ลูกปัดเฟอร์ไรต์กับโหมดทั่วไปทำให้หายใจไม่ออก


24

แผนผัง

จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab

ฉันได้รับตำแหน่งสูงสุดของนักออกแบบคนก่อนหน้าในทีมวิทยาการหุ่นยนต์ของฉัน วงจรนี้ใช้เม็ดเฟอร์ไรต์สองเม็ดคือซีเนอร์, TVS และตัวเก็บประจุเพื่อกรองพลังงานที่เข้ามา พลังงานที่เข้ามามาจากแบตเตอรี่ พร้อมกับวงจรดิจิตอลแบตเตอรี่มีมอเตอร์ขนาดใหญ่เชื่อมต่อกับพวกเขาทำให้สภาพแวดล้อมที่มีเสียงดังมาก ความเข้าใจของฉันคือว่าด้วยความช่วยเหลือของเฟอร์ไรต์เม็ดซีเนอร์และ TVS ปราบปรามแหลมใด ๆ จากนั้นตัวเก็บประจุขนาดใหญ่จะเก็บสิ่งที่ตกหล่น วงจรนี้ทำงานได้ดีจนถึงตอนนี้

คำถามของฉันคือการแทนที่เฟอร์ไรต์บีดด้วยโหมดทั่วไปทำให้หายใจไม่ออกปรับปรุงการกรองหรือถ้ามันไม่ได้หักไม่ได้แก้ไขหรือไม่

(ฉันเพิ่งใช้ส่วนประกอบทั่วไปเพื่อให้รูปแบบวงจรทั่วไปด้านบนเป็นวงจรปัจจุบันและด้านล่างคือการเปลี่ยนแปลงที่เสนอของฉัน)

ข้อมูลเพิ่มเติม วงจรกำลังเข้าสู่หุ่นยนต์ หุ่นยนต์ทำจากอลูมิเนียมอัดขึ้นรูป (ไม่ได้ต่อลงดิน) และสิ่งทั้งหมดนี้หุ้มด้วยอะคริลิกใส สิ่งทั้งหมดนี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต 24V 8 เซลล์ขนาด 20Ah 10C วงจรดิจิตอลใช้เวลาประมาณ 1A มอเตอร์เป็นมอเตอร์แบบสองล้อ มอเตอร์ได้รับการจัดอันดับที่สูงสุด 60A แต่ไม่เคยขับด้วยความยากลำบากซึ่งมักจะอยู่ที่ประมาณ 50% หรือน้อยกว่า มอเตอร์ถูกขับเคลื่อนโดย Vex Victor H สะพานควบคุมมอเตอร์


2
murata.com/~/media/webrenewal/products/emc/emifil/knowhow/?hl=thอาจช่วยได้ เฟอร์ไรต์บีดทำงานเพื่อลดเสียงรบกวนในโหมดดิฟเฟอเรนเชียลเป็นตัวเหนี่ยวนำอนุกรมในขณะที่โช้กโหมดทั่วไปทำงานเพื่อเสียงรบกวนในโหมดทั่วไป
michaelyoyo

การเรียงลำดับของแหลมที่อาจเกิดขึ้นกับระบบเช่นนี้จะไม่ได้รับการจัดการโดยเฟอร์ไรต์เม็ดดังนั้นการวิเคราะห์ของคุณผิดจากการคุกคามที่ซีเนอร์และ TVS คาดว่าจะจัดการ มีแนวโน้มที่สายเคเบิลที่ให้อาหารจะเป็นส่วนหนึ่งของการแก้ปัญหา
แอนดี้อาคา

@Andyaka คุณจะแนะนำอะไรให้กรองแทน
vini_i

2
คำจำกัดความที่ดีของภัยคุกคามที่กำลังจะเกิดขึ้นเป็นวิธีเดียวที่จะตอบคำถามนั้นได้
แอนดี้อาคา

คุณสามารถแบ่งปันข้อมูลเพิ่มเติมได้ไหม? นี่คือคำตอบที่เฉพาะเจาะจงของแอปพลิเคชันของคุณดีขึ้น: วงจรของคุณใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ประมาณเท่าไร มอเตอร์ชนิดใดที่เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ (นี่คือเพื่อให้เข้าใจประเภทของเสียงที่ผลิตโดยพวกเขาดีกว่า)
jose.angel.jimenez

คำตอบ:


3

แม้ว่าคำถามนี้ดูเหมือนจะเฉพาะเจาะจงมาก แต่ก็สามารถนำมาใช้เป็นคำถามกรองทั่วไปได้อย่างมาก: "เราจะกรองสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าที่มาจากมอเตอร์ไฟฟ้ากำลังได้อย่างไร" .

