Manik ferit vs mode tersedak umum

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Saya mewarisi sirkuit teratas dari desainer sebelumnya di tim robotika saya. Rangkaian ini menggunakan dua manik ferit, zener, TVS, dan kapasitor untuk menyaring daya yang masuk. Daya yang masuk berasal dari baterai. Seiring dengan sirkuit digital, baterai memiliki motor besar yang terhubung sehingga membuat lingkungan yang sangat bising. Pemahaman saya adalah bahwa dengan bantuan manik-manik ferit zener dan TVS menekan paku. Kemudian kapasitor besar menahan tetesan air. Sirkuit ini telah bekerja dengan baik sejauh ini.

Pertanyaan saya adalah apakah mengganti manik-manik ferit dengan mode umum tersedak meningkatkan penyaringan atau jika tidak rusak jangan memperbaikinya?

(Saya hanya menggunakan komponen generik untuk memberikan tata letak rangkaian umum, bagian atas adalah rangkaian saat ini dan bagian bawah adalah perubahan yang saya usulkan)

Info tambahan Sirkuit akan menjadi robot. Robot itu terbuat dari aluminium yang diekstrusi (tidak di-ground) dan semuanya dibalut akrilik bening. Semuanya ditenagai oleh baterai 24V 8 cell lithium iron phosphate 20Ah 10C. Sirkuit digital menarik sekitar 1A. Motornya adalah motor kursi roda dua. Motor dinilai pada 60A max tetapi mereka tidak pernah didorong yang keras, biasanya sekitar 50% atau kurang. Motor digerakkan oleh pengontrol motor jembatan Vex Victor H.

Meskipun pertanyaan-pertanyaan ini terlihat sangat spesifik, pertanyaan itu dapat diperlakukan sebagai pertanyaan penyaringan kasus yang jauh lebih umum: "Bagaimana seseorang dapat menyaring kebisingan listrik yang berasal dari motor listrik daya?" .

Data informasi pertama yang perlu kita kumpulkan terlebih dahulu adalah jenis kebisingan yang terpapar sirkuit kita. Kadang-kadang sangat sulit untuk mendapatkan data ini di muka, kadang-kadang lebih sulit untuk mengukur kebisingan tanpa pengalaman sebelumnya dan peralatan laboratorium canggih.

Secara umum, kami dapat menilai sumber kebisingan kami dalam hal:

• Intrinsik atau ekstrinsik. Yaitu: apakah suara itu datang / dihasilkan di dalam sistem kami sendiri? Atau apakah itu datang di luar sistem kami?
• Mekanisme kopling: kopling kapasitif, kopling induktif, loop tanah, radiasi EM ...
• Karakteristik kebisingan: diaktifkan, termal (gaussian), tembakan, flicker ...
• Pita frekuensi dan Q. Seberapa sempit atau lebar pita kebisingan kita? Apakah itu jatuh / menghilang tiba-tiba di luar band itu (faktor kualitas)?

Di atas adalah sebagian daftar, tidak lengkap, yang dapat berfungsi sebagai titik awal saja.

Lalu, ada banyak teknik, maksud saya ratusan trik dan pendekatan yang lebih luas tergantung pada kasusnya.

Menggali secara spesifik pertanyaan aslinya, ini adalah tebakan terbaik saya tentang jenis kebisingan yang mungkin berasal dari sistem,

1. Kebisingan datang terutama dari sistem itu sendiri, motor listrik dan sirkuit driver. 30A arus switching puncak adalah enouch tinggi untuk menghasilkan pulsa yang dapat dengan mudah berpasangan dengan sisa rangkaian.
2. Kopling kapasitif, kopling induktif dan ground loop dapat menjadi sumber masalah di sini, karena pulsa arus driver yang tinggi.
3. Kebisingan diaktifkan, saya kira di wilayah sub 1MHz, bagaimanapun, armon dalam kisaran 1-10MHz dapat dengan mudah dihasilkan / dipancarkan.

