Могла ли ЭМИ разрушить модуль?

У меня есть устройство, состоящее из логического контроллера, с некоторыми входами, выходами, импульсными источниками питания, реле, связью (всё обычное) и RFID-модулем, рассчитанным на более высокие мощности (до 2А при 5В, но обычно потребляет 0,5А). Все перечисленное размещено на одной плате. Под всеми компонентами находится большая заземляющая пластина, за исключением RFID, который расположен над собственной медной пластиной. Две части соединены пучком кабелей (длиной около 15 см).

схематический набросок основной печатной платы устройства

И вот проблема: два моих RFID-модуля внезапно перестали работать при очень похожих обстоятельствах. Я подключил все кабели и проверил, все ли работает, рядом со шкафом назначения. Я вынул предохранитель, закрыл пластиковый кожух контроллера, а затем сложил все это в более крупный металлический шкаф. После повторного включения предохранителя - RFID не ответил. Два одинаковых сбоя на двух разных сайтах во время установки. У меня не было подобных происшествий с включением устройства на моем столе, хотя я перезапускал его десятки раз.

Итак, я начал искать недостатки в конструкции. Первое, что привлекло мое внимание, это тот факт, что RFID и все остальное не имеют общего основания. Это настораживало, потому что микроконтроллер модуля RFID напрямую подключен к микроконтроллеру моего логического контроллера. Они общаются через UART и некоторые другие линии без разделения, кроме резистора 33 или 50 Ом (точно не помню). Таким образом, 2 IC общаются напрямую, несмотря на то, что у них нет точек соприкосновения. Два основания не плавают относительно друг друга, потому что это, очевидно, вообще не сработает. Вместо этого они разделены ферритовой бусиной. Итак, разработчик схемы хотел сохранить все потенциальные высокие частоты внутри RFID и не допустить их попадания на остальную часть платы.

Я мгновенно проверил падение напряжения на этой бусине. Во время нормальной работы оно составляло около 100 мВ с пиком 200 мВ на высокой частоте. Так что не страшно. Затем я сосредоточился на точном моменте, когда я включаю устройство. Чтобы включить его, я нажал выключатель на розетке 230 В. Выводы пробника осциллографа располагались между двумя плоскостями заземления. Каждый раз, когда я щелкал переключателем, срабатывал осциллограф. Как вы можете видеть ниже, колебания имеют значительную амплитуду, легко превышающую абсолютные максимальные оценки IC. Форма сигнала между RFID и заземлением контроллераЗатем я заменил ферритовую бусину между двумя медными плоскостями на паяный мостик.Форма сигнала между RFID и заземлением контроллера после замыкания заземленияКак видите, амплитуда значительно упала. Следующее, что я сделал, это превратил два медных тела в одно. Я просто поцарапал немного паяльной маски и спаял их вместе. Но формы сигналов все еще выглядели так же, как и после избавления от ферритовой шайбы. Чтобы удостовериться, что измеренная мной форма волны не является какой-то ошибкой, которую уловил осциллограф, я закоротил клеммы пробника, вставив примерно в то же место, что и раньше. Не сработал. Затем я проложил кусок кабеля (около 30 см) между щупами — он поймал форму сигнала, похожую на ту, что я видел между медными пластинами. Чем длиннее был кабель, тем больше была амплитуда сигнала.

Итак, моя гипотеза такова: переключение источника питания на сеть создает какие-то электромагнитные помехи. Кабели и плата подхватывают его, и высокочастотный ток индуцирует часть моего устройства, разрушая более уязвимый модуль RFID.

Как вы понимаете, я новичок в концепции EMI и так далее. Устройство является прототипом моей компании, и я могу внести изменения в окончательный вариант. Дизайнер, изготовивший оригинальную печатную плату, был нашим субподрядчиком (аутсорсинг).

Я ценю все ваши ответы.

