filtro antidisturbo EMI, terra, massa

[marcan]

Buongiorno a tutti.

Sono nuovo del forum, lo seguo da tempo ma non mi sono mai avventurato.

Ma è arrivato il momento di provare.

 

Mi sono imbattuto in un problema dal quale non riesco ad uscire.

Allego uno schema del tutto e lo descrivo di seguito.

 

Dentro ad una scatola di alluminio da 20/10 sto mettendo a punto un controllo che ha al suo interno una scheda con microp, LCD, tastierino, ed una scheda separata che gestisce 4 ingressi segnale analogici 0-5V e due uscite analogiche sempre 0-5V.

 

Le due schede sono alimentate da switching separati, ciascuno servito da toroidale dedicato.

 

Ho messo prima dei toroidali un filtro EMI fatto con componenti discreti, copiando i classici commerciali (motivi di budget).

 

I filtri EMI hanno il centrale dei due condensatori da 1n5 all'uscita del filtro che va a TERRA.

Il filo è un filo sottile da 0.75mmq.

 

I due toridali sono isolati dalla scatola di metallo (resinati e incollati alla scatola). Non c'è assolutamente contatto.

 

Le due schede micro e in/out hanno un piano di massa su tutta una facciata.

 

La massa della scheda in/out è collegata in un sol punto alla massa della scheda micro.

 

La massa della scheda micro è collegata con un filo da 2mmq e lungo 3cm alla scatola metallica,

 

La scatola metallica è messa a terra con filo da 2mmq e lunghezza 3cm.

 

La distanza tra dove la scheda micro viene collegata alla scatola metallica e dove la scatola viene messa a terra è di 12cm circa.

 

Problema:

Senza nulla di collegato al controllo tranne che l'alimentazione, se alimento il tutto da una linea 230V dove sono collegate altre utenze (da una trapano colonna da 3KW, ad un carica batterie 12V 1A), quando accendo una qualsiasi utenza il micro resetta. Per inciso resetta non solo accendendo il trapano fresa da 3KW che magari genera uno "spike" generoso, ma anche solo inserendo una batteria da ricaricare nel cariva batterie 12V 1A.

 

Se taglio il ritorno a TERRA dei due filtri EMI tutto funziona senza problemi;

qualsiasi utenza venga attivata il micro continua per la sua strada. 

 

I condensatori da 1n5 filtrano i residui degli alimentatori SMPS ma mi portado dentro tutta la "sporcizia" che c'è sulla linea 230Vac creata dagli interruttori di altre utenze della linea.

 

Dov'è che mi perdo?

 

Come evitare che i due condensatori detti fungano da via di ingresso per gli spike di tensione?

 

La soluzione di non mettere a terra i due filtri EMI oppure di usare una linea pulita oppure di filtrare tutto quanto collegato alla linea sono soluzioni che risolvono.

Ma vorrei capire dov'è che sbaglio: perchè il filtro EMi classico tira dentro disturbi anzichè filtrare le sporcizie degli switching?

Togliendo al terra ai filtri EMI comprometto il filtraggio EMI.

 

Grazie per ogni dritta.

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[Livio Orsini]

Prima domanda: in che stato è il collegamento tra dispersore di terra e presa di terra a cui attacchi il tuo dispositivo? Se la terra è scadente invece di essere un percorso preferenziale per eliminare i disturbi diventa un percorso preferenziale per introdurre i disturbi.

 

Seconda domanda: come è il layout dei filtri? Il layout nei filtri è egualmente importante al corretto dimensionamento ed alla buona qualità dei componenti. Un layout non corretto fa si che i disturbi scavalchino il filtro.

 

Osservazione.

I filtri funzionano perchè creano percorsi a bassa impedenza verso terra per i disturbi e percorsi ad alta impedenza, per i disturbi, verso l'uscita.

Ora il percrso ottimale per quanto sopra enunciato vorrebbe che i disturbi incontrassero subito una bassa impedenza verso terra ed un'impedenza elevata verso l'utenza, ma i tuoi sembra seguano un percorso contrario.

 

Io ho acquistato su ebay, per 6€ cadauno, dei buoni filtri di linea; sei sicuro che i tuoi autocostruiti costino meno? Come li hai verificati?

[dott.cicala]

Ma L5-L6, cosi come le altre, sono realizzate sullo stesso supporto e collegate in controfase?

