Шум земли Опции

[javalenok]

Никогда бы ни подумал, что даже управление затвором транзюка, который вообще никаких токов не коммутирует, может выводить землю из равновесия.

Составил тестовую схему из 4-х компонент:
1) линейный регулятор, который из 20 вольт делает 5в;
2) генератор 5-ти вольтовых импульсов, частотой 16Мгц/256;
3) драйвер IR4427 для
4) управления затвором полевика IRFB31N20D, ёмкостью целых 2нФ.

Конденцаторы 4.7 мкФ керамика имеются на первичном питании 20 вольт и отрегулированных 5 вольт.

Драйвер питается 20-ю вольтами, на оба его входа подаются прямоугольники генератора
.

Один из выходов драйвера через 10-ти-омный резистор управляет затвором полевика. И вот какая разница проскакивает между землёй первичного питания источника 20 вольт и стоком транзистора (эти точки разлучены проводом сантиметров 6 сопротивлением 0.5 ом):


Что за хрень обнаруживается каждые четыре с небольшим секунды? В увеличеном масштабе времени она выглядит так:


На 10 миллисекундном разрешении можно заметить, что эти пички являются "волнами", и при этом эти волны сами состоят из пичков. Увеличиваем масштаб далее:

Первое фото получено в Start-Stop режиме осциллографа, на нём перемежаются положительные и отрицательные пички. На самом деле, если обратиться к режиму захвату можно убедится, что на самом деле чередуются серии разнополярных пичков. На самом мелком наносекундном масштабе они выглядят так:




Можно видеть, что пички появляются в момент переднего фронта. Если смотреть напряжение затвора, то передний фронт получается слегка приглаженный. Спадающий фронт -- резкий и никаких пичков на земле в этот момент не происходит. Откуда двойные стандарты? Если затвор -- ёмкость, то она должна быть одинаковая для заряда и разряда.

Неужели то, что мы видим, -- падение напряжения на сопротивлении общего провода? Включение ещё отдного керамич. кондёра 4.7 прямо на ноги питания драйвера успокаевает положительные пички разва в два. Отрицательные отсаются без изменений. Волны пичков также бегают и по 20 вольтной линии питания. Уменьшенными их можно наблюдать и на 5 вольтовой линии.


Первоначально проблема проявилась в импульсном блоке питания, где использовалася точно такой силовой каскад. Подозрение пало на current sense ШИМ-контроллера, который от этих плясок на земле выключал подачу мощности. Понижение питания драйвера (напряжение, подаваемое на затвор) с 20 вольт до 7 вольт уменьшило пляски на земле и ШИМ-контроллер перестал обрубать импульсы в самом их начале.

Если такие шумы возникают от управления затвором, то что же происходит при коммутации мощности.

Сообщение отредактировал javalenok - Jun 22 2006, 20:47

[Panych]

Да господа знахари. Не важно у нас с элементарной физикой.

как-то неправильно вы поступаете, не кажется?
Ведь еще когда вам написали:

Мне нравится выражение - "каждый сантиметр"... Поэтому для адекватной работы устройства драйвер подтыкают ключу под самые яйца, туда же вешают кондер, а землю делают граунд плэйном, и тоже с продуманной конфигурацией иногда. Вообще, землю в SMPS делать проводниками противопоказано - только большие медные полигоны, и как можно более широкие провода где бегают импульсные токи - это все для снижения индуктивности контуров..

вроде, все сказано... правда, без доказательной базы и по-русски, но зато еще когдаа...

[javalenok]

Неправильно поступю потому, что говорю правду -- что вы, знахари, физики не ведаете и пытаюсь вас вразумить?



Хоть в яйца суй, всё равно получишь шум на земле.
Это во-первых.

А во-вторых, и это тоже отдельно рассматривается: Из ground plane'а под импульсными переключателями ДОРОЖКИ ДЕЛАЙТЕ! Импульсные токи -- это как раз тот случай, когда ground plane -- плохая идея. Резко изменяемый мощный ток и ground plane изуродует. Его надо изолировать -- вырезать проводник в общем гроунд плейне. Так что всё -- наоборот.

Незнание физики таки приводит к советам лечить индуктивность ферритовыми бусинами.

Три мифа развенчано.

[Bludger]

Неправильно поступю потому, что говорю правду -- что вы, знахари, физики не ведаете и пытаюсь вас вразумить?



Хоть в яйца суй, всё равно получишь шум на земле.
Это во-первых.

А во-вторых, и это тоже отдельно рассматривается: Из ground plane'а под импульсными переключателями ДОРОЖКИ ДЕЛАЙТЕ! Импульсные токи -- это как раз тот случай, когда ground plane -- плохая идея. Резко изменяемый мощный ток и ground plane изуродует. Его надо изолировать -- вырезать проводник в общем гроунд плейне. Так что всё -- наоборот.

