Układ zasilania, dziwny przebieg prądu.

[marek1707]

Oba rysunki są OK. Pierwszy to taki bardziej stratny kondensator. Z jednej strony nie powoduje rezonansów z uzwojeniami a z drugiej nie przeszkadza mostkowi, bo nie obciąża go czysto pojemnościowo. Trzeba dobrze wybrać, ale 47-100nF i kilkanaście-dziesiąt omów to dobry początek.

Na drugim mostek nie widzi kondensatora na swoim wyjściu, bo szeregowo ma dławiki - a je bardzo lubi. Dławiki muszą być przy silniku, by kable nie były antenami emitującymi zakłócenia do wszystkich sąsiadów.

Typowe wejście oscyloskopu ma 1MΩ a z sondą 1:10 nawet więcej. Praktycznie nie obciąża więc źródła. Cały Ty jesteś jedną okładką wielkiego kondensatora. Drugą są otaczające Cię (w ścianach, w podłodze, pod biurkiem) kable energetyczne 50Hz. Przez tą nikłą pojemność przełazi sygnał który widzisz na ekranie. W ogóle nie przejmuj się jego napięciem - to wypadkowa pojemności, upływności i rezystancji wszystkiego, łącznie z Twoimi skarpetkami opartymi na podłodze. To napięcie pojawia się naprawdę, ale tylko wtedy gdy źródło (sieć energetyczna przez pojemności rozproszone) jest nieobciążone. Jeżeli kondensator szeregowy (np. 5pF) który tworzysz z kablami obciążysz rezystancją swojej skóry (setki kΩ lub 100x razy mniej gdy wilgotna), napięcie spada do mV. Łatwo to sprawdzisz gdy dotkniesz palcem do wejścia jakiegoś wzmacniacza audio lub wejścia mikrofonowego w PC. Te złącza mają rezystancje wejściowe rzędu 50k: usłyszysz buczenie 50Hz "z powietrza", ale żadne 100V nie spali wejścia.

Dla eksperymentu możesz oscyloskop podpiąć do czystego opornika 1k: krokodylek masy do jednego końca opornika a szpilka sondy do drugiego. Spróbuj teraz - gdy sonda ma rezystancję wejściową 1k, z palca wywołać jakiś ciekawy efekt na ekranie.

[dawid75_75]

Ok, rozumiem 🙂

Zrobiłem to o czym pisałeś z opornikiem 1k i oscyloskopem. Jednakże jak przyłożyłem palca do sondy to... nic się nie wydarzyło. Czysta masa na ekranie. Coś robię źle?

[marek1707]

No właśnie to jest prawidłowy efekt. Jeżeli impedancja wejściowa sondy jest 10MΩ, to może czerpać sensowny sygnał ze źródeł o podobnych impedancjach wyjściowych. Ty razem ze swoją rezystancją i szeregową pojemnością przez powietrze do kabli zakopanych w ścianach masz właśnie dla 50Hz tego rzędu parametry.

Jeżeli teraz wejście układu pomiarowego degradujesz z 10MΩ do 1k to aby uzyskać choćby 1V sygnału na takiej rezystancji wejściowej potrzebujesz prądu 1mA. Aby z Ciebie popłynęło 1mA (a przecież się nie zmieniłeś więc wciąż masz megaomy impedancji wewnętrznej) musiałbyś dysponować na wejściu napięciem 10kV AC. Raczej tyle w sieci domowej nie ma..

Poza tym, o ile wykrywany przez 10 Megaomową sondę prąd rzędu uA jest kompletnie przez Ciebie niewyczuwalny (choć przecież płynie, bo widzisz na ekranie sygnał napięciowy odłożony na tej rezystancji), o tyle 1mA konieczny przy sondzie 1kΩ już powoduje skurcz mięśni i inne bardzo nieprzyjemne objawy. Wierzę, że nie chciałbyś dotykać ręką do szyny wejściowej transformatora SN/NN w podstacji energetycznej by sprawdzić czy oscyloskop wyposażony w taki opornik coś pokaże.

[dawid75_75]

Aaa, teraz jasne. No i fakt, że nie bardzo chcę poczuć 10kV, 230V już mi wystarczy, dziękuję bardzo 🙂

Tak się jeszcze zastanawiam czy ma sens optoizolacja między silnikiem a resztą układu?