[fisica]

di primo acchito, osservo che i riferimenti a terra non sono belli, se vuoi collegare le masse delle tue schede a terra devi usare il criterio della stella, cioè da ogni scheda vai al punto di terra (il filo grosso sulla sx).

 

In più, se il disegno rispetta la realtà, eventuali disturbi che la terra (ovvero ancora massa) del driver drenerebbe, passerebbero attraverso la scheda di controllo. Il che non è bello, e tieni conto che i disturbi vanno di qua come di la'. Chissà che giro fa il tuo impulso di reset...

 

[Livio Orsini]

I disturbi entrano sicuramente, almeno da quanto descritto, dall'alimentazione.

Se la terra fosse una terra ottima anche con quel tipo di filtro, dovrebbero essere messi a terra sicuramente.

Io sospetto che il collegamento a terra non sia ottimale.

L'uso di conduttori a sezione ridotta per il collegamento di terra dei filtri, poi, rafforza i problemi.

Corretta la connessione diretta degli zeri delle interfaccie analogiche alla scheda madre.

 

Bisognerebbe verificare se è corretto, per questa applicazione, mettere a terra anche lo zero della scheda madre o se sia meglio mantenerla flottante rispetto a terra.

 

Usare il contenitore metallico come piano di terra ed ammarare localmente ad esso le terre dei vari dispositivi è consigliato anche dalle direttive EMC.

[marcan]

grazie per l'interessamento.

 

L5-L6 sono in controfase e sullo stesso supporto.

 

Io vorrei drenare i distrubi degli alimentatori switching e non immetterli in rete.

E se questo sembra funzionare (alla misura il distrubo sopra ai 150KHz introdotto in rete è trascurabile) purtroppo mi ritrovo che mi entrano tutte le sporcizie dalla rete.

Ed è vero che guardando il filtro dalla rete si vede una alta impedenza, perciò via perfetta per intercettare di tutto.

 

Introduco due condensatori da pochi nano tra fase/terra e neutro/terra anche in ingresso?

ma non ho mai visto questa configurazione.

 

Io ho il sospetto che non sia corretto il punto massa della scheda micro che metto a terra attraverso il telaio.

Ho usato un filo cortissimo e di sezione "elavata" (2mmq), e un dado + rondella, ma il punto dove "prendo" la massa è vicinissimo al micro. E vicinissimo agli ingressi/uscite.

Ho fatto questa scelta per minimizzare i loop di massa sul segnale dato che delle sonde possono essere alimentate a 230V e riferite a terra.

Tutto ciò che supera il filtro EMI si va a richiudere attarverso questa connessione massa/terra appiccicata al micro anzichè "usare" la connessione massa/terra del filtro EMI.

E pertanto mi manda in palla il micro che resetta.

 

Non ho fatto il centro stella perchè pensavo che usando il telaio, con i suoi 2mm di spessore, fosse sufficiente ad avere un riferimento equipotenziale. 

 

Ma sono obbligato a collegare la massa alla terra per essere a norma. O no?

 

In ordine di intervento, cosa mi consigliate di provare?

1) aggiungo due condensatori da pochi nano tra F/T e N/T anche in ingresso (come C3/C4 e C8/C9)?

2) porto il centro del filtro EMI a terra con un filo di sezione elevata e lo collego alla terra della presa o dove ho massa/terra (vicino al micro)? 

3) se sposto il punto massa/terra dalla scheda micro alla scheda alimentatori rischio di aprirmi la strada a dei loop di massa sui segnali. O no?

[marcan]

il layout dei filtri dovrebbe essere decente.

E' tutto simmetrico, uso piste di larghezza decente (1.5mm), uso il piano di massa sia sopra che sotto ed in più (avendo una scheda a 4 strati) ho un ulteriore livello interno destinato a solo piano di massa senza alcuna pista che rompa il piano.

I ritorni a massa perciò dovrebbero essere decenti.

 

é però vero che uso un filo sottile per portare la massa del solo filtro EMI (che è isolata dalla massa di tutto il resto) a terra.

e peggio questo filo è lungo 12cm.

 

perciò ho la scheda micro che ha la massa a terra con filo di 2mmq e lungo 2cm.

ho la massa del filtro EMi che va a massa con un filo da 0.5mmq e lungo 12cm.

però massa del filtro EMI e massa della scheda micro sono isolate.

i disturbi perciò dovrebbero comuqneu essere drenati a terra dato che non vi è un percorso alternativo che i distrubi possano preferire.

