Ferrit boncuk vs ortak mod boğulma

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Robotik ekibimdeki eski tasarımcıdan üst devreyi devraldım. Devre, gelen gücü filtrelemek için iki ferrit boncuk, bir zener, bir TVS ve bir kapasitör kullanır. Gelen güç pillerden geliyor. Dijital devrelerin yanı sıra, aküler çok gürültülü ortamlar için onlara bağlı büyük motorlara sahiptir. Anladığım kadarıyla ferrit boncukların yardımıyla zener ve TVS herhangi bir çiviyi bastırıyor. Sonra büyük kondansatör düşmeleri tutar. Bu devre şu ana kadar iyi çalıştı.

Benim sorum, ferrit boncukları ortak bir mod boğucu ile değiştirmenin filtrelemeyi iyileştirip iyileştirmediği veya kırılmadığı mı düzeltmiyor?

(Genel devre düzenini vermek için genel bileşenleri kullandım, üst geçerli devre ve alt benim önerilen değişikliğim)

Ek bilgi Devre bir robota giriyor. Robot, çekilmiş alüminyumdan (topraklanmamış) yapılmıştır ve her şey berrak akrilik ile kaplanmıştır. Her şey bir 24V 8 hücreli lityum demir fosfat 20Ah 10C pil ile çalışır. Dijital devre yaklaşık 1A çekiyor. Motorlar iki tekerlekli sandalye motorudur. Motorlar maksimum 60A değerindedir ancak genellikle% 50 veya daha az, hiç bu kadar zor sürülmezler. Motorlar Vex Victor H köprü motor kontrolörleri tarafından sürülür.

Bu sorular çok özel görünse de, gerçekten çok daha genel bir durum filtreleme sorusu olarak ele alınabilir: "Bir kişi elektrik motorlarından gelen elektrik gürültüsünü nasıl filtreleyebilir ?" .

Önceden toplamamız gereken ilk bilgi verisi, devremizin maruz kaldığı gürültü türüdür. Bazen bu verileri önceden almak gerçekten zordur, bazen gürültüyü önceden deneyimlemek ve son teknoloji laboratuar ekipmanı olmadan ölçmek daha zordur.

Genel olarak, gürültü kaynaklarımızı aşağıdakiler açısından değerlendirebiliriz:

• İçsel veya dışsal. Yani, gürültü kendi sistemimizde geliyor mu / üretiliyor mu? Yoksa sistemimizin dışına mı çıkıyor?
• Bağlantı mekanizması: kapasitif bağlantı, endüktif bağlantı, toprak halkaları, EM radyasyon ...
• Gürültünün özellikleri: Anahtarlamalı, termal (gauss), atış, titreşimsiz ...
• Frekans bandı ve S. Gürültümüz ne kadar dar veya geniş bir banttır? Grubun dışına aniden düşüp kayboluyor mu (kalite faktörü)?

Yukarıdakiler, eksik olan ve yalnızca bir başlangıç ​​noktası olarak işlev görebilecek olan kısmi bir listedir.

Sonra, birçok teknik var, demek istediğim kelimenin tam anlamıyla yüzlerce numara ve duruma bağlı olarak daha geniş yaklaşımlar var.

Orjinal sorunun özelliklerini inceleyerek, bu sistemin neden olabileceği gürültü türüne dair en iyi tahminimdir .

1. Gürültü, esas olarak sistemin kendisinden, güç motorlarından ve sürücü devrelerinden geliyor. 30A pik anahtarlama akımı, devrenin geri kalanına kolayca bağlanabilen bakliyatlar üretmek için yüksektir.
2. Kapasitif kuplaj, endüktif kuplaj ve şasi halkaları, sürücülerin yüksek akım darbeleri nedeniyle burada bir sorun kaynağı olabilir.
3. Gürültü değiştirildi, 1MHz'nin altındaki bölgede, ancak 1-10MHz aralığında bulunan armonikler kolayca üretilebilir / yayılabilir.

