Erdinduziertes Rauschen zwischen zwei verbundenen Platinen

Ich habe ein CNC-System, das aus einer CNC-Steuerung besteht, die über USB mit einem PC verbunden ist. Der Controller ist wiederum mit einer Schrittmotor-Treiberplatine verbunden. Mein Problem ist, dass das Aus- und Einschalten der Stromversorgung des Schrittmotorantriebs manchmal zu großen Spitzen in der Stromverteilung der CNC-Steuerung führte, manchmal bis zum Zurücksetzen des Systems.

Wenn die Laufwerke eingeschaltet sind, können Sie sogar die 20-kHz-PWM-Frequenz der Treiber sehen, die die Stromverteilung der CNC-Steuerungen als dünne Spannungsspitzen ein- und ausschalten. Wenn die Treiberplatine von der Controllerplatine getrennt wird, gibt es keine Interferenz.

Da beide Platinen mit einer gemeinsamen Masse verbunden sind, gehe ich davon aus, dass dies die Hauptursache für die induzierten Spitzen ist. Auch die CNC-zu-Treiber-Schnittstelle erfolgt über digitale Isolatoren, sodass die CNC-Platine und die Treiberplatinen tatsächlich elektrisch isoliert sind.

Ich würde gerne wissen, was ich tun kann, um dieses Problem zu minimieren. Alle Vorschläge werden sehr geschätzt.

Der Controller verwendet die USB-Stromversorgung und ist von den Treibern isoliert. Aber nur wenn die Treiber an den Controller angeschlossen sind, sehe ich, dass Rauschen in die Stromversorgung der Steuerung (über USB) eingespeist wird.

Ein Diagramm zur Veranschaulichung der Architektur:

Sie sagen, dass alle drei Elemente eine gemeinsame Grundlage haben, aber dann sagen Sie, dass zwischen zwei von ihnen "digitale Isolatoren" (Opto-Isolatoren?) Sind. Ihre Frage ist in ihrer jetzigen Form widersprüchlich und verwirrend. Zeigen Sie ein Blockdiagramm, das alle Erdungsverbindungen, Isolierungen, Stromversorgungen, wo genau Sie Spitzen sehen, was wann zurückgesetzt wird usw. zeigt. So wie es jetzt ist, ist es schwierig zu sagen, was hier gefragt wird .
Alfredo nennt 3 Fakten: Die Controller-Leistung wird von der Motorleistung beeinflusst, die Controller-Leistung zeigt PWM von der Motorstufe, der digitale Teil des Controllers ist von der Leistungsstufe isoliert. Normale Motorsteuerungen sind alle so aufgebaut. Der Benutzerfehler liegt auf externer Verdrahtungsebene. Das USB-Erdungskabel ist das erste verdächtige und schwächste Glied, da dies kein bevorzugter Weg ist, wenn der Controller beispielsweise Ethernet isoliert hat. USB schließt zwangsläufig Masseschleife.
Der Controller verwendet die USB-Stromversorgung und ist von den Treibern isoliert. Aber nur wenn die Treiber an den Controller angeschlossen sind, sehe ich, dass Rauschen in die Stromversorgung der Steuerung (über USB) eingespeist wird.
Ein Diagramm zur Veranschaulichung der Architektur: link
Sieht sehr untermotorisiert aus. Wenn Sie ein 10-lbs-Teleskop mit einer Geschwindigkeit von einer Umdrehung pro Tag bewegen, ist dies in Ordnung. Aber nicht für CNC. Oder ist es vielleicht eine Taschen-CNC? Vergleichen Sie die USB-Spezifikationen mit den Motorspezifikationen. Wird die Stromstärke berechnet?
Und Gründe sollten sich in einem einzigen Punkt treffen. Möglicherweise haben Sie anstelle eines Punktes einen Boden als langen Streifen gemacht.
Die Motortreiber treiben die Motoren an, daher sehe ich nicht, wie es unter Strom sein kann. Wenn Sie sich das Diagramm ansehen, sehen Sie, dass die Motortreiber mit dem Stromnetz (Netz) verbunden sind.
Sie erwähnen, dass Sie 20 kHz als "dünne Spannungsspitzen" auf den Stromschienen Ihres Controllers sehen können. Sind die Spitzen symmetrisch über 0 V? Wenn ja, klingt es nach kapazitiver Kopplung. Sie können die Dinge wahrscheinlich verbessern, indem Sie Filterkappen über den Ausgang Ihres isolierten DC / DC hinzufügen (eine Bulk-Kappe (~ 100 uF) und eine HF-Kappe (~ 0,01-0,1 uF). Bitte verlinken Sie die Spezifikationen für den Isolator und DC / DC Sie verwenden.