ข้อมูลข้อมูลแรกที่เราต้องรวบรวมล่วงหน้าคือชนิดของเสียงรบกวนที่วงจรของเราสัมผัส บางครั้งมันเป็นเรื่องยากที่จะรับข้อมูลนี้ล่วงหน้าบางครั้งมันก็ยากที่จะวัดเสียงโดยไม่มีประสบการณ์ก่อนและอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการระดับสูง

โดยทั่วไปเราสามารถประเมินแหล่งที่มาของเสียงในแง่ของ:

  • ภายในหรือภายนอก Ie: เสียงดังมา / เกิดขึ้นในระบบของเราหรือไม่? หรือมันมาจากนอกระบบของเรา?
  • กลไกการมีเพศสัมพันธ์: การมีเพศสัมพันธ์ capacitive, การมีเพศสัมพันธ์อุปนัย, ลูปพื้นดิน, รังสี EM ...
  • ลักษณะของเสียง: เปลี่ยน, ความร้อน (เกาส์เซียน), ยิง, วูบวาบ ...
  • ย่านความถี่และ Q. ย่านความถี่ของเราแคบหรือกว้างเพียงใด มันตก / หายไปทันทีนอกแถบนั้น (ปัจจัยด้านคุณภาพ) หรือไม่?

ด้านบนเป็นรายการบางส่วนไม่สมบูรณ์ซึ่งอาจใช้เป็นจุดเริ่มต้นเท่านั้น

จากนั้นมีเทคนิคมากมายฉันหมายถึงเทคนิคหลายร้อยเทคนิคและวิธีการที่กว้างขึ้นโดยขึ้นอยู่กับกรณี

เมื่อพิจารณาถึงคำถามเฉพาะของคำถามนี้เป็นการคาดเดาที่ดีที่สุดของฉันเกี่ยวกับเสียงรบกวนที่อาจเกิดขึ้นจากระบบ

  1. เสียงส่วนใหญ่มาจากระบบตัวเองมอเตอร์ไฟฟ้าและวงจรคนขับ 30A ของการสลับกระแสสูงสุดเป็น enouch สูงในการสร้างพัลส์ซึ่งสามารถคู่กับส่วนที่เหลือของวงจรได้อย่างง่ายดาย
  2. คัปปลิ้งแบบคัปปลิ้งแบบอินดัคทีฟและลูปกราวด์สามารถเป็นสาเหตุของปัญหาได้ที่นี่เนื่องจากพัลส์กระแสสูงของไดรเวอร์
  3. ฉันเดาว่าในย่านย่อย 1MHz อย่างไรก็ตามระบบ armonics ในช่วง 1-10MHz นั้นสามารถสร้าง / แผ่กระจายได้ง่าย

