Ferrite hạt vs chế độ chung sặc

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Tôi được thừa hưởng mạch cao nhất từ ​​một nhà thiết kế trước đó trong nhóm người máy của tôi. Mạch sử dụng hai hạt ferrite, zener, TVS và tụ điện để lọc công suất đến. Sức mạnh đến từ pin. Cùng với mạch kỹ thuật số, pin có động cơ lớn được kết nối với chúng tạo ra một môi trường rất ồn ào. Sự hiểu biết của tôi là với sự trợ giúp của các hạt ferrite, zener và TVS triệt tiêu mọi gai nhọn. Sau đó, các tụ điện lớn giữ bất kỳ giọt nước. Mạch này đã hoạt động tốt cho đến nay.

Câu hỏi của tôi là liệu việc thay thế các hạt ferrite bằng một chế độ thông thường bị sặc sẽ cải thiện quá trình lọc hay nếu nó không bị hỏng thì đừng sửa nó?

(Tôi chỉ sử dụng các thành phần chung để bố trí mạch chung, trên cùng là mạch hiện tại và dưới cùng là thay đổi được đề xuất của tôi)

Thông tin bổ sung Các mạch đang đi vào một robot. Robot được làm từ nhôm ép đùn (không nối đất) và toàn bộ được phủ bằng lớp acrylic trong suốt. Toàn bộ điều được cung cấp bởi một pin lithium sắt phosphate 20Ah 10Ah 10C. Các mạch kỹ thuật số rút ra khoảng 1A. Các động cơ là động cơ hai bánh xe. Các động cơ được đánh giá ở mức tối đa 60A nhưng chúng không bao giờ được điều khiển cứng như vậy, thường là khoảng 50% hoặc ít hơn. Các động cơ được điều khiển bởi bộ điều khiển động cơ cầu Vex Victor H.

Mặc dù câu hỏi này có vẻ rất cụ thể, nhưng nó thực sự có thể được coi là một câu hỏi lọc trường hợp tổng quát hơn nhiều: "Làm thế nào người ta có thể lọc tiếng ồn điện từ động cơ điện?" .

Dữ liệu thông tin đầu tiên chúng ta cần thu thập trước là loại nhiễu mà mạch của chúng ta tiếp xúc. Đôi khi rất khó để có được dữ liệu này trước, đôi khi còn khó hơn để đo tiếng ồn nếu không có kinh nghiệm trước đó và thiết bị phòng thí nghiệm cao cấp.

Nói chung, chúng tôi có thể đánh giá các nguồn tiếng ồn của mình theo:

• Nội tại hoặc ngoại sinh. Tức là: tiếng ồn đến / được tạo ra trong hệ thống của chúng ta? Hay nó đến bên ngoài hệ thống của chúng tôi?
• Cơ chế ghép nối: khớp nối điện dung, khớp nối cảm ứng, vòng lặp mặt đất, bức xạ EM ...
• Đặc điểm của tiếng ồn: chuyển đổi, nhiệt (gaussian), bắn, nhấp nháy ...
• Dải tần số và Q. Dải tần hẹp hay rộng của chúng ta như thế nào? Liệu nó có rơi / biến mất đột ngột bên ngoài dải đó (yếu tố chất lượng) không?

Trên đây là một danh sách một phần, không đầy đủ, có thể chỉ đóng vai trò là điểm bắt đầu.

Sau đó, có rất nhiều kỹ thuật, ý tôi là hàng trăm thủ thuật và cách tiếp cận rộng hơn tùy theo trường hợp.

Đi sâu vào chi tiết cụ thể của câu hỏi ban đầu, đây là phỏng đoán tốt nhất của tôi về loại tiếng ồn có thể được tạo ra bởi hệ thống,

1. Tiếng ồn chủ yếu đến từ chính hệ thống, động cơ điện và mạch điều khiển. 30A của dòng chuyển mạch cực đại là độ nhạy cao để tạo ra các xung có thể dễ dàng ghép với phần còn lại của mạch.
2. Khớp nối điện dung, khớp nối cảm ứng và vòng lặp mặt đất có thể là tất cả nguồn gốc của sự cố ở đây, do các xung dòng cao của trình điều khiển.
3. Tiếng ồn được chuyển đổi, tôi đoán trong khu vực phụ 1 MHz, tuy nhiên, các phát xạ trong phạm vi 1-10 MHz có thể dễ dàng được tạo / bức xạ.

