EMV-Überlegungen zum Ansteuern eines Solenoids über PWM über ein langes Kabel

Wir entwerfen eine Schaltung, die im Wesentlichen die unten gezeigte Topologie hat. Wir treiben eine induktive Last (24 V, 3,8 Ohm Solenoid - maximaler Durchschnittsstrom = 2 A, aber Spitzenstrom kann 6,3 A betragen) mit PWM an. Leider ist der Abstand zwischen Controller und Solenoid recht groß (8m).

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich bin ziemlich besorgt über die EMV-Auswirkungen, wenn ein Hochstrom-PWM-Signal über ein so langes Kabel geleitet wird. Ich dachte daran, es zu mildern, indem ich Folgendes mache:

  • Verwenden eines Twisted-Pair-Kabels, um Magnetfelder aufzuheben und elektrische Felder zu eliminieren
  • Hinzufügen großer Tankkondensatoren parallel zur 24-V-Versorgung und Masse, um plötzliche Stromspitzen durch das Stromkabel zu reduzieren. (Dank dieses Beitrags ).
  • Ich kann das Leiterplattenlayout am Mikrocontroller steuern, um sicherzustellen, dass die Stromschleife für das PWM-Signal auf der Leiterplatte minimiert wird.
  • Ich werde dem MOSFET-Gate-Ansteuersignal unbestückte Footprints für einen Vorwiderstand und einen parallelen Kondensator hinzufügen, um mit der Reduzierung der Flankenrate des PWM-Signals zu experimentieren, um Hochfrequenzkomponenten zu reduzieren.

Welche anderen Schritte kann ich unternehmen, um dabei EMV-Probleme zu vermeiden?

Du hast schon einige gute Antworten bekommen. Stellen Sie außerdem D1 direkt auf L1.

Antworten (2)

Dem Solenoid ist es egal, ob Sie ihm PWM oder eine saubere analoge Spannung zuführen, sodass Sie einen LC-Tiefpassfilter verwenden können, um PWM in einen glatteren DC-Wert "umzuwandeln". Die Werte hängen von den dynamischen Erwartungen Ihrer Solenoid- und PWM-Frequenz ab. Bringen Sie es am Antriebsende des Kabels an, um EM-Emissionen auf das Kabel zu reduzieren.

Beachten Sie, dass die Verwendung eines verdrillten Kabelpaars die vom Kabel erzeugten E-Felder nicht eliminiert, da es sich nicht um einen symmetrischen Ausgangsantrieb handelt, da ein Draht 0 V beträgt. Fügen Sie einen Bildschirm hinzu oder verwenden Sie Koaxialkabel für bessere Ergebnisse.