คำแนะนำและเทคนิคการใช้งานจริงเพื่อจัดการกับเสียงรบกวนในระบบด้านบน

  • ถ้าเป็นไปได้ให้แยกมอเตอร์และไดรเวอร์ออกจากวงจรที่เหลือ เห็นได้ชัดว่าเป็นไปไม่ได้ในทุกกรณีเช่นหากคุณมีบอร์ดเดียวสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด อย่างไรก็ตามหากคุณสามารถจ่ายได้สองบอร์ดแยกกันหนึ่งอันสำหรับการขับมอเตอร์อีกอันหนึ่งสำหรับส่วนที่เหลือของระบบมันเป็นประโยชน์ในการทำเช่นนั้น
  • หลีกเลี่ยงปัญหาภาคพื้นดินและการเชื่อมต่อของเสียงรบกวนโดยใช้การเชื่อมต่อกราวด์ที่คิดอย่างรอบคอบสำหรับวงจรทั้งหมดของคุณรวมถึงไดรเวอร์พลังงานแบตเตอรี่และแชสซี
  • อย่าปล่อยให้แชสซีหรือชิ้นส่วนโลหะขนาดใหญ่ลอยไปเพราะจะทำปฏิกิริยากับฟิลด์ EM ที่เกิดจากมอเตอร์และตัวขับเคลื่อนพลังงานการสะท้อนการแพร่กระจายและ / หรือการเปล่งฟิลด์ EM อีกครั้งเป็นสัญญาณรบกวนเพิ่มเติม
  • เกี่ยวกับมอเตอร์ของตัวเองและขึ้นอยู่กับประเภทของมอเตอร์คุณสามารถใช้ตัวกรองสัญญาณรบกวนใกล้ / ติดกับมอเตอร์ของคุณ สำหรับมอเตอร์กระแสตรงซึ่งอาจไม่ใช่กรณีของคุณคุณควรบัดกรีตัวเก็บประจุเซรามิกขนาดเล็กในแต่ละเฟสให้ใกล้กับมอเตอร์มากที่สุด ตัวเก็บประจุ 0.1uF ที่ทนทาน (แรงดันสูง) เป็นกฎที่ดีในการเริ่มต้น คุณสามารถเพิ่มตัวเก็บประจุเซรามิกอีกคู่จากแต่ละเฟสนำไปสู่แชสซีขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชัน ระวังการตรวจสอบประเภทมอเตอร์และคนขับที่แน่นอนก่อนที่จะไปเส้นทางนี้
  • การเดินสายเคเบิลที่เชื่อมต่อไดรเวอร์และมอเตอร์ควรอยู่ใกล้ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และบิดเบี้ยว
  • ควรเพิ่มตัวเก็บประจุแยก / บายพาสอย่างไม่เห็นแก่ตัวในสายไฟไดรเวอร์ของคุณในสองรสชาติ: ตัวเก็บประจุจำนวนมาก (อาจจะอยู่ในหลายร้อย uF สำหรับการกรองความถี่ต่ำ) และตัวเก็บประจุความถี่สูง (โดยทั่วไป 0.1uF)

กลับไปที่วงจรที่คุณโพสต์วิธีการเริ่มต้นของฉันจะเป็น:

  • ไม่ได้ใช้โช้คโหมดทั่วไปเนื่องจากมีการระบุเพิ่มเติมสำหรับเสียงคัปปลิ้งที่เกิดจากภายนอกระบบของคุณ
  • การใช้การกรอง LC แบบคู่สำหรับทั้งสองบรรทัด (กำลังไฟและการคืน GND) หรือดีกว่าตัวกรองคู่ L pi นี่คือตัวกรองที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับ KHz เสียง ตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ (ในช่วง mH) พร้อมกับขั้วแบตเตอรี่แต่ละอันจะปรับปรุงสัญญาณรบกวนที่เข้าสู่ส่วนดิจิตอลของวงจรของคุณอย่างมาก ในทางกลับกันเฟอร์ไรท์บีดจะสลายไปตามธรรมชาติของมันเองและเหมาะที่สุดสำหรับความถี่ที่สูงขึ้น (ความถี่หลายสิบ MHz)
  • แทนที่ซีเนอร์มาตรฐาน & TVS ทิศทางเดียวสำหรับ TVS แบบสองทิศทางที่ทนทาน (พลังงานสูง) ซีเนอร์ในวงจรของคุณสามารถถูกเก็บไว้ได้อย่างไรก็ตามหากตัวควบคุมอินพุตของคุณไม่สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าแรงสูงขนาดเล็กได้
  • การเพิ่มตัวเก็บประจุเซรามิกขนาดเล็กคู่ขนานกับตัวเก็บประจุจำนวนมาก: เช่น 1uF และ 0.1uF MLCCs จัดอันดับอนุรักษ์นิยม (> 100V) สิ่งนี้จะเพิ่มประสิทธิภาพตัวกรองของคุณสำหรับความถี่ที่สูงขึ้น (> 1MHz)