Макс

Вам нужно было бы рассказать намного больше, например, как был подключен осциллограф и где именно, был ли это 10-кратный щуп с зажимом типа «крокодил» и подключен ли он к заземленной розетке. Заземлен ли вход источника питания? Выход блока питания плавает или тоже заземлен? Где находится выключатель питания, на входе или выходе сети? Что, если он сломался из-за электростатического разряда, когда заряды накапливались на пластиковой коробке и разряжались при подключении проводки?
Хорошо, я отвечу всем, один за другим. 1. Прицел был заземлен, подключен к розетке, в нескольких метрах от источника питания 24 В. Зонд — это обычный зонд с зажимом типа «крокодил», установленным на x1. Минусовая клемма щупа (крокодил) была размещена на неиспользуемом контакте заземления разъема питания на плате, рядом с вилкой питания 24 В. Второй терминал был размещен на открытой части заземляющего слоя RFID. 2. PS выглядит точно так же, как большинство адаптеров для ноутбуков. Его вход заземлен, выход, вероятно, нет. 3. Выключатель питания находится на сетевой розетке, от которой БП получает питание.
4. Подключаю проводку, потом проверяю. Оно работает. Затем я отключаю питание от сети, накрываю крышкой, затем устанавливаю коробку на место внутри металлического шкафа. При повторном включении - не работает.
объявление 2. на самом деле, я включил PS и измерил напряжение между землей в розетке и минусом постоянного тока PS. Он показывает 0 при измерении постоянного и переменного тока. Так что, вероятно, выход тоже заземлен. Но обычно это не относится к источникам питания на месте. Насколько я помню, они не были заземлены. Но все измерения проводились в моей «лаборатории» на оборудовании, которое я описал ранее.
@Justme - убедитесь, что вы получаете уведомление
Скорее всего проблема с заземлением. Немного придирки, но поскольку мы говорим о заземлении, вы используете на своей диаграмме как 0 В (стрелка, указывающая вниз), так и символ заземления шасси. Не могли бы вы уточнить, как именно подключен выход 0 В от вашего источника питания, истинной земли и шасси?
@winny Символ, который я использую на основной плоскости печатной платы, должен быть символом общего заземления, и здесь он означает «0 В». Стрелка, указывающая вниз, используется, чтобы подчеркнуть тот факт, что это не одно и то же. Заземление RFID и основное заземление разделены ферритовой бусиной. В этом случае заземление и заземление шасси отсутствуют. Корпус печатной платы пластиковый.
Хороший. Но все еще неясно, подключено ли шасси к защитному заземлению.
@winny под шасси ты имеешь в виду металлический шкаф? Или БП?
Фактическая земля. Металлическое шасси само по себе (плавающее) ничего не делает.
@winny, если все сделано правильно, металлический шкаф должен быть подключен к защитному заземлению. В данном конкретном случае блок питания также подключен к земле, а блоки питания, которые я установил на месте, - нет.
Я понимаю. Но, пожалуйста, уточните точную ситуацию, стоящую за результатами измерений.
@winny, поэтому защитное заземление подключено к осциллографу, шкафу и блоку питания. На выходе постоянного тока блока питания отсутствует синфазное напряжение, когда он работает или выключен. Вероятно, он присутствует при включении блока питания. Отрицательный выход постоянного тока подключен к заземлению печатной платы. Это установка, на которой я проводил измерения. Но на сайтах я использовал блок питания без заземления, я также использовал вход переменного тока моей платы, поэтому есть дополнительный диодный мост для повторения.

Ответы (1)

Это хорошо поставленный вопрос!

Бусина между двумя основаниями, на мой взгляд, довольно ужасная идея:

  1. вам нужна эта земля в качестве возврата для ваших сигналов
  2. Очевидно, что ваши два заземления и два источника питания плавают на ВЧ, потому что они развязаны по ВЧ.

Я считаю, что ваши анализы в значительной степени точны. Чем большую индуктивность вы поместите между двумя заземлениями, тем более неконтролируемой будет разница в напряжении заземления между двумя RFID-модулями. В то же время, я считаю, что подключение питания (красные провода) на самом деле довольно низкоомное, потому что дроссель очень негерметичен к ВЧ-помехам. В результате всплеск синфазного напряжения на основной плате будет передаваться на питание RFID, но не на землю, вызывая чрезмерное напряжение на плате RFID.

Средства

  1. Свяжите две земли вместе

Для того, чтобы еще больше улучшить паяльную перемычку, вам придется соединить две плоскости вместе с помощью плоскости , т.е. сделать их одной плоскостью, а не двумя плоскостями, закороченными через какую-то перемычку.