Một số gợi ý và kỹ thuật thực tế để xử lý tiếng ồn trong hệ thống ở trên:

• Nếu có thể, hãy tách vật lý các động cơ và trình điều khiển khỏi phần còn lại của mạch. Điều này rõ ràng là không thể trong mọi trường hợp, ví dụ, nếu bạn có một bảng duy nhất cho tất cả các thiết bị điện tử. Tuy nhiên, nếu bạn có thể đủ khả năng để có hai bảng riêng biệt, một bảng để điều khiển động cơ, một bảng khác cho phần còn lại của hệ thống, sẽ rất hữu ích khi làm như vậy.
• Tránh các sự cố mặt đất và khớp nối vòng lặp của tiếng ồn bằng cách sử dụng kết nối mặt đất sao được suy nghĩ cẩn thận cho tất cả các mạch của bạn, bao gồm trình điều khiển nguồn, pin và khung.
• Không để bất kỳ khung hoặc phần kim loại lớn nào nổi, vì điều này sẽ tương tác với các trường EM được tạo ra bởi các động cơ và trình điều khiển công suất, phản xạ, truyền và / hoặc phát lại các trường EM dưới dạng tiếng ồn bổ sung.
• Về bản thân các động cơ, và tùy thuộc vào loại động cơ, bạn chắc chắn có thể áp dụng các bộ lọc tiếng ồn gần / gắn với động cơ của mình. Đối với động cơ DC, có thể không phải là trường hợp của bạn, nên khôn ngoan khi hàn các tụ gốm nhỏ qua từng pha, càng gần càng tốt với động cơ. Các tụ điện 0,1uF chắc chắn (điện áp cao) là một quy tắc tốt để bắt đầu. Tùy thuộc vào ứng dụng, bạn cũng có thể thêm một cặp tụ gốm khác từ mỗi pha dẫn đến khung. Cẩn thận kiểm tra loại động cơ chính xác và trình điều khiển trước khi đi tuyến đường này.
• Hệ thống cáp kết nối các trình điều khiển và động cơ phải càng gần càng tốt và được xoắn.
• Tụ tách / bỏ qua nên được bổ sung rộng rãi vào các đường dây điện của trình điều khiển của bạn, theo hai loại: tụ điện số lượng lớn (có thể trong hàng trăm uF, để lọc tần số thấp) và tụ điện tần số cao (thường là 0,1uF).

Quay trở lại mạch bạn đã đăng, cách tiếp cận ban đầu của tôi sẽ là:

• Không sử dụng cuộn cảm ở chế độ chung, vì nó được biểu thị nhiều hơn cho tiếng ồn ghép điện dung được tạo ra từ bên ngoài hệ thống của bạn.
• Áp dụng bộ lọc LC kép cho cả hai dòng (công suất và lợi nhuận GND) hoặc thậm chí tốt hơn, bộ lọc L pi kép. Đây là bộ lọc hiệu quả nhất cho tiếng ồn KHz đến MHz thấp . Một cuộn cảm lớn (trong phạm vi mH) nối tiếp với mỗi cực của pin sẽ cải thiện đáng kể tiếng ồn đi vào phần kỹ thuật số trong mạch của bạn. Trái lại, các hạt Ferrite có tính phân tán và phù hợp nhất với mức cao hơn (hàng chục tần số MHz).
• Thay thế TVS zener & đơn hướng tiêu chuẩn cho TVS hai chiều (năng lượng cao) chắc chắn. Tuy nhiên, zener trong mạch của bạn có thể được giữ, nếu bộ điều chỉnh đầu vào của bạn không thể chịu được các đỉnh quá áp nhỏ.
• Thêm một cặp tụ gốm nhỏ song song với tụ điện số lượng lớn: ví dụ MLCC 1uF và 0,1uF, được xếp hạng bảo thủ (> 100V). Điều này sẽ tăng hiệu quả bộ lọc của bạn cho tần số cao hơn (> 1 MHz).

Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, nghĩ ra một cách đơn giản để đo mạch của bạn tại các điểm quan trọng, để xác minh tính hiệu quả của các phương pháp khác nhau. Làm, làm ơn, hãy thử kiểm tra trong các trường hợp tương tự vì thiết bị thực sẽ hoạt động theo.

Nếu được xem, tôi có thể cung cấp thêm tài liệu tham khảo (sách, bài viết) cho các phương pháp tiếp cận. Nếu bạn có thể chỉ định chi tiết hơn một số phần trong hệ thống của mình, các kỹ thuật lọc bổ sung chắc chắn sẽ được áp dụng.

Nó phụ thuộc vào môi trường của hội đồng quản trị của bạn. Hãy gọi cực âm của điện áp cung cấp GND của bạn. Ví dụ: trong xe hơi, toàn bộ khung xe là GND, nhưng bạn chỉ được kết nối tại các chân cung cấp của bạn, không trực tiếp trên khung xe. Bảng của bạn có điện dung ký sinh so với khung, vì vậy dòng HF ồn ào sẽ chảy ở đó. Nếu bạn gặp trường hợp như thế này, cuộn cảm ở chế độ chung sẽ có ích, bởi vì dòng HF sẽ cần thông qua VCC và đường cung cấp GND của bạn.