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

Między silnikiem a resztą układu może być trudno, bo nie bardzo jak jest przenieść moc 🙂

To już raczej między procesorem a driverem/mostkiem. Tam masz zaledwie kilka sygnałów (2 na silnik?) więc łatwo się to izoluje. To jednak pociąga za sobą konieczność zrobienia osobnego, izolowanego zasilania np. przez napędzanie procesora i całej części cyfrowej przez małą, izolowaną przetwornicę DCDC z głównego zasilacza mocy. Takie rzeczy robi się gdy prądy przekraczają kilkadziesiąt Amperów, bo wtedy trudno uniknąć na raz wszystkich problemów z masami, kablami, zakłóceniami itd. Tutaj to w ogóle nie jest konieczne, chyba że w celach edukacyjnych, lub gdybyś musiał np. mierzyć tym procesorem bardzo precyzyjne, niewielkie sygnały analogowe. A i tak takie decyzje muszą być dobrze przemyślane i podjęte na podstawie sensownych założeń na całość systemu.

[dawid75_75]

Rozumiem, czyli w moim przypadku nie ma chyba sensu.

Powracając do tych szpilek - niepokoją mnie one o tyle, bo pojawiają się tylko jak włączę silnik dlatego myślałem, że to nie są akurat zakłócenia z otoczenia. Jeśli to szpilki z otoczenia to jak wyjaśnić to, że pojawiają się tylko jak włączę silnik? Jak silnik stoi to na szynach mam gładko.

[marek1707]

Nie, nie, pisaliśmy ostatnio o zakłóceniach z otoczenia bo dziwiłeś się sinusoidzie 50Hz. Szpilki są jak najbardziej z silnika i tego nikt nie neguje. Dopóki jednak nie zbudujesz prawidłowego układu pomiarowego, z ekranowanymi kablami, dobrą masą i poprawnymi połączeniami z oscyloskopem, dopóki nie masz co marzyć o badaniu takich zakłóceń i walce z nimi. Silnik komutatorowy to wredny nadajnik sygnałów w paśmie RF promieniowanych w powietrze i przewodzonych kablami. Przenosi się to łatwo z jednego przewodu na drugi, z samego silnika do kabla sondy pomiarowej itd. Nie opanujesz tego w jeden czy dwa dni. Musisz dużo czytać, zdobywać wiedzę i praktykę a i tak zawsze coś może Cię zaskoczyć. Nie na darmo pracownie i laboratoria badające zakłócenia i np. zgodność z normami EMC mają sprzęt za ciężkie dziesiątki i setki tysięcy dolarów, specjalne, uszczelniane EM komory Faradaya, a głupi kabel koncentryczny BNC-BNC potrafi kosztować kilkaset USD. Jeżeli Twój układ wygląda jak się domyślam, szpilki są wszędzie i będziesz widział je - mniejsze lub większe - gdziekolwiek podepniesz się sondą.

Jeżeli szpile są synchroniczne z PWM mostka, to są to "tylko" zakłócenia na zasilaniu generowane przez sam mostek a nie silnik. Wtedy walka jest dużo prostsza i wymaga jedynie dobrego prowadzenia mas, zasilań, blokowania tego dobrymi pojemnościami i ogólnego porządku w układzie. Może wreszcie jakieś zdjęcie?

[dawid75_75]

Wrócę do domu i zrobię zdjęcia pod wieczór 🙂

A i zapomnialem powiedzieć i jeszcze jednej rzeczy - jak odlączyłem silniki od mostka, ale sam mostek zostawiłem i dałem na niego normalne sygnały sterujące wraz z PWMem to na szynach pojawily się regularne szpileczki, ale dość znaczne, wszystkie o jednakowej amplitudzie. Odłączając PWM od mostka problem znikał. Czy to zaklocenia wynikające z przełączeń tranzystorów?

[marek1707]

Na 90% tak, ale takie rzeczy powinny być załatwiane przez pojemności tuż przy mostku. Musi być z tym bardzo kiepsko.. Czy mógłbyś podawać jakieś wyniki ilościowe? Jaką amplitudę mają te szpilki i jaką szerokość? Bo zawsze przy przełączaniu tranzystorów coś da się znaleźć, ale jeśli "czepiamy się" 20mV dołków o szerokości 1us to nie ma co bić piany.

Bez liczb i konkretów (schematy, zdjęcia, miejsca podłączenia masy oscyloskopu itp) to wróżenie z fusów.

[dawid75_75]

A właśnie, pojemności przy mostku, o tym zapomniałem. Powinienem dać szybkiego ceramika 47-100nF przy części cyfrowej i duży elektrolit przy części analogowej (zasilaniu silnika)?

