ЭМС схемы питания +24В Опции

[hbot]

Привет всем!

Помогите, пожалуйста, со следующей проблемой.
Мне сложно разобраться самому из-за отсутствия опыта, да и кое-каких знаний, пожалуй...

Есть схема, в которой требуется получить питание +/-15В, 3.3В и 5В из +24В.
Для этого используются DC/DC конверторы от Traco TEN40-2423WI, TEN152410 и TEN8-2411WI соответственно.

При разработке первоначальной схемы питания ЭМС была плохо учтена, и, как следствие, устройство, во-первых, обладает помехоизлучением по проводам питания +24В, которое превышает допустимые пределы, а, во-вторых, сильно восприимчиво к наносекундным и микросекундным помехам - сбоит и даже выходит из строя.

Эта "неправильная" схема питания имеет вид:


Был проведен тест на излучение помех от схемы по питанию +24В. Была получена картина, которая, как впоследствии выяснилось, оказалась очень близка с картиной излучения Traco из Applcation Note на него:

С той лишь разницей, что в нашем случае допустимые границы превышены. Отсюда был сделан вывод, что проблемы исходят именно от Traco и схему его обвязки надо изменить.

Сам Applcation Note вот: http://www.tracopower.com/products/ten40wi_application.pdf

В нем предложена схема, которая улучшает картину излучения помех:

С1=С3=4,7мкФ, С5=С6=1000пФ, L1=470мкГн, С2 и С4 не нужны.

Излучение самого трако схема снижает, но мне все равно кое-что непонятно:

1. Помогает ли эта схема только от помех, которые излучает Traco, или она может также помочь и с помехоустойчивостью самого трако, например при появлении на его входе наносекундных помех с амплитудой в 2кВ?

2. Нужно ли непременно использовать магнитосвязанные катушки (common mode choke) или можно обойтись отдельными катушками в + и - линиях?

3. Хватит ли емкости С3=4,7мкФ на входе трако? Не приведет ли это к увеличенным помехам на входе из-за импульсных токов?

4. В Applcation Note не очень ясно написано, как именно подключать С5 и С6: на схеме они между соответствующими входами и выходами, а на предложенной разводке С5 - между IN+ и +15, а С6 - между IN- и COM. Как правильнее?

5. Может быть, можно предпринять еще какие-то меры для улучшения ЭМС в этом случае?

Спасибо всем большое заранее!

[Andy Mozzhevilov]

А не могли бы вы нарисовать структурную схему всего устройства? В той схеме, что вы привели, нет цепи защитного заземления (или массы, как вы ее назвали). Хотелось бы видеть, где все же она появляется, поскольку в словесном описании вы про нее говорите. И какие цепи устройства подключаются к защитному заземлению (экраны кабелей, еще что-то?). Также нужно бы посмотреть, как устройство выполнено конструктивно, что за корпус, как подходят кабели.


Да, и +24В откуда берутся, что это за источник? Какая протяженность линии?

[hbot]

А не могли бы вы нарисовать структурную схему всего устройства?

Измерительные кабели около 2м.

В той схеме, что вы привели, нет цепи защитного заземления (или массы, как вы ее назвали). Хотелось бы видеть, где все же она появляется, поскольку в словесном описании вы про нее говорите.

Дело в том что защитное заземление подключается только к аналоговой земле устройства отдельным проводом.
Корпус заземляется также отдельным проводом. Т.е. в самом устройстве корпус и аналоговая земля не соединены.

Я могу привести схемы измерений токов и напряжений.

Измерение тока с помощью датчика:


Измерение напряжения с помощью датчика:


Измерение сетевого напряжения:

Да, и +24В откуда берутся, что это за источник? Какая протяженность линии?

Источник - импульсный AC/DC покупной источник питания на 24В.
Питание от него подключается к устройству кабелем до 2м.

Теперь поможете советом по подавлению помех?

[Andy Mozzhevilov]

Давайте попробуем разобраться, но не со всем сразу, а с каждой проблемой по отдельности.
Начнем вот с этой:

Источник - импульсный AC/DC покупной источник питания на 24В.
Питание от него подключается к устройству кабелем до 2м.

Вопрос в следующем. Если вы питаете свое устройство от AC/DC и длина линии питания составляет 2м, то в этом случае вам по идее не должны подавать в цепь питания +24В как наносекунды, так и микросекунды. Эти помехи должны подаваться на вход AC/DC источника питания, то есть со стороны 220В. Какое обоснование дается тому (со стороны испытательной лаборатории), что помехи должны подаваться именно в цепь +24В?