Ausgeglichen hat nichts mit 0 V zu tun oder nicht - es hat mit Strom zu tun. Sofern es keinen anderen Weg gibt, den der Strom nehmen kann, ist er ausgeglichen. Im Fall von HF-Signalen und KOAX kann es aufgrund des Skin-Effekts unsymmetrisch sein, da die innere Abschirmung und die äußere Abschirmung effektiv zwei separate Leiter sind.
@iAdjunct Sie erwägen Magnetfelder - ich erwäge E-Felder - wenn Sie ein Ansteuersignal und einen 0-V-Draht eng verdrillt haben, ist das E-Feld immer noch vorhanden. Bei Verwendung eines ausgewogenen Antriebs würde theoretisch auf kurze Distanz kein nennenswertes E-Feld ausgehen. Vielleicht habe ich Ihren Punkt missverstanden - Ihr Kommentar ist ein wenig verwirrend, dh "Balanced hat nichts mit 0 V zu tun oder nicht" - was meinen Sie mit "oder nicht" - das scheint sich selbst zu widersprechen.
@iAdjunct - Ich schlage vor, dass Sie sigcon.com/Pubs/edn/ReducingEMI.htm lesen und beachten Sie, dass das, was Sie sagen, den ganzen Grund zu ignorieren scheint, warum ausgewogene Treiber verwendet werden. Das ist Unsinn, also überdenke bitte, was du zu sagen versuchst.
Wenn Sie ein langes Kabel haben, das eigentlich aus zwei Leitern besteht, und Sie der einzige sind, der es verwendet, ist es unabhängig davon, welchen "Treiber" Sie verwenden, symmetrisch. Wenn Sie andere Pfade haben (vielleicht die Außenseite der Abschirmung bei einem KOAX) oder andere Elemente, die dieselben Leiter verwenden, bringt ein Treiber, der ihn zum Ausgleich zwingt, eine dramatische Verbesserung. Beachten Sie auch, dass ein Draht an der Quelle nur null Volt hat - es gibt einen Spannungsgradienten über dem Draht.
@iAdjunct Wenn ich die Wörter "Differentialtreiber" anstelle von "symmetrischer Ausgangsantrieb" verwenden würde, würden Sie immer noch glauben, dass ich falsch liege?
Ich mag die Idee eines LC-Tiefpassfilters wirklich. Können Sie näher erläutern, was Sie meinten, als Sie sagten: "Werte hängen von dynamischen Erwartungen Ihrer Solenoid- und PWM-Frequenz ab"? Offensichtlich müsste der Grenzpunkt des Filters niedriger sein als meine PWM-Frequenz, aber was ist mit den "dynamischen Erwartungen"?
Wie schnell soll das Solenoid grundsätzlich reagieren?
@iAdjunct die Magnetfelder heben sich auf, ja. Aber für elektrische Felder liegt das Adernpaar im Durchschnitt bei der Hälfte der zugeführten Spannung in Bezug auf Erde. Somit wird der lange Draht zum Solenoid zu einer Antenne, die effektiv am Rand der Leiterplatte mit der halben tatsächlichen PWM-Spannung betrieben wird. Es beginnt zu strahlen, wenn es in die Nähe von 1/4 Wellenlänge kommt, einige MHz, die leicht vom PWM-Treiber erzeugt werden könnten, wenn es nicht gefiltert wird.
@tomnexus du hast die Wörter gefunden, mit denen ich zu kämpfen hatte, danke.

Ein zweiadriger Draht ist im Grunde eine Leiterleitung. Solange der Strom keinen anderen Weg nehmen kann, ist die EMF von diesen im Fernfeld äußerst gering. Im Nahfeld (1x oder 2x Abstand zwischen den Drähten) können Sie EMF haben und aufgrund der Gezeiteneffekte der Wellen empfindlich auf EMF reagieren (dh die beiden Drähte sind nahe genug an Ihnen, dass sie nicht als erscheinen Einzeldraht mehr).

Twisted-Pair kann diesen "Nahfeld"-Effekt verringern, da Sie viel näher daran sein müssen, damit Ihre Signale Gezeiteneffekte haben. Dies reduziert wiederum sowohl emittierte EMF- als auch Gegentaktstörungen auf Ihrer Leitung. Im Allgemeinen ist letzteres bei einem Solenoid nicht Ihr Problem.

Generell ist es eine sehr, sehr gute Idee, an induktive Lasten angeschlossene Netzteile mit einem Kondensator zu schützen. Stets.

Noch ein Hinweis: Solenoide werden normalerweise nicht als rein induktive Geräte modelliert. Sie haben eine Induktivität, aber im stationären Zustand sind sie Widerstände. Eine schnelle Google-Suche ergab weniger Ergebnisse als ich erwartet hatte, aber ich fand Folgendes:irgendein zufälliger Schaltplan

Er hat einen BJT verwendet, aber ich persönlich habe MOSFETs für solche Dinge immer gemocht.

Ich stimme Andys Idee zu, am Ende einen Tiefpassfilter einzusetzen, um es in ein Gleichstromsignal umzuwandeln. Dies wird Ihnen helfen, es besser zu kontrollieren, da es ziemlich induktiv ist. Wenn Sie seine Induktivität charakterisieren können, können Sie auch die Kapazität optimal einstellen.

Wenn ich bereits eine Schutzdiode am Magneten verwende, warum brauche ich dann einen Schutzkondensator?
EMV-Überlegungen zum Ansteuern eines Solenoids über PWM über ein langes Kabel
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