Könnte EMI ein Modul zerstört haben?

Ich habe ein Gerät, das aus einer Logiksteuerung besteht, mit einigen Eingängen, Ausgängen, Schaltnetzteilen, Relais, Kommunikation (alles Übliche) und einem RFID-Modul, das für höhere Leistungen ausgelegt ist (bis zu 2 A bei 5 V, aber normalerweise verbraucht 0,5A). Alle erwähnten Sachen werden auf einer Platine platziert. Unter allen Komponenten befindet sich eine große Grundplatte, abgesehen von der RFID, die über einer eigenen Kupferplatte sitzt. Die beiden Teile sind mit einem Kabelbündel (ca. 15 cm lang) verbunden.

eine schematische Skizze der Hauptplatine des Geräts

Und hier ist das Problem: Zwei meiner RFID-Module funktionierten plötzlich nicht mehr, unter sehr ähnlichen Umständen. Ich habe alle Kabel angeschlossen und überprüft, ob alles funktioniert, neben dem Zielschrank. Ich nahm eine Sicherung heraus, schloss das Kunststoffgehäuse der Steuerung und steckte alles in einen größeren Metallschrank. Nach dem Wiedereinstecken der Sicherung - RFID hat nicht geantwortet. Zwei identische Fehler an zwei verschiedenen Standorten während der Installation. Ich hatte ein ähnliches Missgeschick, als ich das Gerät auf meinem Schreibtisch mit Strom versorgte, obwohl ich es Dutzende Male neu gestartet hatte.

Also fing ich an, nach Fehlern im Design zu suchen. Das erste, was meine Aufmerksamkeit erregte, war die Tatsache, dass RFID und der Rest nicht die gleiche Grundlage haben. Es war alarmierend, weil der Mikrocontroller des RFID-Moduls direkt mit dem Mikro meiner Logiksteuerung verbunden ist. Diese kommunizieren über UART und einige andere Leitungen ohne Trennung, außer einem 33- oder 50-Ohm-Widerstand (kann mich nicht genau erinnern). So kommunizieren 2 ICs direkt, obwohl sie keine gemeinsame Basis haben. Die beiden Gründe schweben nicht relativ zueinander, weil es offensichtlich überhaupt nicht funktionieren würde. Stattdessen sind diese durch eine Ferritperle getrennt. Daher wollte der Schaltungsdesigner alle potenziellen Hochfrequenzen im RFID behalten und keine an den Rest der Platine weitergeben.

Ich habe sofort den Spannungsabfall an dieser Perle überprüft. Während des normalen Betriebs lag sie bei etwa 100 mV und erreichte bei hoher Frequenz einen Spitzenwert von 200 mV. Also nicht schlimm. Dann konzentrierte ich mich auf den genauen Moment, in dem ich das Gerät einschalte. Um es einzuschalten, drückte ich einen Schalter an einer 230-V-Steckdose. Die Anschlüsse der Oszilloskopsonde wurden zwischen die beiden Erdungsebenen gelegt. Jedes Mal, wenn ich den Schalter umlegte, löste das Oszilloskop aus. Wie Sie unten sehen können, haben die Schwingungen eine beträchtliche Amplitude, die die absoluten Höchstwerte von IC leicht übersteigt. Wellenform zwischen RFID- und Controller-MasseDann habe ich die Ferritperle zwischen den beiden Kupferflächen durch eine Lötbrücke ersetzt.Wellenform zwischen den Massen von RFID und Controller, nachdem die Massen kurzgeschlossen wurdenWie Sie sehen können, ist die Amplitude deutlich gesunken. Das nächste, was ich tat, war, zwei Kupferkörper in einen zu verwandeln. Ich habe gerade etwas Lötstopplack zerkratzt und diese zusammengelötet. Aber die Wellenformen sahen immer noch genauso aus wie nach dem Entfernen der Ferritperle. Um sicherzustellen, dass die von mir gemessene Wellenform nicht nur ein Fehler war, den das Oszilloskop aufnahm, habe ich die Anschlüsse der Sonde kurzgeschlossen und mehr oder weniger an der gleichen Stelle wie zuvor eingesetzt. Hat nicht ausgelöst. Dann legte ich ein Stück Kabel (ca. 30 cm) zwischen die Sonden - es fing eine Wellenform auf, die der ähnelte, die ich zwischen Kupferebenen sah. Je länger das Kabel war, desto größer war die Amplitude des Signals.