Да, еще уточните, по каким ГОСТ классифицируют ваше оборудование? В этих ГОСТ должны быть определены степени жесткости испытаний.

[hbot]

Какое обоснование дается тому (со стороны испытательной лаборатории), что помехи должны подаваться именно в цепь +24В?

Обоснование следующее.
Наше устройство может делить +24В питание с другими устройствами. Это могут быть рэле, другие импульсные преобразователи (например DC/DC +24В в +15В), другие электронные устройства и т.д.
Все эти штуки могу генерить помехи для нашего устройства по его входу +24В. Поэтому нам было велено его тоже испытывать на все.

Да, еще уточните, по каким ГОСТ классифицируют ваше оборудование? В этих ГОСТ должны быть определены степени жесткости испытаний.

Проблема в том, что устройство должно соответствовать европейским стандартам:
НИП: EN61000-4-4
МИП: EN61000-4-5
эмиссия: EN55011

Область применеия устройство - индустриальная с напряжениями до 1000В.
Жесткость испытаний была выбрана до 2кВ.

Сообщение отредактировал hbot - Feb 27 2009, 13:56

[Andy Mozzhevilov]

Немного переставлю порядок ответов на предыдующий пост.

Проблема в том, что устройство должно соответствовать европейским стандартам:
НИП: EN61000-4-4
МИП: EN61000-4-5
эмиссия: EN55011

В общем, надо начать с того, что в области ЭМС стандартны делятся на:
1. Базовые.
2. На продукцию.
3. На семейство.
4. Общие.

Базовые стандарты определяют требования к испытательному оборудованию и методы испытаний.
В этих стандартах устанавливаются возможные степени жесткости испытаний при испытаниях на помехоустойчивость, но конкретных требований к продукции не устанавливается.
Например, стандарты ГОСТ Р 51317.4.4-99, ГОСТ Р 51317.4.5-99 (или их европейские аналоги EN61000-4-4, EN61000-4-5) являются как раз базовыми стандартами.

Далее, в стандартах на продукцию, семейство, или общих уже указываются конкретный перечень помех, степени жесткости испытаний для продукции или семейства продукции.
Также в этих стандартах могут оговариваться какие-то дополнительные условия, которые влияют на выбор схемы испытаний, жесткости, а также критерии качества функционирования при испытаниях на каждый вид помех.
Например:
ГОСТ Р 51318.22-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от оборудования информационных технологий. Нормы и методы испытаний
как раз и определяет все эти требования для оборудования информационных технологий.

Так вот перечень помех и степени жествкости испытаний для:

Область применеия устройство - индустриальная с напряжениями до 1000В.
Жесткость испытаний была выбрана до 2кВ.

должны быть выбрана не с потолока, а именно по стандарту на продукцию или семейство.
Вот и вопрос - по каком стандарту вы это делаете?

Обоснование следующее.
Наше устройство может делить +24В питание с другими устройствами. Это могут быть рэле, другие импульсные преобразователи (например DC/DC +24В в +15В), другие электронные устройства и т.д.
Все эти штуки могу генерить помехи для нашего устройства по его входу +24В. Поэтому нам было велено его тоже испытывать на все.

Здесь нужно задаться вопросом: использование общего с другим оборудованием источника +24В, это требование, или это такой жест доброй воли?
Если это требование, то это одна ситуация. Но с точки зрения защиты от помех, эффективнее использовать собственный AC/DC.
Проектировать некоторый ограниченный набор устройств (объединенных в систему) и подключенных к одному источнику питания AC/DC, и подавать помехи на вход AC/DC, проще чем проектировать эти устройства устойчивыми к помехам во вторичной цепи источника (в вашем случае +24В).