Незнание физики таки приводит к советам лечить индуктивность ферритовыми бусинами.

Три мифа развенчано.

Не, Вы путаете два понятия. Надо разделять земли, где токи могут мешать - но внутри областей проводники делаются максимально широкими и короткими. Допустим - есть ключевая схема, под ней делается свой мощный граунд плэйн, соединенный с общей землей в правильном месте. При необходимости в этом "импульсном" граунд плэйне делаются вырезы, препятствующие проникновению импульсных токов куда не надо. И - сверху тоже делаются проводники максимальной ширины и минимальной длины. Например - есть ключевой полевик - коммутируемая нагрузка лежит вместе с ним на большом граунд-плэйне, вместе с кондером - источником тока для импульсной нагрузки. И - если делать честно, то от драйвера к затвору сверху идет мощный проводник к затвору, а снизу - повторяющая его конфигурация от земли драйвера к истоку. К сожалению, по жизни с этим возникают проблемы. Несмотря на то, что иногда у драйверов делают разные пины земли, объединять их на истоке силового транзистора не получается - драйвер начинает дурить. Поэтому приходится собирать всю силовую часть на общей мощной земле - и правильно отделять ее от земли нагрузки.

[javalenok]

Не, Вы путаете два понятия. Надо разделять земли, где токи могут мешать - но внутри областей проводники делаются максимально широкими и короткими. Допустим - есть ключевая схема, под ней делается свой мощный граунд плэйн, соединенный с общей землей в правильном месте. При необходимости в этом "импульсном" граунд плэйне делаются вырезы, препятствующие проникновению импульсных токов куда не надо. И - сверху тоже делаются проводники максимальной ширины и минимальной длины.

Вы прочитали статью!

Спасибо за уточнения.

[wim]

Вы прочитали статью!

Мы таки давно уже прочитали эту статью. Основная идея там - уравнять площади контуров тока в двух интервалах коммутации (поскольку уровень излучаемых помех зависит от разности площадей). Однако цена этого - уменьшение площади сечения земляного проводника, что тоже нехорошо. Поэтому некоторое сомнение в идее автора вызывает отсутствие в статье экспериментальных данных.

[javalenok]

Мы таки давно уже прочитали эту статью. Основная идея там - уравнять площади контуров тока в двух интервалах коммутации (поскольку уровень излучаемых помех зависит от разности площадей). Однако цена этого - уменьшение площади сечения земляного проводника, что тоже нехорошо. Поэтому некоторое сомнение в идее автора вызывает отсутствие в статье экспериментальных данных.

Только я никак в толк не возьму, как охватываемая проводником площадь связана с его сечением?

[wim]

Только я никак в толк не возьму, как охватываемая проводником площадь связана с его сечением?

А там с помощью вырезов в земляном полигоне формируют путь для протекания тока (figure 10), каковой путь получается длиньше и с меньшим эффективным сечением. Проблема в том, что индуктивность любого другого проводника, кроме земляного, существенно уменьшается, если его разместить над земляным полигоном. А у земляного проводника для уменьшения индуктивности других вариантов нет, кроме как делать его короче и шире. Так что не факт, что эти вырезы в земляном полигоне дадут суммарно положительный эффект.

[javalenok]

А там с помощью вырезов в земляном полигоне формируют путь для протекания тока (figure 10), каковой путь получается длиньше и с меньшим эффективным сечением. Проблема в том, что индуктивность любого другого проводника, кроме земляного, существенно уменьшается, если его разместить над земляным полигоном. А у земляного проводника для уменьшения индуктивности других вариантов нет, кроме как делать его короче и шире. Так что не факт, что эти вырезы в земляном полигоне дадут суммарно положительный эффект.

1. У вас нет лучшего разбора, чем этот.

2. У AD тоже есть репутация и в инженерах-практиках недостатка нет.

3. Индуктивность контура, ток в котором не менятеся, значения не имеет.

[wim]

1. У вас нет лучшего разбора, чем этот.

2. У AD тоже есть репутация и в инженерах-практиках недостатка нет.

3. Индуктивность контура, ток в котором не менятеся, значения не имеет.

1. Таки вже обходимся без этих заморочек с земляным полигоном.

2. AD с ейными инженрами-практикамии далеко не лидеры в области импульсных преобразователей напряжения, да и журанал, в котором опубликована статья - не IEEE, так шо отсутствие экспериментальных данных по-прежнему вызывает сомнения.

3. Надеюсь, Вы не обидетесь, если я скажу, что в импульсном преобразователе наряжения нет ни одного контура, в котором протекал бы только постоянный ток (без переменной составляющей)?