Meine Hypothese lautet also: Das Umschalten der Stromversorgung auf das Stromnetz erzeugt eine Art elektromagnetische Störung. Die Kabel und die Platine nehmen es auf, und Hochfrequenzstrom induziert zwischen Teilen meines Geräts und zerstört das anfälligere RFID-Modul.

Wie Sie sehen können, bin ich mit dem Konzept von EMI und so weiter ziemlich neu. Das Gerät ist der Prototyp meines Unternehmens und ich kann Änderungen am endgültigen Design vornehmen. Der Designer, der die ursprüngliche Leiterplatte hergestellt hat, war unser Subunternehmer (Outsourcing).

Ich schätze alle Ihre Antworten.

max

Man müsste noch viel mehr erzählen, wie und wo genau das Oszilloskop angeschlossen war und ob es sich um eine 10-fach-Sonde mit Krokodilklemme handelte und an einer geerdeten Steckdose lag. Ist der Netzteileingang geerdet? Ist der Netzteilausgang erdfrei oder auch geerdet? Wo ist der Netzschalter, am Netzeingang oder -ausgang? Was passiert, wenn es aufgrund von ESD bricht, wenn sich Ladungen auf der Kunststoffbox ansammeln und beim Anschließen der Verkabelung entladen werden?
Ok, ich werde alle beantworten, eins nach dem anderen. 1. Das Oszilloskop war ein Erdungsgerät, das an eine Steckdose angeschlossen war, nur wenige Meter von einem 24-V-Netzteil entfernt. Die Sonde ist nur eine Standardsonde, bei der die Krokodilklemme auf x1 eingestellt ist. Der negative Anschluss der Sonde (Alligator) wurde auf einen unbenutzten Erdungsstift der Steckdose auf der Platine gelegt, direkt neben dem 24-V-Netzstecker. Das zweite Terminal wurde auf einem exponierten Teil der RFID-Masseebene platziert. 2. PS sieht genauso aus wie die meisten Laptop-Adapter. Der Eingang ist geerdet, der Ausgang wahrscheinlich nicht. 3. Der Netzschalter befindet sich an der Netzsteckdose, aus der das PS seinen Strom bezieht.
4. Ich schließe die Verkabelung an und teste sie dann. Es klappt. Dann trenne ich die Stromversorgung, lege einen Deckel auf und montiere dann die Box an ihrem Platz in einem Metallschrank. Wenn ich es wieder einschalte - funktioniert es nicht.
ad 2. Eigentlich habe ich das PS eingeschaltet und die Spannung zwischen der Erde in der Steckdose und dem DC-Minus des PS gemessen. Es zeigt 0 bei DC- und AC-Messung. Wahrscheinlich ist der Ausgang auch geerdet. Bei Netzteilen vor Ort ist das aber meist nicht der Fall. Die waren, soweit ich mich erinnere, nicht geerdet. Aber alle Messungen wurden in meinem "Labor" durchgeführt, mit der Ausrüstung, die ich zuvor beschrieben habe.
@Justme - stelle sicher, dass du benachrichtigt wirst
Höchstwahrscheinlich Erdungsproblem. Ein bisschen Spitzfindigkeit, aber da wir über Erdungen sprechen, verwenden Sie in Ihrem Diagramm sowohl 0 V (Pfeil nach unten) als auch das Gehäuseerdungssymbol. Können Sie genau erläutern, wie der 0-V-Ausgang Ihres Netzteils, die echte Erde und das Chassis verbunden sind?
@winny Das Symbol, das ich auf der Hauptplatinenebene verwende, soll ein gemeinsames Erdungssymbol sein und bedeutet hier "0 V". Der nach unten zeigende Pfeil wird verwendet, um die Tatsache zu betonen, dass diese beiden nicht gleich sind. RFID-Masse und Hauptmasse sind durch eine Ferritperle getrennt. Erde und Gehäusemasse sind in diesem Fall nicht vorhanden. Das Gehäuse der Platine ist aus Kunststoff.
Gut. Aber immer noch unklar, ob Chassis mit Schutzerde verbunden ist.
@winny mit Chassis meinst du den Metallschrank? Oder Netzteil?
Tatsächlicher Boden. Ein Metallchassis allein (schwebend) macht nichts.
@winny Wenn alles richtig gemacht ist, sollte der Metallschrank mit Schutzerde verbunden werden. In diesem speziellen Fall ist das Netzteil auch mit Erde verbunden, aber Netzteile, die ich vor Ort installiert habe, waren es nicht.
Ich verstehe. Klären Sie aber bitte die genaue Situation hinter den Messergebnissen.
@winny, also ist die Schutzerde mit dem Oszilloskop, dem Schrank und dem Netzteil verbunden. Am DC-Ausgang des Netzteils liegt keine Gleichtaktspannung an, wenn es in Betrieb oder ausgeschaltet ist. Es ist wahrscheinlich vorhanden, wenn das Netzteil eingeschaltet wird. Der negative DC-Ausgang ist mit der Masseebene der Leiterplatte verbunden. Das ist das Setup, an dem ich gemessen habe. Aber auf Baustellen habe ich ein Netzteil ohne Erdverbindung verwendet, ich habe auch den Wechselstromeingang meiner Leiterplatte verwendet, daher gibt es eine zusätzliche Diodenbrücke zur Gleichrichtung.