Yukarıdaki sistemdeki gürültü ile ilgili bazı pratik ipuçları ve teknikler:

• Mümkünse, motorları ve sürücüleri fiziksel olarak devrelerin geri kalanından ayırın. Bu, her durumda, örneğin, tüm elektronikler için tek bir tahtanız varsa mümkün değildir. Bununla birlikte, biri motorları sürmek için, diğeri sistemin geri kalanı için olmak üzere iki ayrı panele sahip olabilirseniz, bunu yapmakta fayda var.
• Elektrikli sürücüler, bataryalar ve şasi dahil, tüm devreleriniz için dikkatlice düşünülmüş bir yıldız toprak bağlantısı kullanarak, topraklama sorunlarından ve gürültünün halka bağlantısından kaçının.
• Motorların ve güç sürücülerinin ürettiği EM alanları ile etkileşime girip EM alanlarını ek gürültü olarak yansıtan, yayan ve / veya yeniden yayan herhangi bir şasinin veya büyük metal parçanın yüzmesine izin vermeyin.
• Motorların kendileri ile ilgili olarak ve motorun türüne bağlı olarak, motorlarınıza yakın / takılı olarak kesinlikle gürültü filtreleri uygulayabilirsiniz. Sizin durumunuz olmayabilir DC motorlar için, her faz boyunca küçük seramik kapasitörleri motora mümkün olduğunca yakın lehimlemek akıllıca olacaktır. Sağlam (yüksek voltaj) 0.1 uF kondansatörler başlamak için iyi bir kuraldır. Uygulamaya bağlı olarak, faz hatlarının her birinden kasaya bir başka çift seramik kondansatör ekleyebilirsiniz. Bu rotaya gitmeden önce motor tipini ve sürücüyü kontrol etmekten kaçının.
• Sürücüleri ve motorları birbirine bağlayan kablo mümkün olduğu kadar yakın olmalı ve bükülmelidir.
• Dekuplaj / bypass kapasitörleri sürücünüzün elektrik hatlarına iki farklı şekilde cömertçe eklenmelidir: toplu kapasitörler (düşük frekanslı filtreleme için belki yüzlerce uF'de) ve yüksek frekanslı kapasitörler (tipik olarak 0.1uF).

Gönderdiğiniz devreye geri dönersek, ilk yaklaşımım şu şekilde olacaktır:

• Sisteminizin dışından üretilen kapasitif kuplaj sesleri için daha fazla belirtildiği gibi, ortak mod bobini kullanmamak.
• Her iki hat (güç ve GND dönüşü) veya daha da iyisi bir çift L pi filtre için çift LC filtreleme uygulamak. Bu, KHz ila düşük MHz gürültüsü için en etkili filtredir . Her bir akü terminali ile birlikte seri halinde bulunan büyük bir indüktör (mH aralığında), devrenizin dijital kısmına giren gürültüyü büyük ölçüde artıracaktır. Ferrit tanecikleri, aksine, kendi doğası gereği dağılır ve daha yüksek (düzinelerce MHz frekansları) için uygundur.
• Çift yönlü sağlam (yüksek enerji) TV'ler için standart zener ve tek yönlü TV'lerin yerini alması. Bununla birlikte, giriş düzenleyiciniz küçük aşırı gerilim tepe noktalarına dayanamıyorsa, devrenizdeki zener tutulabilir.
• Kütle kapasitörüne paralel olarak bir çift küçük seramik kondansatör eklenmesi: örneğin 1 uF ve 0,1 uF MLCC'ler (muhafazakar (> 100V)). Bu, daha yüksek frekanslar için (> 1MHz) filtre verimliliğinizi artıracaktır.

Son fakat en az değil, farklı yaklaşımların etkinliğini doğrulamak için devrenizi kritik noktalarda ölçmenin basit bir yolunu bulun. Lütfen, gerçek koşullar altında çalışacağı gibi, benzer koşullar altında test etmeye çalışın.

Gerekirse, yukarıdaki yaklaşımlara daha fazla referans (kitap, makale) sağlayabilirim. Sisteminizin bazı kısımlarını daha ayrıntılı olarak belirtebilirseniz, kesinlikle ek filtreleme teknikleri uygulanacaktır.

Tahtanızın ortamına bağlıdır. Besleme gerilimi GND'nizin negatif kutbunu diyelim. Örneğin, bir otomobilde, tüm şasi GND'dir, ancak doğrudan şase üzerine değil, sadece besleme pinlerinize bağlanırsınız. Panonuz şasiye karşı parazit kapasitansa sahip, bu nedenle gürültülü HF akımı orada akacak. Böyle bir durum varsa, ortak mod şoku yardımcı olacaktır, çünkü HF akımı VCC'nizden ve GND besleme hattınızdan ihtiyaç duyacaktır .

