Wie schütze ich analoge Schaltungen vor Relaisschaltgeräuschen?

Ich mache einen Thermoelement-basierten Temperaturregler. Die Thermoelementspannung wird mit dem Kaltstellenkompensations-IC LT1025 und dem Präzisions-Operationsverstärker LT1050 gemessen.

Die Messungen werden von einem ADC gelesen und das Relais wird von einem MOSFET eingeschaltet, der von einem Mikrocontroller gesteuert wird.

Das Gerät wird eine separate "Abschirmung" sein, die Kaltstellenkompensation, Operationsverstärker, MOSFET und Anschlüsse für Thermoelement und Relais enthält.

Ich möchte Rauschen im analogen Teil so weit wie möglich vermeiden und verwende eine separate Erdung für den analogen Teil - Erdungen für analoge und digitale Teile werden an die Stromversorgung angeschlossen (was zu Problemen bei der ADC-Lesegenauigkeit führen kann, da diese Erdungen sein werden auf unterschiedlichem Potential, aber ich werde das in der Software kompensieren) und ich führe eine von der analogen Masseebene getrennte Spur für die Relaismasserückführung.

Ich habe eine Verpolungsschutzdiode über die Relaisanschlüsse und Entkopplungskondensatoren mit Werten von 10 uF und 100 nF am MOSFET-Drain-Anschluss gelegt. Was sollte ich sonst noch tun, um Relaisspitzen in meinem Analogteil zu vermeiden? Es mag in dieser speziellen Anwendung nicht zu kritisch sein, aber ich bin bereit zu lernen.

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Schaltplan, über den sich Olin etwas weniger beschweren kann:

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Antworten (2)

Nur teilweise mit der Frage verwandt - die Verwendung eines Hi-Side-NPN wie gezeigt ist etwas ungewöhnlich. Es ist sicherlich machbar. Ihr Gate-Treiber muss von V_relay+ auf typischerweise 5 bis 10 Volt höher schwingen. Wenn das Relais beispielsweise ein 12-V-Relais ist, benötigen Sie beispielsweise 17 bis 20+ Volt, um das Gate anzusteuern (der genaue Pegel hängt von FET Vth usw. ab). Die Verwendung eines High-Side-P-Kanal-FEt oder eines Low-Side-N-Kanal-FEt wäre etwas üblicher. Aber auch dies ist bei Bedarf praktikabel.


D1 sollte so nah wie möglich an einer induktiven Last montiert werden. ON -Relais über Spulenkontakte (oder Relaissockel, falls verwendet) ist wünschenswert. Jeder Abstand von einer induktiven Quelle ergibt eine schöne Strahlungsschleife.
Das Bewegen von D1 gegen die Relaisspulenkontakte wird die Strahlungsschleife in der PCB-Spur nicht trivial reduzieren.

RC- oder RL-Entkopplung der Einspeisung zum Relais hilft.
Wenn die gleiche Stromquelle für Thermoelement und Relais verwendet wird, ist eine Filterung in der Thermoelement-Einspeisung erforderlich, die geeignet ist, um mit allen Paartransienten fertig zu werden. Ein aktiver Regulatopr ergibt je nach Modell und Design typischerweise eine Rauschunterdrückung von 30 - 60 - ++ Vin. Jede RL- oder RC-Filterung im Stromkreis fügt eine weitere Filterung hinzu.

Auf der Platine ist nicht ersichtlich, wie die Masse vom "Power" -Anschluss zur Masseebene auf der rechten Seite gelangt.
Jede Gemeinsamkeit des Bodenpfads wird dazu beitragen, Ihre gute Arbeit zunichte zu machen. Ein Milliohm gemeinsamer Masserückfluss und eine Spitze von einem Ampere ergeben eine Kopplung von 1 mV. Bei einer 5-V-Versorgung ist das eine Kopplung von 1:5000 oder etwa -70 dB. Nicht viel, aber es setzt eine Obergrenze für die Isolation, die Sie erreichen können. Wenn Sie es schaffen, diese 1 mV direkt in die Sensorspeisung einzukoppeln, wird es viel viel schlimmer.

Ein Thermoelement hat normalerweise eine thermische Zeitkonstante von bestenfalls Sekunden und oft von 10 Sekunden. Sie können superschnelle Reaktionsgeräte bekommen, aber sie wären ungewöhnlich. Eine Tiefpassfilterung des Thermoelements oder eine Integration über einige Sekunden wird die Wirkung einer gelegentlichen Schaltspitze stark verringern. Wenn die Spikes dick und schnell kommen, ist dies weniger effektiv. Eine 10-ms-Spitze in einer Integrationsperiode von 2 Sekunden fügt 10:2000 = 1:200 ihrer Größe zu einem Signal oder etwa -50 dB hinzu. Es ist besser, überhaupt nicht dort zu sein, ABER der Effekt wird in vielen Fällen gering sein.

Die Spannung eines idealen Kondensators kann sich nicht augenblicklich ändern. Ein Kondensator mit guter Hochfrequenzantwort auf der Relaisseite des MOSFET begrenzt die induktive Spannungsspitze, während D1 über das Einschalten nachdenkt.

danke für den Hinweis zum Low-Side-Mosfet-Fahren. mein Fehler :)
Ich habe zwei Spuren vom Masseanschluss - eine geht zum Relais, eine andere - zur analogen Masseebene. Soweit ich weiß, würde ein LC- oder RC-Netzwerk auf der Erdungsspur zur analogen Masse dazu beitragen, das Rauschen noch weiter zu reduzieren?
Ich verstehe, dass ich das Signal digital überabtasten und mitteln könnte, um Rauschen und Fehler zu verringern, aber ich versuche, dieses spezielle Projekt als Gelegenheit zu nutzen, um zu lernen, wie Opamp in lauten Umgebungen gut funktioniert, damit ich bei Bedarf etwas Wissen habe In zukünftigen Sensoranwendungen schneller auf Signaländerungen reagieren, daher die Frage - präzise analoge Schaltung in der Nähe von verrauschten Relais

Aufgrund ihrer geringen Ausgangsspannung sind Thermoelemente sehr störempfindlich und je nach Belastung kann der Lichtbogen eines Schaltrelais ein starker Funksender sein, der die Messung stören kann.
Anstatt zu versuchen, die Störung zu unterdrücken, würde ich sie ignorieren, dh die Messung während des Umschaltens verwerfen. Die Temperatur ändert sich nicht so schnell, dass Sie die Messungen nicht für einige zehn Millisekunden unterbrechen können. Und Sie können immer noch interpolieren, wenn Sie möchten.

Vielleicht habe ich es nicht gemacht - das Relais wird nicht auf derselben Platine montiert, es wird ziemlich weit entfernt sein (vielleicht einen halben Meter) und die Schaltung wird in einem Metallgehäuse sein.
aber ja, das ist definitiv ein Weg, damit umzugehen, warum upvote