Antworten (1)

Das ist eine gut gestellte Frage!

Die Perle zwischen den beiden Gründen ist meiner Meinung nach eine ziemlich schreckliche Idee:

  1. Sie benötigen diese Masse als Gegenleistung für Ihre Signale
  2. Offensichtlich schweben Ihre beiden Masse und die beiden Netzteile auf HF, weil sie HF-entkoppelt sind.

Ich glaube, Ihre Analysen sind ziemlich genau richtig. Je mehr Induktivität Sie zwischen den beiden Massen platzieren, desto unkontrollierter wird die Differenz der Massespannung zwischen den beiden RFID-Modulen. Gleichzeitig glaube ich, dass die Stromversorgungsanschlüsse (rote Adern) eigentlich eher niederohmig sind, da die Drossel gegenüber HF-Rauschen sehr undicht ist. Infolgedessen schießt eine Gleichtaktspannungsspitze auf der Hauptplatine auf die Versorgung des RFID über, aber nicht auf Masse, wodurch eine übermäßige Spannung auf der RFID-Platine entsteht.

Abhilfe

  1. Verbinden Sie die beiden Masse miteinander

Um über die Lötbrücke hinaus noch mehr zu verbessern, müssten Sie die beiden Ebenen über eine Ebene miteinander verbinden , dh sie zu einer Ebene machen, im Gegensatz zu zwei Ebenen, die durch eine Art Jumper kurzgeschlossen sind.

Als arme Lösung, um dies zu erreichen, könnten Sie beide Platinen über mehrere Schrauben fest mit dem Chassis verbinden. Dies ist jedoch keine zu 100 % wünschenswerte Option, und Sie müssen zusätzlich eine niederohmige Masseverbindung parallel zu Ihren Signalen und Ihrer Stromversorgung bereitstellen, z. B. durch Drähte, die an den vorhandenen Signal- und Stromkabeln befestigt sind. Dies soll große Differenzspannungen aufgrund schneller Magnetfeldstörungen verhindern.

Wenn Sie Masse verbinden, scheinen Sie mit der Absicht der Ferritperle in Konflikt zu geraten, nämlich: „Stattdessen sind diese durch eine Ferritperle getrennt an den Rest des Vorstands." Aber zuerst würde ich argumentieren, dass Sie dieses Problem durch richtiges Layout um das RFID-Modul herum lösen, dh enge Rückwege in der Stromversorgung. Und zweitens sollten Sie die Signale und Stromleitungen filtern, aber nicht den Boden. Die Masse ist das Bezugspotential und sollte möglichst überall im Gerät steinhart sein.