Beberapa petunjuk praktis dan teknik untuk menangani kebisingan dalam sistem di atas:

• Jika memungkinkan, pisahkan secara fisik motor dan driver dari sisa sirkuit. Ini jelas tidak mungkin dalam semua kasus, misalnya, jika Anda memiliki satu papan untuk semua elektronik. Namun, jika Anda mampu memiliki dua papan terpisah, satu untuk mengendarai motor, satu lagi untuk sisa sistem, akan sangat membantu melakukannya.
• Hindari masalah ground dan kopling loop kebisingan dengan menggunakan koneksi ground star yang dipikirkan dengan cermat untuk semua sirkuit Anda, termasuk driver daya, baterai, dan sasis.
• Jangan biarkan sasis atau bagian logam besar mengambang, karena ini akan berinteraksi dengan bidang EM yang dihasilkan oleh motor dan driver daya, mencerminkan, menyebarkan dan / atau memancarkan kembali bidang EM sebagai kebisingan tambahan.
• Mengenai motor sendiri, dan tergantung pada jenis motor, Anda tentu dapat menerapkan filter kebisingan dekat / terpasang ke motor Anda. Untuk motor DC, yang mungkin bukan kasus Anda, adalah bijaksana untuk menyolder kapasitor keramik kecil di setiap fase, sedekat mungkin ke motor. Kapasitor 0.1uF yang kokoh (bertegangan tinggi) adalah pedoman praktis yang bagus untuk memulai. Tergantung pada aplikasinya, Anda juga bisa menambahkan sepasang kapasitor keramik dari masing-masing ujung kabel ke sasis. Berhati-hatilah memeriksa jenis dan driver motor yang tepat sebelum menempuh rute ini.
• Kabel yang menghubungkan driver dan motor harus sedekat mungkin dan diputar.
• Kapasitor decoupling / bypass harus dengan murah hati ditambahkan ke saluran listrik driver Anda, dalam dua rasa: kapasitor curah (mungkin dalam ratusan uF, untuk penyaringan frekuensi rendah) dan kapasitor frekuensi tinggi (biasanya 0,1 uF).

Kembali ke sirkuit yang Anda poskan, pendekatan awal saya adalah:

• Tidak menggunakan choke mode biasa, karena lebih diindikasikan untuk suara kopling kapasitif yang dihasilkan dari luar sistem Anda.
• Menerapkan pemfilteran LC ganda untuk kedua saluran (power dan GND return) atau bahkan lebih baik, filter pi ganda L Ini adalah filter paling efektif untuk noise KHz ke MHz rendah . Induktor besar (dalam kisaran mH) secara seri dengan masing-masing terminal baterai akan meningkatkan secara dramatis derau memasuki bagian digital dari rangkaian Anda. Sebaliknya, ferit beads bersifat disipatif karena sifatnya sendiri dan paling cocok untuk frekuensi yang lebih tinggi (puluhan frekuensi MHz).
• Mengganti TV standar zener & unidirectional untuk TVS dua arah yang kasar (berenergi tinggi). Namun, zener di sirkuit Anda dapat disimpan, jika regulator input Anda tidak dapat menahan puncak tegangan rendah.
• Menambahkan sepasang kapasitor keramik kecil secara paralel dengan kapasitor curah: misalnya 1uF dan 0.1uF MLCCs, diberi peringkat konservatif (> 100V). Ini akan meningkatkan efektivitas filter Anda untuk frekuensi yang lebih tinggi (> 1MHz).

Last but not least, buat cara sederhana untuk mengukur sirkuit Anda pada titik-titik kritis, untuk memverifikasi keefektifan pendekatan yang berbeda. Tolong, cobalah untuk menguji dalam keadaan yang sama seperti perangkat nyata akan beroperasi di bawah.

Jika diperlukan, saya dapat memberikan lebih banyak referensi (buku, artikel) untuk pendekatan di atas. Jika Anda dapat menentukan secara lebih rinci beberapa bagian sistem Anda, teknik penyaringan tambahan pasti akan berlaku.

Itu tergantung pada lingkungan papan Anda. Mari kita sebut kutub negatif dari tegangan suplai Anda GND. Misalnya di dalam mobil, seluruh sasis adalah GND, tetapi Anda hanya terhubung pada pin suplai Anda, tidak secara langsung pada sasis. Papan Anda memiliki kapasitansi parasit terhadap sasis, sehingga arus HF yang bising akan mengalir ke sana. Jika Anda memiliki kasus seperti ini, mode umum tersedak akan membantu, karena arus HF akan perlu melalui VCC dan jalur pasokan GND Anda.

