Методы борьбы с шумами и помехами в слаботочных цепях

[DmitryR]

Всем привет, хотел бы получить пищу для размышлений на тему борьбы с шумами.

Имеется микроконтроллер, который управляет устройством, работающим с высоким напряжением (сотни вольт). Скорее всего ввиду этого по всем линиям сигналов мк наводится помеха, которая генерируется в момент переключения транзисторов высоковольтной цепи. Все это усугубляется тем, что в данный момент мк никак не экранирован и сигналы с него идут по проводам, которые тоже никак не экранированы.

Самым критичным является сигнал с мк (его частота 100-200 Гц, длительность 5-10 мксек), который управляет драйвером транзистора (не высоковольтного), из-за этой помехи, драйвер срабатывает, когда это не нужно.

Была попытка использовать RC фильтр, но особо результата не дало.
Может у кого будут советы, как можно подавить или срезать эту помеху так, чтобы полезный сигнал сильно не изменился. Про экранирование понятно, скорее всего это улучшит ситуацию, но пока нет возможности все это упаковать. Развязать по земле будет проблематично, на мк используются, помимо этих, еще и аналоговые сигналы (ЦАП, АЦП)

Вложения

3.jpg

(106.7 KiB) Скачиваний: 85

[mickbell]

Там всё смотреть надо: и схемотехнику - ВСЮ!, и как плата разведена, и как провода подключены, и какие корпуса, и как к ним выполнено подключение заземляющих проводников - нюансов СТОЛЬКО... Кстати, есть ли гальваноразвязка силовой части от МК?
Простейшее замечание: платы не могут быть двухсторонними, только многослойными, с проводниками во внутренних слоях.

PS. Гуглите "Генри Отт".

[DmitryR]

mickbell, Питание МК от БП (обычный зарядник от телефона), питание самого устройства от той же сети 220В, но земля мк соединена со всей землей. Т.е. гальваноразвязки нет, там если ее делать, надо кардинально многие вещи менять.
Я понимаю, что нюансов как защитить мк от помех силовой части много, но как можно не защитить мк от помехи, а подавить ее, когда она уже есть?

платы не могут быть двухсторонними, только многослойными, с проводниками во внутренних слоях.

Почему?

Спасибо за литературу, как раз искал что-нибудь по теме

[electroget]

DmitryR писал(а):

Самым критичным является сигнал с мк (его частота 100-200 Гц, длительность 5-10 мксек), который управляет драйвером транзистора (не высоковольтного), из-за этой помехи, драйвер срабатывает, когда это не нужно.

Как вариант, использовать изолированный драйвер затвора для транзисторов IGBT.
https://static.chipdip.ru/lib/286/DOC000286006.pdf
На ютубе есть ролик, где очень подробно всё рассказано и показано про такую доработку схемы.

[mickbell]

DmitryR писал(а):

платы не могут быть двухсторонними, только многослойными, с проводниками во внутренних слоях.

Почему?

Наружные слои - общий провод. Один из них может быть питанием, что для помехи практически общий. В результате сигнальные проводники оказываются между экранирующими слоями. Это первое. Второе, не менее существенное: общий провод нужно выполнять в виде полигона как можно большей площади и по минимуму (по возможности - совсем не) резать его проводниками, щелями и прочим. Это тоже заметно улучшает помехоустойчивость. Так же желательно выполнять и провод питания, но это не столь критично.
В тяжёлых случаях я бы, пожалуй, два наружных слоя определил специально под полигоны экрана, которые соединены с общим проводом других слоёв в единственной точке - входе питания. Говорю, ЭМС - это целая наука, всё рассказывать долго и нудно. Книжку таки почитайте. Ещё назову одну персоналию. Кечиев Леонид Николаевич. Я был на курсах по ЭМС, которые вёл он. Честно говоря, я ожидал другого, и, когда он начал давать материал, моя первая мысль была: "Что за херня? Стоило из-за этого в Москву переться?" Очень скоро я понял, что он глаголет истину. Почитайте и его книги, если время найдёте. У меня есть одна бумажная, с его автографом.

Последний раз редактировалось mickbell Чт окт 20, 2022 18:56:28, всего редактировалось 1 раз.

