Возникла проблема с помехами на разрабатываемом изделии, которую не получается решить. Набросал мини рисунок. Прикрепил.
Схема представляет собой релейную матрицу, которая коммутирует высокое напряжение. Реле управляются через буфферы ULN2803, сами буфферы - через расширители портов с контроллера по SPI. Высокое напряжение подается с пробойной установки (плавное нарастание, удержание, потом резкий спад). Высоковольтная часть и низковольтная часть максимально разнесены на плате, их земли не связаны. По питанию 3,3В стоит DC/DC преобразователь с танталовыми конденсаторами, везде по плате стоят конденсаторы 0,1 и стабилитроны на 3.3 В. Пробовали добавлять дроссели, диоды и т.д.
В момент резкого спада/снятия высокого напряжения, на питании 3,3 В возникают огромные колебания, которые я не понимаю откуда берутся, через что передаются и как их подавить. См. эскиз и график помех на вложенной картинке.
По идее, высоковольтный и низковольтный источники никак гальванически не связаны, на текстолите между ними большие зазоры (>20 мм), через реле ничего не пробивает (с контактов на катушки). Что посоветуете предпринять?
Не понятна методика измерений. 1. У осциллографа, скорее всего, ИИП. 2. Помеха может наводиться на провод щупа осциллографа. Это учитывается? Не исключаю, что такая "картинка" по питанию может появляться только при подключении осциллографа к плате...
Добавлено after 25 minutes 37 seconds: P.S. Я бы предложил немного переделать схему: ULN2803, вместе с реле и своим БП сделать на отдельной плате (возможно, в отдельном экранированном корпусе), а связь с МК - через оптроны.
[uquote="Enman"]...[/uquote] Сначала был импульсный источник 12 В напрямую от сети. Из 12 В делается 3.3 В через DC/DC преобразователь в обвязке стоят танталовые конденсаторы по входу и выходу, керамические 0,1 мкФ по входу и выходу, стабилитроны 3,3 В по выходу. Земли входа и выхода DC/DC преобразователя общие.
В процессе испытаний добавили развязывающий трансформатор от сети 1:1. Никак не повлиял. Также добавлял сдвоенный дроссель от синфазных помех между БП 12 В и понижающим DC/DC. Помехи уменьшились в 2 раза, но все же амплитуда катастрофическая. Добавлял электролитические конденсаторы на 12 В по входу DC/DC. Никак не повлияло. Вместо БП 12 В пробовал подключать аккумулятор 12 В, чтобы полностью изолироваться. Не повлияло.
Примечательно, что если мерить помеху по всем 4-ем каналам одновременно в точках: перед дросселем 12 В, после дросселя 12 В, на выходе DC/DC 3.3 В, а также на LM7805 5 В (такая тоже есть, но о ней речь не вел пока), то форма сигнала помех везде аналогичная, отличается только амплитудой и небольшим сдвигом по фазе.
Добавлено after 17 minutes 40 seconds: [uquote="Albert_V"] Не понятна методика измерений. Ставим осциллограф на линии +12, +5 и +3,3 относительно земли. Далее подаем на контактные группы реле высокое напряжение с плавным нарастанием, удержанием и резким сбросом. Низкое и высокое напряжение на плате никак не связаны. В момент сброса высокого напряжения происходят угасающие колебания по всем линиям питания, амплитуда в плюс превышает номинал питания в 2-3 раза, в минус уходит ниже нуля (ниже GND).
Идеальным было бы не резко сбрасывать, а плавно снижать, но пробойная установка такого не умеет, поэтому пытаемся побороть.
У осциллографа, скорее всего, ИИП. Не понял, расшифруйте пожалуйста.
Помеха может наводиться на провод щупа осциллографа. Это учитывается? Может, но как это вычислить? Я тоже об этом думал. Ведь когда происходят броски мой контроллер и вся периферия не вырубаются, не уходят в сброс, связь по RS485 и Ethernet не отваливается. Т.е. возможно это просто помехи, которые наводятся на щупы или по сети на сам осциллограф. Пробовал кстати портативным осциллографом, который переносной от батареек, картинка почти не меняется, так что вариант с передачей по сети отмел в сторону.
Не исключаю, что такая "картинка" по питанию может появляться только при подключении осциллографа к плате... Опять же, как это понять....
Я бы предложил немного переделать схему: ULN2803, вместе с реле и своим БП сделать на отдельной плате (возможно, в отдельном экранированном корпусе), а связь с МК - через оптроны. Требования к конструкции не позволяют. Плата должна быть цельной, вставляется в другую плату как модуль.
