastırmak için en iyi ayırma kapakları, bu frekanslarda en düşük empedansa sahip kapaklardır. ( 1 / jwC ile hesaplanan teorik empedans değil, bu frekanslardaki fiziksel kapasitörlerin gerçek empedansı ). Şuna benzeyen bir "empedans vs frekans tablosu" kullanıyorsunuz:

(Tamara Schmitz ve Mike Wong'dan. "Bypass Kapasitörlerini Seçme ve Kullanma" .)

Bu tür grafikler her zaman çok düşük frekanslarda büyük kapasitans değerlerinin en iyi olduğunu gösterir; çok yüksek frekanslarda, fiziksel olarak küçük paketler en iyisidir.

Murata Chip Monolitik Seramik Kondansatörler kataloğunun 61. sayfasında gerçek bir empedans-frekans tablosu bulunmaktadır .

Gürültünüz rastgele değil ve çalmaya benziyor.

• Etkili devre, uçtaki kapalı LED'lerin kapasitansı ile endüktif kabloya keskin yükselme / düşme yüklenen yüksek frekanslı bir darbe kaynağıdır.

• Kablo nanohenry, mikrohenry aralığında endüktansa sahiptir

• Kapasite, LED başına yaklaşık birkaç pF'dir.

Dolayısıyla, öneri, cevap, PWM çıkışı ve yük arasına Low-Pass filtresi eklemek olabilir.