[marek1707]

Hm, być może dochodzimy do sedna sprawy. Tak, część cyfrowa potrzebuje jak każdy cyfrowy scalak ceramicznego 100nF.

Stopień końcowy mostka nie tylko pobiera impulsy prądu gdy przełącza - więc 100nF obowiązkowo, ale też napędza silnik - czyli elektrolit należy się jak psu kość. Im gorszy i tańszy (mały, wolny, duży ESR) tym więcej dodatkowych 100nF równolegle nie zaszkodzi. Jeśli znajdziesz dobry 47-100uF/25-50V klasy low-ESR, jeden 100nF wystarczy.

[dawid75_75]

Pozrzucałem przebiegi bez kondensatorów w mostku - mogę nie zdążyć ich dziś dolutować bo mam kolokwium jutro. Schematy też dorzucę.

PWM biorę z Atmegi8A; procesor zasilam z szyny 3V3.

Przebiegi:

1) Szyna 3V3, pracują dwa silniki, pwm = 90% 1kHz; mierzone względem masy przed rezystorem pomiarowym:

2) Szyna 3V3, pracują dwa silniki, pwm = 90% 1kHz; mierzone względem masy za rezystorem pomiarowym (czyli tej masy, do której mam podłączone wszystkie odbiorniki):

3) Szyna 5V, pracują dwa silniki; pwm = 90% 1kHz; mierzone względem masy przed rezystorem pomiarowym:

4) Szyna 5V, pracują dwa silniki; pwm = 90% 1kHz; mierzone względem masy za rezystorem pomiarowym:

5) Szyna 3V3, silniki odłączone, pwm = 90% 1kHz; mierzone względem masy za rezystorem pomiarowym:

6) Przebieg prądu (wyjście MCP6231), silniki odłączone, pwm = 90% 1kHz; mierzone względem masy przed rezystorem pomiarowym:

7) Przebieg prądu (wyjście MCP6231), silniki odłączone, pwm = 90% 1kHz; mierzone względem masy za rezystorem pomiarowym:

8) Sygnał z enkodera; pwm = 90% 1kHz; mierzone względem masy przed rezystorem pomiarowym:

9) Sygnał z enkodera; pwm = 90% 1kHz; mierzone względem masy za rezystorem pomiarowym:

Na chwilę obecną tak się przebiegi mają 🙂

Zdjęcia układu:

1) Moduł zasilania:

2) Płytka z Atmegą:

3) Moduł mostka H:

4) Spód modułu zasilania:

5) Spód modułu mostka H:

To oczywiście prototypy. Docelowo chciałbym to wykonać na płytkach drukowanych.

Odnośnie kondensatorów - muszę używać bezwzględnie ceramików czy MKT też się nadadzą?

Szczególnie zależy mi na odfiltrowaniu szpilek z sygnału enkodera. Takie szpilki mogą mi uruchamiać przerwanie wtedy kiedy nie powinny.

[marek1707]