У меня остались только 2 мысли: 1. Попробовать загасить броски на высоковольтных линиях, которые возникают при резком отключении высокого напряжения (переходной процесс) на буржуйской пробойной установке. 2. Попробовать найти высоковольтный источник, который умеет плавно снижать напряжение, чтобы не было этих бросков. Самый неудачный путь, по которому придется пойти - разработка своего управляемого высоковольтного источника. Что конечно не хочется.
Вот и спрашиваю, какие еще есть мысли. Что еще предложите попробовать....
Может быть это ЭМ-наводки на обмотки реле, которые и прилетают через буферы и землю в контроллер? Попробуйте запитать буфер отдельным источником (с отдельной землей, разумеется) и гальванически отвязать его входы от контроллера через оптопары. Можно все входы просто отключить, а один пустить через оптопару и на нем попробовать.
slesar, Для чистоты эксперимента, можно на плату поставить компаратор и фиксировать контроллером есть ли "выбросы" (или, если есть возможность, "смотреть выбросы" внутренней периферией контроллера)... Вообще то, очень мало информации. Лучше бы вы выложили "захват экрана" с осциллографа, поскольку не понятны уровень и частота "звона". Так же, не известно: При каком токе токе у вас "отсечка" по высокому, насколько близко проведены проводники низковольтной части относительно высоковольтной, делали ли вырезы в плате, что является нагрузкой (не индуктивная ли?) и т.д.... Предположений много, но надо локализовать что именно порождает этот "выброс". Как вариант, причиной может быть "дуга" внутри реле. Кстати, какой тип реле используете? Не мешало бы выложить фото изделия. Если у вас сейчас провода "по полметра" - тогда и говорить не о чем.... Проведите эксперимент: Подключите осциллограф и "снимите высокое" не с помощью реле, а отключением "высокого" на блоке питания 1500В. Выброс будет? /надеюсь, диоды параллельно обмоткам реле не забыли поставить.../
Albert_V Фото сбросить не смог, осциллограф был занят. Отсечка производится самим источником при нулевом токе нагрузки, просто делает источник это резко и в нем возникает выброс, такая вот установка. Мы свои реле в этот момент не переключаем, они просто стоят под напряжением. Типы реле Omron G6S и Fujitsu FTR-C1. Диоды есть внутри ULNок. В дополнение к ним стоят общие диоды по силовой шине питания, от которой запитаны все реле и ULNки.
AndyBig Сегодня возникло предположение что это и есть наводка от контактов на катушку реле и дальше через ULN на цепи питания. Мы реле погоняли отдельно на пробойной установке и выяснили, что между контактами и катушкой есть ток утечки примерно 10 мкА на 1 кВ приложенного напряжения (по переменному току, возможно это поляризация диэлектрика или емкостная связь, на постоянке ничего не увидели), т.е. есть слабая связь. Если учесть, что количество реле в матрице у нас около 150, то связь должна нехило возрасти.
Сейчас разводим вторую плату из этой же серии, на ней сразу поставим оптопары на управление реле и развяжем земли по сигнальному и силовому питанию, добавим дроссели еще. Как соберем, тогда уже и посмотрим помогло или нет. На имеющейся плате не получится думаю проверить, слишком большая и сложная она чтобы порезать и перепаяться по месту. Её пока еще поубиваем так и эдак, чтобы все подводные камни прощупать.
Так что вот. Теперь я на 90% уверен что это наводки с контактов реле на катушки. Просто не мог никак увидеть эту причину пока не погонял на установке само реле отдельно от схемы. Пока что всем спасибо за советы, как будут новости с новой платой - отпишусь.
Я авторам бы посоветовал вообще отказаться от мысли рядом располагать силовую и слаботочную часть и (если это просто единичное изделие) то связать управление по оптокабелю многожильному, использовав самодельные оптроны из фото и светодиода). Это уже из своего практического опыта разработки научной электроники. Конечно будут проблемы (возможно) со взвешенным питанием приёмной части но это несравнимо с решением проблем в цифровой логике управления.
Ничто так не укрепляет взаимное доверие, как 100% предоплата! Дмитрий, ex-RK3AOR.
Не смущает что у этих реле для контактов указано Max. switching voltage 220 VDC? 2КВ - это предел по диэлектрику "на прострел". /High dielectric strength (2,000 VAC) and impulse withstand voltage between coil and contacts 2,500 V, 2 × 10 μs/