[DmitryR]

electroget, Там сейчас стоит IRS2104, он работает от 3.3 вольт и выше. Поставить с оптопарой на входе это примерно должно быть тоже самое, что и поставить отдельную оптопару перед драйвером. Но там помеха по амплитуде соизмерима с самим сигналом (3.3 вольта), а иногда доходит и до 4х вольт.
Оптопару пробовали ставить, помеха проходит и драйвер срабатывает

Добавлено after 4 minutes 45 seconds:
mickbell, Вы правы, несомненно, помехозащищенности надо уделять огромное внимание, но это надо будет переделать полностью плату и отдать в производство, а пока она еще на стадии прототипа, на котором не все отработано, что необходимо. Сейчас бы снизить эту наводку до той степени, когда на нее перестанет реагировать драйвер, а потом уже можно будет переделать всю плату

[electroget]

DmitryR писал(а):

там помеха по амплитуде соизмерима с самим сигналом (3.3 вольта), а иногда доходит и до 4х вольт.

Эта помеха в цепи чего? Она с какой стороны?

[HochReiter]

DmitryR, Джон Барнс тоже хорошая книга. Что до врЕменных решений, то шунтирование помеху уменьшает? А замена точек подключения питания, вернее, питаний? Откуда помеха - сопротивление, ёмкость, индуктивность - разобрались? Но по хорошему о помехах надо было думать с самого начала.

[Динозавр]

DmitryR, Двухобмоточные дроссели и витые пары ?

[mickbell]

От дифференциальной помехи слабо поможет. Откуда попрёт дифференциальная? Эх, хоть бы фото показал своего изделия... Например, со стока через миллерову ёмкость в затвор и далее.

[DmitryR]

electroget,

Эта помеха в цепи чего? Она с какой стороны?

Прям сразу на выходе микроконтроллера

HochReiter,

шунтирование помеху уменьшает?

Шунтирование не пробовали, это, я так понимаю, подключить второй провод от мк к драйверу?

А замена точек подключения питания, вернее, питаний?

Там только одна сеть 220 вольт, от нее все питается, могу только питание мк поменять, запитать его от другого источника.

Откуда помеха - сопротивление, ёмкость, индуктивность - разобрались?

Я про методы защиты от помех что-то знаю (экраны, многослойные пп и тд), но как определять источник помехи я пока не изучил

Динозавр,

Двухобмоточные дроссели и витые пары ?

Предлагаете по витой паре подключить мк к драйверу? Если по витой паре, то второй оба провода использовать для передачи сигнала или второй на землю?

mickbell,

Откуда попрёт дифференциальная?

По поведению мы предполагаем, что помеха возникает в момент работы силового транзистора, который переключает цепи с напряжением сотни вольт. Могу показать участок от мк до драйвера по схеме, но там все обычно, через резистор 1к и подтяжку к земле 10к

[Cаtоk]

обычный зарядник от телефона

могу только питание мк поменять

"пионерские" решения надо исключать в работе и что-то к ним добавлять (фильтры, симметрирующие конденсаторы, разделительный трансформатор)

[electroget]

DmitryR писал(а):

Прям сразу на выходе микроконтроллера

А тогда разбирайтесь с источником и цепями питания МК.

[DmitryR]

electroget, А есть ли смысл что-то делать с питанием мк, если он по земле все равно связан со всем устройством?

[electroget]

DmitryR,
Если источник помехи на стороне МК, то начинать разбираться следует именно с питания МК. Запитать МК от хорошего пауэрбанка например.
А "земля", если понимать электротехнически, это просто шина с нулевым потенциалом. Сама по себе "земля" не может быть источником помехи, потому что она не является источником какой-либо энергии.

[mickbell]

DmitryR писал(а):

electroget, А есть ли смысл что-то делать с питанием мк, если он по земле все равно связан со всем устройством?

Это всё слова. Без хотя бы схемы, на которой показаны все соединения, можно только гадать на кошачьем корме.

[Динозавр]

DmitryR, Если нагрузки витых пар (в каждой сигнал и общий) связаны по общему проводу, то и сами витые пары скрутить с большим шагом, (уменьшит индуктивные наводки от силового тока), можно весь жгут намотать на не мелкое ферритовое кольцо в один слой
(уменьшит ток помех в проводах витых пар).
Провода питания 220 и 5В тоже намотать на кольца или через двухобмоточные дроссели
(разорвёт петли через паразитные емкости БП) .