Trochę już wiemy, ale brakuje jeszcze jednej bardzo ważnej rzeczy: schematu prawdziwych połączeń. Widzę, że to prototyp więc jakieś podrutowane płytki połączone plątaniną kabli i na tym etapie jest to naturalne. Budując jednak takie druciaki trzeba o wiele bardziej mieć się na baczności niż w przypadku składania czegoś na jednym PCB. Będziesz musiał się przemóc i zrysować z natury cały ten bałagan albo inaczej: przerobić to wszystko tak by połączenia po prostu były sensowne. Jak już zapewne zaczynasz rozumieć, walcząc z zakłóceniami musisz pamiętać, że.. najlepiej gdy ich nie ma. Staraj się nie doprowadzać do sytuacji w których one są produkowane lub ograniczaj ich obecność do małych i kontrolowanych obszarów. Jeżeli wiesz, że przetwornica zbudowana na jakiejś płytce jest źródłem zakłóceń, wstawiaj filtry na wyjścia tak, by śmieci nie wydostały się do kabli. W poprzedniej wersji zrobiłeś pompę ładunkową która nie dość że pobiera znaczne impulsy z wejścia to jeszcze generuje (z definicji) paskudne śmieci na wyjściu. Ona tak ma i to nie jest z gruntu złe czy dyskwalifikujące. Gorzej, że tego nie wiedziałeś i pozwoliłeś, by nieodfiltrowane napięcie zasilania dostało się na wzmacniacz operacyjny. Szukałeś w problemów w nim zamiast zacząć od pieca. Znacznie łatwiej z czymś walczyć na znanym i niewielkim terenie jednej płytki niż beztrosko pozwolić rozlać się szpilom po kablach - wtedy masz wojnę na kilku frontach a przeciwnikiem są duchy, zombi i generalnie nieumarli.. To samo z silnikiem czy driverami - jeśli będziesz poprawnie blokował zasilania każdemu układowi który pobiera prąd impulsowo, to będzie on swoje nagłe potrzeby zaspokajał z pobliskich kondensatorów. To bardzo ważne, żeby otwartymi kablami płynął tylko prąd stały, lub co najwyżej o częstotliwościach audio. Jeżeli układy cyfrowe/mocy/PWM będą próbowały czerpać impulsy prądu z odległego zasilacza, to właśnie zrobiłeś nadajnik siejący zakłóceniami z kabli zasilających i masowych w powietrze, do innych kabli itd.. Nie mówiąc o tym, że przewody mają swoje indukcyjności więc nagłe zmiany poboru prądu powodują chwilowe przysiadanie i podbijanie napięć zasilania a to zawsze się źle kończy. Tu dochodzimy do topologii połączeń. Masa, mimo że połączysz wszystko przewodzącymi kabelkami nie jest jednolita i ekwipotencjalna. Ma swoje rezystancje dla DC ale ma też swoje impedancje dla w.cz. A niestety zakłócenia impulsowe mają bardzo szerokie pasma, bo dzisiejsze tranzystory są po prostu bardzo szybkie. I teraz jeśli Twoja masa jest bliżej nieokreślonym i nieprzemyślanym połączeniem kabelkowym między płytkami, to mierząc względem różnych punktów "tej samej" masy dostaniesz różne wyniki.

Zróbmy tak: narysuj wszystkie swoje płytki jako prostokątne bloczki i pokaż nam wszystkie połączenia między nimi tak są naprawdę poprowadzone. Jeżeli kabelek idzie od jednej płytki do drugiej a potem do trzeciej, to tak narysuj. Jeżeli któreś dwa schodzą się w jednym miejscu, to też jest ważne. Jeżeli masa dochodzi w dwóch stron do płytki ale w różnych miejscach, także. To wszystko jest ważne, nawet grubość kabli. Jak już będziesz miał taki rysunek, nanieś na niego prądy. Oczywiście tylko te najważniejsze: począwszy od źródła zasilania, przez odbiorniki (płytki, silnik) i kabel masy z powrotem do źródła. Każdy rodzaj prądu (zasilanie cyfrowe, mostka/silnika itp) możesz narysować innym kolorem, ale każdy musi płynąć po zamkniętej drodze od plusa do minusa źródła. Teraz zastanów się którymi kablami płyną razem, dlaczego, jakie wywołują spadki napięć na kablach i jak to może wpływać na to co mierzysz i co będzie widział Twój procesor - on "patrzy" tylko względem swojej masy. Byłoby dobrze, gdybyś w bloczki płytek wrysował najważniejsze tam elementy: stabilizatory, scalaki, przetwornice - to jak są tam naprawdę połączone i jak mają blokowane zasilania pojemnościami. Potem wrzuć ten rysunek tutaj. Może się okazać, że wystarczy przełożyć jeden kabel lub też trzeba będzie wyciąć w pień wszystkie połączenia i zrobić to jeszcze raz z głową. Od razu Ci powiem, że płytka stykowa dobrze nie wróży i w zasadzie ten jeden element jest do wywalenia od razu. Nic co na niej mierzysz nie jest prawdziwe i nic na niej nie poprawisz - to po prostu fizycznie nie jest możliwe. Już lepiej gdybyś używał gotowego modułu typu Arduino Mini Pro z wlutowanymi pinami - tam przynajmniej połączenia wewnątrz płytki są poprawne i można ją dobrze spiąć z resztą rzeczy.

Moim zdaniem układ taki jak chcesz zrobić docelowo nie ma prawa nie działać i nie wiem, czy warto tracić czas na szukanie ducha w obecnej plątaninie. Możesz tutaj wiele poprawić, ale żeby dojść do wiarygodnych wyników będziesz musiał zmienić moduł procesora na bardziej spójny i być może przerobić całe okablowanie. Masz na to ochotę?

[dawid75_75]

Sprawa wygląda tak, że to co dłubię teraz docelowo ma wylądować w mojej inżynierce i chcę to zrobić porządnie, a czasu mam do końca tego roku kalendarzowego (o ile w lato w sesji wszystko pójdzie zgodnie z planem).

Rysunki oczywiście zrobię i wstawię, ale to najwcześniej w weekend.