Antworten (2)

Meine erste reflexartige Reaktion ist, dass die Masseverbindung zwischen dem Controller und dem Motor nicht dorthin gehört. Sie haben einen Isolatorblock, was sinnvoll ist, aber dann überwinden Sie die Isolation, indem Sie die Gründe zusammenbinden.

Welcher Art sind die STEP- und DIR-Leitungen zur Motorsteuerung und was genau ist der Isolatorblock ? Höchstwahrscheinlich sind die Isolatoren Optokoppler. In ihrer einfachsten Form haben diese erdfreie Kollektor- und Emitterausgänge von NPN-Transistoren. Wenn der Motortreiber Eingänge passiv hochgezogen hat, schließen Sie die Isolator-Ausgangstransistoren zwischen der Motortreibermasse und diesen Leitungen an. Es gibt auch andere Möglichkeiten, sie anzuschließen, aber es ist sinnvoll, darauf einzugehen, nachdem Sie dem Motortreiber die elektrische Schnittstelle erklärt haben und was genau diese Isolatoren sind.

Auf keinen Fall darf eine Verbindung über die Isolierung hinweg erfolgen.

Der Isolator ist ein digitaler Isolator-Chip (verwendet HF anstelle von Licht, um eine Isolierung zu erreichen). Es hat zwei Hälften, eine Stromversorgung und Masse für Eingänge und eine andere Stromversorgung und Masse für Ausgänge. Damit sind die Eingänge komplett von den Ausgängen getrennt. Ein isolierter DC/DC-Wandler erzeugt zwei isolierte Strom- und Masseanschlüsse. Damit der Motortreiber in Wirklichkeit nicht mit der USB-Stromversorgung geerdet ist.

Um dieses Problem systematisch zu lösen, müssen wir die Menge der leitungsgebundenen Emissionen (CE) aus den abgestrahlten Emissionen (RE) bestimmen.

Sie müssen einige differentielle Rauschmessungen mit zwei abgestimmten Sonden mit sehr kurzen Erdungsklemmen durchführen, damit die Daten des USB-Kabels null sind, wenn Sie Kanal B für AB invertieren und hinzufügen. Wenn dies nicht möglich ist, haben Sie ernsthafte abgestrahlte Geräusche.

Offensichtlich reduziert die Masseverbindung Gleichtakt-(CM)-CE-Rauschen, aber sie induziert auch leitungsgebundenes Gegentakt-(DM)-Rauschen über den Massepfad.

1) Messen Sie zwei Masserauschen vom PC zur CNC und dann zum Treiber, indem Sie Koaxialkabel für das am PC geerdete Erdungskabel und den Mittelleiter zur CNC und dann zum Treiber verwenden. Suchen Sie nach <100 mVpp. 2) Messen Sie das USB-Eingangsrauschen vom Treiber in Bezug auf die PC-Masse. Suchen Sie nach <100mVpp. 3) Messen Sie das abgestrahlte Rauschen mit einer kurzgeschlossenen Erdungssonde mit einer Erdungsklemme, z. B. in einer Drahtschleifenantenne mit einem Durchmesser von 12 Zoll. Dies sollte < 50 mV an Spikes sein.

Wenn das leitungsgebundene Rauschen diesen Wert überschreitet, müssen Sie die Erdung isolieren. Eine große Ferritdrossel funktioniert in Reihe. Wenn dies nicht möglich ist, weil der Treiber netzseitig an ein geerdetes Netzteil angeschlossen ist, müssen Sie dies filtern.

Zweifellos wird das abgestrahlte CM-Rauschen ein Problem sein. Sie müssen eine CM-Drossel um alle Adernpaare des Treiberausgangs herum verwenden. Diese können teuer und groß sein, wie die in Ihrem Videokabel. Möglicherweise müssen Sie auch verdrillte Lautsprecherkabel für die Treiberkabel verwenden (18 AWG je nach Motorstrom).

All die CNC-, Pick-and-Place-Geräte usw., die ich gesehen habe, Sie diese Methoden.

Ein letzter Punkt... Deine Isolation ist am falschen Ort. Es muss an der Last liegen, damit der Treiber eine hohe CM-Unterdrückung hat. Da Ihre Opto-Isolation weit entfernt ist, erschwert dies Ihre Arbeit und eine Abschirmung der Kabel kann ebenso erforderlich sein wie Ferrit-CM-Drosseln.

Guter Ruck.

Erdinduziertes Rauschen zwischen zwei verbundenen Platinen
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