Jika papan Anda membuat semacam HF-Noise internal, regulator switching, atau semacam CPU atau antarmuka memori, sebagian besar arus mengalir dari sinyal berkecepatan tinggi ke GND internal Anda (Switching berkecepatan tinggi). Mode commom choke tidak akan mencegah kebisingan keluar dari desain Anda, karena ada arus yang mengalir masuk dan arus yang mengalir keluar pada waktu yang sama. Dalam hal ini, Manik Ferit akan menjadi pilihan yang lebih baik.

Saya sarankan Anda menyimpan ferrites karena beberapa alasan. Masalah Mode Umum dapat dihilangkan, jika sinyal Anda di papan memiliki kapasitansi lebih besar untuk GND internal Anda dibandingkan dengan sasis atau beberapa perangkat eksternal lainnya. Selain itu, ferrites juga lebih murah. Saya tidak tahu spesifikasi Anda, namun saya bekerja di industri otomotif, saya akan mengambil ferrites.

Mode umum tersedak berguna untuk mengurangi noise yang merupakan "mode umum" - jelas, dengan kata lain - noise serupa ada di kedua baris. Ini mungkin berguna untuk menyaring suara frekuensi tinggi seperti sinyal RF yang datang dari pemancar radio yang dekat. Sistem dengan rumahan logam yang tidak berpelatungan mungkin menguntungkan jika ada dugaan kebisingan HF yang diinduksi (secara induktif atau kapasitif) ke kedua saluran listrik yang terisolasi, (misalnya jika rumahan memiliki sistem kelistrikan lain yang berisik yang terhubung dengannya.)

Manik-manik ferit tunggal (seperti yang ditunjukkan) dapat mengurangi lonjakan tajam saat ini jika ukurannya benar. Umumnya manik-manik yang lebih kecil menyaring frekuensi yang lebih tinggi (meskipun bahan ferit juga penting). Untuk memfilter lonjakan freqency yang lebih rendah, Anda biasanya membutuhkan yang lebih besar (manik-manik lebih tebal). Jika manik-manik yang digunakan tidak tampak adaquate, ubah ke ukuran yang lebih besar, atau Anda mungkin menggunakan induktor bernilai besar sebagai gantinya, (induktor besar serupa sering digunakan pada saluran listrik yang menuju ke peralatan audio hifi - Anda juga perlu memverifikasi penanganan saat ini kemampuan induktor jika digunakan).

Juga, menambahkan kapasitor keramik bernilai kecil dalam parellel dengan kapasitor bernilai besar dapat membantu menyaring beberapa kebisingan frekuensi tinggi tambahan. Kapasitor elektrolit besar mungkin tidak menyaring kebisingan frekuensi tinggi dengan baik.

Terakhir, ferrites bekerja paling baik ketika ada arus noise relatif yang mengalir. Arus derau menyebabkan medan magnet yang menempel pada bahan ferit sebagai panas.

Jadi dengan asumsi kebisingan Anda bukan mode umum penggunaan dua manik-manik (atau induktor) tampaknya merupakan pilihan yang lebih baik.

Perangkat TVS membutuhkan waktu untuk dihidupkan selama lonjakan tegangan input mungkin mencapai ujung mikro. Manik-manik ferit dapat membantu melindungi perangkat dalam hal ini sementara mode umum choke hanya menawarkan impedansi minimal (induktansi kebocoran) untuk peristiwa lonjakan diferensial. Jika Anda memerlukan pelemahan mode umum, saya akan menyarankan menggunakan mode hibrida umum tersedak dalam kasus ini.

Mode umum tersedak dan frrite tidak selalu bertentangan. Juga ada banyak choke mode umum yang berbeda, untuk berbagai arus dan rentang frekuensi. Secara umum, Anda harus mengerti, apa yang Anda lindungi dari apa. Jika Anda mengurangi emisi fondatif yang disebabkan oleh on board dc / dc, pilih dua choke untuk mencakup kisaran antara 0,5MHz hingga 50MHz dan dari 500MHz hingga 5GHz. Belakangan mungkin muncul ferit mode umum. Omong-omong, Anda mungkin perlu kapasitor untuk membuat filter yang efektif di sekitar choke. Dan tentu saja memperhatikan kebijakan dasar sistem Anda.