Схемы испытаний для МИП по цепям питания включают в себя как подачу помех общего вида (относительно защитного заземления), так и дифференциальных (провод-провод).
В вашем описании вы озвучили только подачу помех общего вида по цепям питания, хотя формально вам должны были засунуть на вход источника помеху провод-провод (что значительно хуже, энергия этой помехи выше). Почему ее исключили - было бы интересно выслушать обоснования испытательной лаборатории (мне для общего развития).
Для защиты от МИП общего вида (common mode) цепь нужно рассматривать с точки зрения прочности изоляции цепи, в которую подается МИП. Фронт у МИП достаточно медленный для того, чтобы помеха пролезла за счет паразитных емкостных связей, однако если емкости на пути МИП установлены специально, их нужно также рассматривать.
Для анализа нужно рассмотреть возможные цепи протекания тока от МИП на цепь защитного заземления, в том числе рассматривать возможность пробоя цепи напряжением МИП.
Например, если у вас прочность изоляции DC/DC 1кВ, и у вас вторичная цепь источника связана с защитным заземлением, то при подаче МИП 2кВ у вас пробьет изоляцию DC/DC.
А если у вас у DC/DC прочность изоляции 3кВ, то не пробьет, и в принципе уже можно сказать, что ваша схема защищена от МИП.
К сожалению, те схемы, что бы привели - подробны не в тех местах, что интересны для анализа устойчивости. Например, не показан источник питания, и каким образом его цепи связаны с защитным заземлением.
Для того чтобы ограницить амплитуду МИП, их нужно слить на цепь, относительно которой они существуют, то есть на цепь защитного заземления. Для этого в вашем случае для цепей питания можно использовать варисторы, включенные между каждой из цепей 24В и цепью защитного заземления.
Варисторы выбираются таким образом, чтобы рассеивать мощности ваших помех. Достаточно хорошие appnotes на сей счет есть у Epcos:
http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sec...,locale=en.html

Также для ваших измерительных цепей нужно проанализировать, по какому пути будет протекать ток МИП, что за элементы у него на пути встречаются, и могут ли они быть повреждены этим током. При необходимости также нужно рассчитать схему защиты.

Если говорить о НИП, то это помехи всегда common-mode. Поэтому и сливать их нужно на цепь защитного заземления. Обычно НИП не выводят устройства из строя, энергия у них малая. Но зато за счет своего крутого фронта они лезут в схему через любые паразитные емкостные связи, вызывая различного вида сбои.
Для защиты от НИП со стороны питания можно применять фильтры, которые применяют также для подавления эмиссии кондуктивных помех. Например, appnotes на фильтры можно также посмотреть у Epcos:
http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sec...,locale=en.html
То есть применение этих фильтров помогает как в снижении уровня помехоэмиссии, так и увеличивает устойчивость к EFT (НИП) помехам. Только нужно, чтобы этот фильтр не просто в схеме стоял, но и был конструктивно расположен верно и верно подключен.
Второе направление защиты от НИП - это схемотехнические решения и разводка ПП. По этому поводу можно почитать статью Алексея Кузнецова (есть, например, на сахаре). Во всяком случае оцените своё устройство по критериям, которые там приводятся.

PS: Если что не ясно, задавайте уточняющие вопросы.

[hbot]

Andy Mozzhevilov, спасибо большое за подробный и содержательный ответ!

Так вот перечень помех и степени жествкости испытаний для:
должны быть выбрана не с потолока, а именно по стандарту на продукцию или семейство.
Вот и вопрос - по каком стандарту вы это делаете?

Я понял Вас, о чем речь идет.
Действительно, стандарт у нас был выбран для продукции: EN 61326 Электрооборудование для измерения, управления и лабораторного использования. Требования к электромагнитной совместимости.
Испытания по таблице 2 из этого ГОСТа. Цифры - как я ранее писал.
Я теперь больше понял... Спасибо!

Здесь нужно задаться вопросом: использование общего с другим оборудованием источника +24В, это требование, или это такой жест доброй воли?

это - требование в нашем случае.

Схемы испытаний для МИП по цепям питания включают в себя как подачу помех общего вида (относительно защитного заземления), так и дифференциальных (провод-провод).
В вашем описании вы озвучили только подачу помех общего вида по цепям питания, хотя формально вам должны были засунуть на вход источника помеху провод-провод (что значительно хуже, энергия этой помехи выше). Почему ее исключили - было бы интересно выслушать обоснования испытательной лаборатории (мне для общего развития).

Её не исключали. Это я просто не написал о ней. Сначала стали делать МИП относительно земли - устройство не выдержало, как я писал уже выше, и делать "провод-провод" не стали.

PS: Если что не ясно, задавайте уточняющие вопросы.

Я буду осмысливать то, что Вы мне написали. Уточняющие вопросы будут, возможно, позже.