В качестве решения для бедняков вы можете полностью прикрепить обе платы к шасси с помощью нескольких болтов. Тем не менее, это не 100% желательный вариант, и вы также должны обеспечить заземление с низким импедансом параллельно с вашими сигналами и питанием, например, с помощью проводов, которые крепятся к существующим сигнальным и силовым проводам. Это необходимо для предотвращения больших дифференциальных напряжений из-за быстрых помех магнитного поля.

При соединении земли может показаться, что вы противоречите назначению ферритовой шайбы, а именно: «Вместо этого они разделены ферритовой бусиной. Итак, разработчик цепи хотел сохранить все потенциальные высокие частоты внутри RFID и не допустить остальной части доски». Но во-первых, я бы сказал, что вы решаете эту проблему правильной компоновкой вокруг модуля RFID, т.е. узкими обратными путями в источнике питания. Во-вторых, вы должны фильтровать сигналы и линии электропередач, но не землю. Земля является опорным потенциалом и в идеале должна быть жесткой, как камень, по всему устройству.

  1. Блокируйте шум, проникающий в ваше устройство

Преобразователи переменного тока в постоянный обычно имеют большое синфазное напряжение на выходе, которое возникает из-за емкостной связи с сетевыми проводами. Когда вы подключаете их, большая волна синфазного напряжения проходит в ваше устройство через пару кабелей 24V-0V. Прежде всего, предотвратите/замедлите попадание этого шипа на вашу материнскую плату: попробуйте с зажимом на ферритовом кольце на кабелях питания. Они должны обернуться вокруг кабеля 24 В и 0 В, и они будут блокировать синфазные помехи от преобразователя 24 В.

Спасибо. К счастью, превратить два самолета в один оказалось несложно — разрыв между ними был довольно небольшим. Я просто припаял их одной длинной полосой припоя. Блок питания, который я использовал на своем столе, имеет две заводские ферритовые пластины. Знайте, я вижу, что синфазное напряжение, очевидно, имеет значение. Я сделал несколько новых измерений. Теперь я подключаю один вывод прицела к земле, второй подключаю к одному из выходов постоянного тока. Во время запуска напряжение на прицеле колеблется от -200 до 200В. Можете сказать, что я увидел на прицеле на картинках в посте? Он излучается или это просто проводящее напряжение
Как вы описываете, вы формируете большую рамочную антенну с зондом вашего прицела, прикрепляя заземляющий провод где-то на земле, так что это может быть очень хорошо излучаемое излучение. Но, как я уже сказал, в зависимости от того, как работает сетевой выключатель, может случиться так, что вы не получите синфазного напряжения, когда он выключен, и только «включите» синфазное напряжение, когда вы включите его, в этом случае это также может быть проведенный. Возьмите мультиметр, установите его на переменное напряжение и измерьте между кабелем 24 В и заземлением. Когда питание включено, вы, вероятно, увидите что-то вроде 100 В переменного тока. Когда он выключен, все может быть по-другому. @Макс
этот конкретный блок питания, который я использую на своем стенде, подключен к защитному заземлению. В выключенном состоянии синфазное напряжение отсутствует. Он появляется в момент щелчка выключателя и тут же исчезает (мультиметр показывает какие-то большие значения на полсекунды). Но этого не произойдет, если блок питания не подключен к земле. Итак, подводя итог вашему ответу, вы считаете, что независимо от того, откуда исходят помехи, должна быть точка соприкосновения и хорошо спроектированная схема, и ничего не должно ломаться?
@Maks «Вы думаете, что независимо от того, откуда исходят помехи, должна быть точка соприкосновения и хорошо спроектированная схема, и ничего не должно ломаться?» Да в этом суть. Однако «но этого не произойдет, если блок питания не будет заземлен». Этот вывод преждевременный. Даже «плавающий» блок питания будет иметь емкость между стороной переменного тока и выходом постоянного тока. Если вы измерите напряжение переменного тока между выходом и (изолированной) землей стандартного SMPS, вы увидите ~ 100 В переменного тока синфазного напряжения на выходе. Он имеет довольно высокий импеданс, но может повредить чувствительные детали при попадании в дифференциал. режиме, например, при включении.
Могла ли ЭМИ разрушить модуль?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v