  1. Blockieren Sie das Eindringen von Rauschen in Ihr Gerät

AC-DC-Wandler haben normalerweise eine große Gleichtaktspannung am Ausgang, die durch kapazitive Kopplung mit den Netzleitungen entsteht. Wenn Sie sie anschließen, wandert eine große Gleichtaktspannungswelle über das 24-V-0-V-Kabelpaar in Ihr Gerät. Verhindern/verzögern Sie, dass diese Spitze Ihr Mainboard überhaupt erreicht: Versuchen Sie es mit einer Klemm-Ferritperle an den Stromversorgungskabeln. Diese sollten sowohl das 24-V- als auch das 0-V-Kabel umwickeln und das Gleichtaktrauschen vom 24-V-Wandler blockieren.

Danke schön. Glücklicherweise war es einfach, zwei Flugzeuge in eins zu verwandeln – die Lücke zwischen ihnen war ziemlich klein. Ich habe sie nur mit einer langen Lötlinie gelötet. Das Netzteil, das ich auf meinem Schreibtisch verwendet habe, hat ab Werk zwei Ferritperlen. Ich weiß, dass die Gleichtaktspannung offensichtlich eine Sache ist. Ich habe ein paar neue Messungen gemacht. Jetzt lege ich einen Anschluss des Oszilloskops auf Masse, der zweite wird auf einen der DC-Ausgänge gelegt. Während des Startvorgangs schwankt die Spannung an einem Oszilloskop oszillierend zwischen -200 und 200 V. Können Sie sagen, was ich auf den Bildern im Beitrag auf dem Zielfernrohr gesehen habe? Ist es abgestrahlte oder nur geleitete Spannung?
Wie Sie es beschreiben, bilden Sie mit Ihrer Zielfernrohrsonde eine große Rahmenantenne, indem Sie das Erdungskabel irgendwo auf der Erde anbringen, sodass es sich um eine sehr gut abgestrahlte Emission handeln könnte. Aber wie gesagt, je nach Funktionsweise des Netzschalters kann es vorkommen, dass man im ausgeschalteten Zustand keine Gleichtaktspannung bekommt und erst beim Einschalten die Gleichtaktspannung „freigibt“, in diesem Fall kann es auch sein durchgeführt. Nehmen Sie ein Multimeter, stellen Sie es auf Wechselspannung ein und messen Sie zwischen dem 24-V-Kabel und der Erdung. Wenn das Gerät eingeschaltet ist, sehen Sie wahrscheinlich etwa 100 VAC. Wenn es aus ist, kann es anders sein. @Maks
Dieses spezielle Netzteil, das ich auf meiner Bank verwende, ist mit Schutzerde verbunden. Im ausgeschalteten Zustand liegt keine Gleichtaktspannung an. Es erscheint im Moment des Umlegens des Schalters und verschwindet dann (Multimeter zeigt einige große Werte für eine halbe Sekunde). Aber es wird nicht der Fall sein, wenn das Netzteil keine Erdung hat. Um Ihre Antwort zusammenzufassen, denken Sie, dass egal woher die Störung kommt, es eine gemeinsame Basis und einen gut entworfenen Schaltkreis geben sollte und nichts kaputt gehen sollte?
@Maks "Denkst du, egal woher die Störung kommt, es sollte eine gemeinsame Basis und eine gut gestaltete Schaltung geben und nichts sollte kaputt gehen?" Ja, das ist die Essenz. Jedoch "Aber es wird nicht der Fall sein, wenn das Netzteil keine Erdung hat." Diese Schlussfolgerung ist voreilig. Selbst ein "schwebendes" Netzteil hat eine Kapazität zwischen der AC-Seite und dem DC-Ausgang. Wenn Sie die Wechselspannung zwischen Ausgang und (isolierter) Erde eines Standard-SMPS messen, sehen Sie ~100 VAC Gleichtaktspannung am Ausgang. Es ist ziemlich hochohmig, kann aber empfindliche Teile beschädigen, wenn es ins Diff leckt. Modus, zB beim Einschalten.
Könnte EMI ein Modul zerstört haben?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v