สุดท้าย แต่ไม่ท้ายสุดคิดวิธีง่ายๆในการวัดวงจรของคุณที่จุดวิกฤติเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของวิธีการต่าง ๆ โปรดลองทดสอบภายใต้สถานการณ์ที่คล้ายคลึงกันเนื่องจากอุปกรณ์จริงจะทำงานภายใต้

หากไม่ถูกต้องฉันสามารถให้การอ้างอิงเพิ่มเติม (หนังสือบทความ) แก่แนวทางที่อยู่ข้างบน หากคุณสามารถระบุรายละเอียดบางส่วนของระบบของคุณได้มากขึ้นเทคนิคการกรองเพิ่มเติมจะถูกนำไปใช้อย่างแน่นอน


ควรวางลูกปัดเฟอร์ไรต์ก่อนหน้าหลังตัวกรอง PI หรือไม่ ฉันคิดว่าก่อนหน้านี้เพื่อหลีกเลี่ยงความถี่สูงที่อาจดังขึ้นในตัวเหนี่ยวนำ (โดยปกติแล้วแผลบนแกนเฟอร์ไรต์) แล้วตำแหน่งของตัวเก็บประจุเซรามิกล่ะ? ในตอนท้ายเพื่อทำความสะอาดความถี่สูงที่ผ่านไปมา?
FarO

8

ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของบอร์ดของคุณ ลองเรียกขั้วลบของแรงดันแหล่งจ่ายของคุณว่า GND ตัวอย่างเช่นในรถยนต์ตัวถังทั้งหมดคือ GND แต่คุณเชื่อมต่อที่หมุดจ่ายของคุณเท่านั้นไม่ใช่บนแชสซีโดยตรง บอร์ดของคุณมีความสามารถกาฝากกับแชสซีดังนั้นกระแส HF ที่มีเสียงดังจะไหลไปที่นั่น หากคุณมีกรณีเช่นนี้โช้คโหมดทั่วไปจะช่วยได้เพราะกระแส HF จะต้องผ่าน VCC และสายจ่าย GND ของคุณ

ถ้าบอร์ดของคุณสร้าง HF-Noise ภายในชนิดอื่น ๆ ตัวควบคุมการสลับหรือ CPU หรือหน่วยความจำบางชนิดกระแสไฟส่วนใหญ่จะไหลจากสัญญาณความเร็วสูงไปยัง GND ภายในของคุณ (การสลับความเร็วสูง) โช้คโหมดคอมมอนจะไม่ป้องกันเสียงรบกวนจากการออกแบบของคุณเพราะมีกระแสไหลเข้าและกระแสไหลออกในเวลาเดียวกัน ในกรณีนี้ Ferrite Bead จะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า

ฉันแนะนำให้คุณเก็บเฟอร์ไรต์ด้วยเหตุผลบางอย่าง ปัญหาโหมดทั่วไปสามารถขจัดได้หากสัญญาณของคุณบนบอร์ดมีความจุมากกว่า GND ภายในของคุณเมื่อเทียบกับแชสซีหรืออุปกรณ์ภายนอกอื่น ๆ นอกจากนั้นเฟอร์ไรท์ยังถูกกว่ามากที่สุด ฉันไม่ทราบสเปคของคุณ แต่ฉันทำงานในอุตสาหกรรมยานยนต์ฉันจะรับเฟอร์ไรท์


2

สำลักโหมดทั่วไปมีประโยชน์ในการลดเสียงรบกวนนั่นคือ "โหมดทั่วไป" - หรือที่เห็นได้ชัดคือเสียงรบกวนที่ปรากฏในทั้งสองบรรทัด นี่อาจเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการกรองสัญญาณรบกวนความถี่สูงเช่นสัญญาณ RF ที่มาจากเครื่องส่งวิทยุที่อยู่ใกล้ ระบบที่มีตัวเรือนโลหะที่ไม่มีเหตุผลอาจได้รับประโยชน์หากสงสัยว่ามีสัญญาณรบกวน HF เกิดขึ้น (เหนี่ยวนำหรือมีความจุ) กับสายไฟที่แยกได้ทั้งสองสาย (ตัวอย่างเช่นถ้าตัวเรือนมีระบบไฟฟ้าอื่น ๆ ที่เชื่อมต่อกับระบบ)