Anakartınız bir tür başka HF-Gürültü dahili, bir anahtarlama düzenleyicisi veya bir tür CPU veya bellek arayüzü yaratırsa, akımın çoğu yüksek hızlı sinyalden dahili GND'nize (Yüksek hızlı anahtarlama) akar. Commom modu boğması, gürültünün tasarımınızdan çıkmasını engellemez, çünkü aynı anda akan bir akım ve akan bir akım vardır. Bu durumda bir Ferrit Boncuk daha iyi bir seçim olacaktır.

Ferritleri bazı nedenlerden dolayı saklamanızı öneririm. Tahtadaki sinyallerin şasi veya diğer harici cihazlara göre dahili GND'niz için daha fazla kapasitansı varsa, Genel Mod sorunları ortadan kaldırılabilir. Buna ek olarak, ferritler çoğu zaman daha ucuzdur. Şartnamenizi bilmiyorum, ancak otomotiv endüstrisinde çalışıyorum, ferritleri alırdım.

Yaygın bir mod boğması, "ortak mod" olan gürültüyü azaltmak için yararlıdır - açıkçası, diğer bir deyişle - her iki hatta bulunan benzer gürültü. Bu, yakındaki bir radyo vericisinden gelen bir RF sinyali gibi yüksek frekanslı gürültüyü filtrelemek için yararlı olabilir. Topraklanmamış metal mahfazaya sahip sistemler, izole edilmiş her iki güç hattına (örneğin mahfazaya bağlı başka noisey elektrik sistemleri varsa), HF gürültüsünün indüktif veya kapasitif olarak indüklendiğinden şüpheleniliyorsa yararlanabilir.

Tekli ferrit boncuklar (gösterildiği gibi) doğru boyutlandırılmışlarsa keskin akım yükselmelerini azaltabilir. Genel olarak daha küçük boncuklar daha yüksek frekansları filtreler (ferrit malzemenin de önemi olsa da). Düşük frekanstaki ani dalgaları filtrelemek için genellikle daha büyük (daha kalın boncuklar) gerekir. Kullanılan boncuklar yeterli görünmüyorsa, daha büyük bir boyuta değiştirin veya bunun yerine büyük değerli indüktörler kullanabilirsiniz (benzer büyük endüktörler genellikle ses ekipmanına giden elektrik hatlarında kullanılır - ayrıca mevcut işleme doğrulamanız gerekir. kullanılıyorsa indüktörlerin yetenekleri).

Ayrıca, yüksek değerli kapasitörlü parsel içine küçük bir değer seramik kondansatör eklemek, bazı ek yüksek frekans gürültülerinin filtrelenmesine yardımcı olabilir. Büyük elektrolitik kondansatörler yüksek frekanslı gürültüyü bu kadar iyi filtreleyemez.

Son olarak, ferritler akan bir miktar nispi gürültü akımı olduğunda en iyi şekilde çalışır. Gürültü akımları, ferrit malzemenin ısı olarak parçaladığı manyetik alanları indükler.

Bu nedenle, gürültünüzün genel mod olmadığı varsayılırsa, iki tanenin (veya indüktörlerin) kullanılması daha iyi bir seçenek gibi görünmektedir.

TVS cihazlarının, giriş voltajındaki ani mikro uçlara ulaşabileceği zaman açılması biraz zaman alır. Ferrit tanecikleri, cihazın bu bakımdan korunmasına yardımcı olabilirken, ortak mod boğması, diferansiyel dalgalanma olayı için sadece minimum engel (sızıntı endüktansı) sunar. Ortak mod zayıflamanız gerekiyorsa, bu durumda hibrit bir ortak mod bobini kullanmanızı öneririm.

Genel mod boğulma ve frrite mutlaka çelişmez. Ayrıca, çeşitli akımlar ve frekans aralıkları için birçok farklı ortak mod şoku vardır. Genel olarak, neyi neyin koruduğunu anlamalısınız. Dahili dc / dc'nin neden olduğu kaynaksal emisyonları azaltıyorsanız, 0.5MHz ila 50MHz ve 500MHz ila 5GHz aralığını kapsayacak şekilde iki şok seçin. İkincisi çok iyi bir ortak mod ferrit görünebilir. Bu arada, bobinlerin etrafında etkili filtre oluşturmak için kapasitörlere ihtiyaç duyabilirsiniz. Ve elbette, sisteminizin temel politikasına dikkat edin.