Odnośnie ICLa - faktem jest, że gorzej, że tego nie wiedziałem, nawet się nie bronię. Jednakże tutaj chyba tylko praktyka mogła mnie tego nauczyć 🙂 Tak też się zastanawiam - czy ICL7660 działałby poprawnie jakbym mu dorzucił dławiki szeregowo do kondensatorów żeby mi tak prądu w szpilkach nie ciągnęło?

Skąd taka niechęć do płytek stykowych? Chodzi o to, że zbiera zakłócenia jak antena? Procesor i tak będzie inny, ten uruchomiłem do testów, docelowo będzie taki fajny moduł MMXmega z propoxa, wstawiona tam jest atxmega128a3. Muszę sobie ją tylko przyswoić w najbliższym czasie żeby jej użyć w projekcie 🙂

Jak trzeba Arduino to też mogę użyć do prototypu, bo od tego kiedyś zacząłem zabawę z tym wszystkim więc mam jeszcze w szufladzie.

Moim zdaniem układ taki jak chcesz zrobić docelowo nie ma prawa nie działać i nie wiem, czy warto tracić czas na szukanie ducha w obecnej plątaninie.

Czy chodzi Ci o to, że chcę wykonać układ bez szpilek od silnika i że jest to wykonalne? Ja głęboko wierzę, że to można zrobić, ale brakuje mi trochę wiedzy i praktyki 🙂 Trochę zły na siebie jestem, że tak późno złapałem bakcyla.

[marek1707]

Nie, nie wyciągnąłem sprawy 7660 żeby Ci coś wytykać, przepraszam jeśli tak to odebrałeś. Chciałem tylko pokazać jakimi drogami chodzą nasze myśli a jakimi powinny i uzasadnić tezę o jak najwcześniejszym ograniczaniu zasięgu zakłóceń. Jeżeli chcesz poprawić samopoczucie otoczenia takiej przetwornicy, to wyłącznie poprzez filtrowanie wejścia - jeżeli chcesz ochronić szynę wejściową od gwałtownych poborów (bo czasem siedzi na niej wiele innych stabilizatorów, choćby linowych przez które takie szybkie śmieci przechodzą jak przez papier), oraz wyjścia - gdy Twoje odbiorniki nie lubią piły na zasilaniu. To może być LC, teoretycznie najsprawniejszy, ale może być za drogi lub za duży, więc dla małych prądów można spróbować filtra RC. To wszystko kompromisy - jak cała inżynieria.

Nie wiem czy to niechęć. Pewne narzędzia sprawdzają się tylko w pewnych zastosowaniach. Jeżeli chcesz zamrugać diodką, zapiszczeć głośniczkiem lub postawić gotowy czujnik/sonar i wyświetlić na LCD odległość, to czemu nie. Jeśli płytka stykowa nie jest stara, zużyta czy brudna - układ zadziała bo jest mały, zamyka się na 100cm² a jego poprawność nie zależy od wielu innych rzeczy podłączonych do płytki. Natomiast odradzam wszelkie układy mocy (silnikowe PWM, przetwornice, zasilacze), małosygnałowe (pomiarowe, audio) czy RF. Ani przypadkowe rezystancje przejścia, ani topologia prowadzenia zasilań ani zupełnie niekontrolowane pojemności pasożytnicze nie predystynują tej technologii do takich aplikacji. Szkoda czasu i nerwów. Raz działa a raz nie, parametry układu od czapy a w końcu i tak coś się spali bo coś innego się rozłączy.

Ty zacząłeś wnikać, próbujesz zrozumieć i coś poprawić a w takim przypadku płytka stykowa jest poważnym utrudnieniem, bo jest nieprzewidywalna. I tak robisz to trochę po omacku a jeszcze jeden stopień swobody więcej nie pomoże. Dlatego odradzam z całego serca.

Całkowicie pozbyć się zakłóceń nie da, bo to zwykła fizyka gdzie tłumienia nieskończone nie istnieją. Musimy z tym żyć a świadome projektowanie polega na liczeniu z marginesami bezpieczeństwa i budowanie układów nie idealnych a tylko wystarczająco dobrych by spełniały założenia. Pogadamy jak wrzucisz schemat. Nanieś orientacyjne długości kabli lub odległości między płytkami. Chodzi mi też o to, że docelowy układ z pewnością nie będzie tak rozwlekły a na jednej płytce masz większą możliwość kontroli prądów i zakłóceń. Okablowanie systemów to osobna nauka.