[Livio Orsini]

Quote

Io vorrei drenare i distrubi degli alimentatori switching e non immetterli in rete.

 

Se è questo il motivo principale, il filtro è corretto. Però è meno efficace per bloccare i disturbi che provengonon dalla rete, disturbbi che possno essere molto maggiori di quelli prodotti dallo SMPS. In genere il filtro EMI dello SMPS si trova a bordo dello stesso, proprio "appiccicato" al connettore di ingresso rete.

Poi gli SMPS hanno il difetto di lasciar passare come una porta spalancata, tutte le porcate che provengono dalla rete. Per questo motivo, poi, si deve filtrare bene la continua e mettere filtri antidisturbo direnttamente all'ingresso di rete dell'apparecchiatura.

 

Quote

i disturbi perciò dovrebbero comuqneu essere drenati a terra dato che non vi è un percorso alternativo che i distrubi possano preferire.

 

 

Per prima cosa, come ho scritto prima, verifica la bontà del collegamento a terra. Se il collegamento di terra, e la terra stessa, non sono perfettamente efficienti ogni altra supposizione è solo....tempo perso.

Io continuo a ritenere che i disturbi entrino dalla linea di terra.

 

Poi io questi problemi, specie quando si usa un alimentatore SMPS, li ho sempre risolti in 2 modi:

1. Filtrando drasticamente, sulla scheda, le alimentazioni con filtri L-C e/o R-C.
2. Curando molto bene i collegamenti di terra e, possibilemente, tenedo tutta l'eletrronica flottante da terra, usando separatori galvanici tra elettronica di controllo e campo.

 

In questo modo son persino riuscito a far funzionare, senza problemi di disturbi, anche un controllo basato su una scheda arduino.

[fisica]

aggiungo:

peccato che i trasformatori siano toroidali.. un buon vecchio lamellare per la sua stessa natura non regge molto i picchi di corrente sul carico, ma è una naturale barriera per i disturbi

[Livio Orsini]

Sicuro Paolo, se poi tra primario e secondario metti un bell'avvolgimento aperto con un capo a terra hai anche un ulteriore schermo.

Probabilmente la scelta del toro è dettata dal ridotto flusso disperso che è tutto rumore a 50Hz sulle analogiche.

[fisica]

oppure perchè avanzavano...

Io ho sempre usato i tori per le situazioni a forte carico variabile, unica grande giustificazione per il forte maggior prezzo. (per quelli fatti bene.. perche quelli da illuminazione sono poco costosi ma anche molto tirati per il collo)

[marcan]

ho usato filtri LC e RC ovunque perciò lì dovrei essere OK.

 

Verifico i collegamenti a terra.

 

Grazie.

[marcan]

uso i toroidali per non avere flusso disperso. 

E non raccogliere 50Hz residui per accoppiamento capacitivo.

Devo stare sotto al microvolt come rumore sulla scheda di acquisizione dati.

microvolt è scritto giusto, non millivolt.

 

 

[Livio Orsini]

Quote

Devo stare sotto al microvolt come rumore sulla scheda di acquisizione dati.

 

Questo è uno di quei casi dovre si deve usare un regolatore lineare, non SMPS.

[fisica]

assolutamente si!

 

con i microvolt non si scherza, addirittura qualcuno auspicherebbe alimentazione autonoma. il microvolt (presumo in banda base, perche 1 microvolt a 10MHz è l'intensità che ci si aspetta da una stazione radio distante) è soggetto a tutto, e i circuiti di ritorno delle terre e delle masse sono essenziali, così come la protezione degli ingressi bilanciati.

 

Elimina gli switching di sicuro, per cominciare.

 

tra l'altro, il rumore stesso dei resistori è fulminante in banda base, ogni resistenza nel circuito di segnale come minimo deve essere scelta bene. 

[Livio Orsini]

Quote

addirittura qualcuno auspicherebbe alimentazione autonoma.

 

Si la soluzione ideale sarebbe alimentare a batteria la parte dell'interfaccia analogica.

[marcan]

questa mi sembra una ottima dritta.

 

da oggi provo prima di tutto con una batteria o con il lineare da banco.

 

grazie.