ลูกปัดเฟอร์ไรต์เดี่ยว (ดังรูป) สามารถลดความแหลมได้อย่างรวดเร็วหากมีการปรับขนาดอย่างถูกต้อง โดยทั่วไปเม็ดบีดขนาดเล็กจะกรองความถี่ที่สูงกว่า (แม้ว่าวัสดุเฟอร์ไรต์จะมีความสำคัญเช่นกัน) หากต้องการกรองเดือยเล็ก ๆ ที่ต่ำกว่าปกติคุณต้องมีขนาดใหญ่กว่า (เม็ดหนากว่า) หากดูเหมือนว่าลูกปัดที่ใช้งานไม่ได้ดีแล้วให้เปลี่ยนเป็นขนาดที่ใหญ่กว่าหรือคุณอาจใช้ตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่แทน (ตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ที่คล้ายกันมักใช้ในสายไฟที่ไปยังอุปกรณ์เสียงไฮไฟ - คุณต้องตรวจสอบการจัดการปัจจุบัน ความสามารถของ inductors ถ้าใช้)

นอกจากนี้การเพิ่มตัวเก็บประจุเซรามิกมูลค่าเล็กน้อยในพาร์เรลกับตัวเก็บประจุขนาดใหญ่อาจช่วยกรองสัญญาณรบกวนความถี่สูงเพิ่มเติม ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าขนาดใหญ่อาจไม่สามารถกรองสัญญาณรบกวนความถี่สูงได้ดี

สุดท้ายเฟอร์ไรต์จะทำงานได้ดีที่สุดเมื่อมีกระแสเสียงรบกวนบ้าง กระแสเสียงรบกวนทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่วัสดุเฟอร์ไรต์สลายตัวเป็นความร้อน

ดังนั้นสมมติว่าเสียงของคุณไม่ใช่โหมดทั่วไปการใช้สองเม็ด (หรือตัวเหนี่ยวนำ) จึงเป็นทางเลือกที่ดีกว่า


1

อุปกรณ์ TVS ใช้เวลาสักครู่ในการเปิดระหว่างที่แรงดันไฟฟ้าอินพุตแหลมอาจถึงจุดสิ้นสุดไมโคร ลูกปัดเฟอร์ไรต์สามารถช่วยในการปกป้องอุปกรณ์ในเรื่องนี้ในขณะที่โช้กโหมดทั่วไปให้ความต้านทานน้อยที่สุดเท่านั้น (การเหนี่ยวนำการรั่วไหล) สำหรับเหตุการณ์คลื่นที่แตกต่าง หากคุณต้องการลดทอนโหมดทั่วไปของฉันฉันขอแนะนำให้ใช้โช้คโหมดทั่วไปแบบไฮบริดในกรณีนี้


1

สำลักโหมดทั่วไปและ frrite ไม่จำเป็นต้องขัดแย้งกัน นอกจากนี้ยังมีโช้กโหมดทั่วไปที่แตกต่างกันมากมายสำหรับกระแสและช่วงความถี่ต่างๆ โดยทั่วไปคุณต้องเข้าใจสิ่งที่คุณปกป้องจากสิ่งที่ หากคุณกำลังลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากบอร์ด dc / dc ให้เลือกสองโช้กเพื่อให้ครอบคลุมช่วงระหว่าง 0.5MHz ถึง 50MHz และจาก 500MHz ถึง 5GHz หลังอาจปรากฏเฟอร์ไรต์ในโหมดทั่วไปได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตามคุณอาจต้องการตัวเก็บประจุเพื่อสร้างตัวกรองที่มีประสิทธิภาพรอบฉายา และแน่นอนให้ความสนใจกับนโยบายภาคพื้นของระบบของคุณ

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.