Nếu bo mạch của bạn tạo ra một số loại HF-Noise bên trong khác, bộ điều chỉnh chuyển mạch hoặc một loại giao diện CPU hoặc bộ nhớ nào đó, hầu hết dòng điện sẽ chuyển từ tín hiệu tốc độ cao sang GND bên trong của bạn (Chuyển đổi tốc độ cao). Chế độ commom sặc sẽ không ngăn tiếng ồn thoát ra khỏi thiết kế của bạn, bởi vì có một dòng điện chạy vào và một dòng điện chạy ra cùng một lúc. Trong trường hợp này, hạt Ferrite sẽ là lựa chọn tốt hơn.

Tôi đề nghị bạn giữ ferrites vì ​​một số lý do. Các vấn đề về Chế độ chung có thể được loại bỏ, nếu tín hiệu của bạn trên bo mạch có điện dung lớn hơn với GND bên trong của bạn so với khung máy hoặc một số thiết bị bên ngoài khác. Thêm vào đó, ferrites rẻ hơn hầu hết thời gian. Tôi không biết đặc điểm kỹ thuật của bạn, tuy nhiên, tôi làm việc trong ngành công nghiệp ô tô, tôi sẽ đi theo hướng.

Một cuộn cảm ở chế độ chung rất hữu ích để giảm nhiễu là "chế độ chung" - nói cách khác, nói cách khác - tiếng ồn tương tự có trên cả hai dòng. Điều này có thể hữu ích cho việc lọc nhiễu tần số cao như tín hiệu RF phát ra từ gần bằng máy phát vô tuyến. Các hệ thống có vỏ kim loại không có vỏ bọc có thể có lợi nếu có tiếng ồn HF bị nghi ngờ (cảm ứng hoặc điện dung) đối với cả hai đường dây điện bị cô lập, (ví dụ: nếu vỏ có các hệ thống điện noisey khác được kết nối với nó.)

Các hạt ferrite đơn (như được hiển thị) có thể làm giảm các gai nhọn nếu chúng có kích thước chính xác. Nói chung, các hạt nhỏ hơn lọc tần số cao hơn (mặc dù vật liệu ferrite cũng vậy). Để lọc các xung tần số thấp hơn, bạn thường cần lớn hơn (hạt dày hơn). Nếu các hạt được sử dụng dường như không thích hợp, hãy thay đổi kích thước lớn hơn hoặc thay vào đó bạn có thể sử dụng cuộn cảm có giá trị lớn, (cuộn cảm lớn tương tự thường được sử dụng trong các đường dây điện đến thiết bị âm thanh hifi - bạn cũng cần xác minh xử lý hiện tại khả năng của cuộn cảm nếu được sử dụng).

Ngoài ra, việc thêm một tụ gốm có giá trị nhỏ trong parellel với tụ có giá trị lớn có thể giúp lọc một số nhiễu tần số cao bổ sung. Các tụ điện lớn có thể không lọc nhiễu tần số cao rất tốt.

Cuối cùng, ferrites hoạt động tốt nhất khi có một số dòng nhiễu tương đối chảy. Các dòng nhiễu gây ra từ trường mà vật liệu ferrite tan biến thành nhiệt.

Vì vậy, giả sử tiếng ồn của bạn không phải là chế độ phổ biến, việc sử dụng hai hạt (hoặc cuộn cảm) có vẻ là sự lựa chọn tốt hơn.

Các thiết bị TVS cần một chút thời gian để bật trong thời gian mà các xung điện áp đầu vào có thể chạm đến đầu cực nhỏ. Các hạt Ferrite có thể giúp bảo vệ thiết bị trong vấn đề này trong khi cuộn cảm ở chế độ chung chỉ cung cấp trở kháng tối thiểu (độ tự cảm rò rỉ) cho sự kiện đột biến vi sai. Nếu bạn yêu cầu suy giảm chế độ chung, tôi sẽ đề nghị sử dụng một chế độ chung choke trong trường hợp này.

Chế độ chung choke và frrite không nhất thiết mâu thuẫn. Ngoài ra, có nhiều cuộn cảm chế độ chung khác nhau, cho các dòng điện và dải tần số khác nhau. Nói chung, bạn phải hiểu, bạn đang bảo vệ cái gì. Nếu bạn đang giảm lượng khí thải yêu thích gây ra bởi trên bo mạch dc / dc, hãy chọn hai cuộn cảm để bao phủ phạm vi từ 0,5 MHz đến 50 MHz và từ 500 MHz đến 5GHz. Latter rất có thể xuất hiện một ferrite chế độ phổ biến. Nhân tiện, bạn có thể cần các tụ điện để tạo bộ lọc hiệu quả xung quanh cuộn cảm. Và tất nhiên chú ý đến chính sách mặt đất của hệ thống của bạn.