Объединение "чистой" и "грязной" земель Опции

[Pavel V.]

Разрабатываю устройство, которое будет эксплуатироваться в автомобиле (в автобусе). Бортовая сеть имеет напряжение 24 В.

Контроллер - MSP430F2618.

Питание схемы осуществляется через DC/DC преобразователь с широким диапазоном входного напряжения (10-36 В). Поскольку контроллер должен считывать показания аналоговых датчиков, необходимо объединить землю устройства и бортовую землю. Вопрос в том - как грамотно это сделать?

Понятно, что разводить их надо отдельно и объединять где-то в одной точке. Может быть какой-то фильтр надо поставить между ними? Как обычно решается такая задача?

Если для дискретных входов/выходов вопрос легко решается опторазвязкой, для аналогового сигнала это сделать сложно.

Еще интересно как решается вопрос защиты дискретных и аналоговых входов.

На мой взгляд достаточно резистора + стабилитрона (Vстаб = Vcc) на землю. Понимаю, что стабилитрон будет вносить искажения в аналоговый сигнал, но вопрос особой точности не стоит, так что на это можно смело закрыть глаза.

Вход бортового питания вижу следующим образом:

Диод Шоттки -> Дроссель (100 мГн) -> Супрессор (39 В) -> Керам. конденсатор -> DC/DC

Правильно ли я все написал?

Заранее спасибо!

[Ariel]

Питание схемы осуществляется через DC/DC преобразователь с широким диапазоном входного напряжения (10-36 В). Поскольку контроллер должен считывать показания аналоговых датчиков, необходимо объединить землю устройства и бортовую землю. Вопрос в том - как грамотно это сделать?

Понятно, что разводить их надо отдельно и объединять где-то в одной точке. Может быть какой-то фильтр надо поставить между ними? Как обычно решается такая задача?

Если ваши датчики не имеют гальванической связи с корпусом автомобиля, то есть имеют свою землю, то самый оптимальный вариант - использовать common mode filter для подачи питания, как показано на рисунке. Такой фильтр обеспечит хорошую защиту от помех по питанию. Если же датчики соединены с корпусом автомобиля, то никакой фильтр ставить между землями нельзя ни в коем случае, иначе шумы от напряжения возвратного тока на этом фильтре (резисторе или катушке) приложатся ко входу датчиков.
Что касается второго вашего вопроса, то существует 2 типа защиты: ESD protection, и защита от низкочастотного перенапряжения. Для ESD ставятся специальные защитные диоды между каждым из сигнальных проводов и металлическим корпусом устройства, причем их катод должен быть подсоединен непосредственно к коробочке, причем если в этом месте земли разделены, то должен быть конденсатор между землями.
ДЛя защиты от низкочастотного перенапряжения можете повесить обычные clamping diodes непосредственно на входы ваших IC, между power gnd и vcc.

Прикрепленные файлы

 picture1_001.jpg ( 73.5 килобайт ) Кол-во скачиваний: 176

 

[Pavel V.]

Если ваши датчики не имеют гальванической связи с корпусом автомобиля, то есть имеют свою землю, то самый оптимальный вариант - использовать common mode filter для подачи питания, как показано на рисунке. Такой фильтр обеспечит хорошую защиту от помех по питанию. Если же датчики соединены с корпусом автомобиля, то никакой фильтр ставить между землями нельзя ни в коем случае, иначе шумы от напряжения возвратного тока на этом фильтре (резисторе или катушке) приложатся ко входу датчиков.
Что касается второго вашего вопроса, то существует 2 типа защиты: ESD protection, и защита от низкочастотного перенапряжения. Для ESD ставятся специальные защитные диоды между каждым из сигнальных проводов и металлическим корпусом устройства, причем их катод должен быть подсоединен непосредственно к коробочке, причем если в этом месте земли разделены, то должен быть конденсатор между землями.
ДЛя защиты от низкочастотного перенапряжения можете повесить обычные clamping diodes непосредственно на входы ваших IC, между power gnd и vcc.

Датчики будут связаны с корпусом авто, т.к. тянуть один провод проще, чем несколько. Дело усугубляется тем, что это не легковой атомобиль, а автобус, и линии связи с датчиками могут составлять десятки метров. Наверное, в данном случае правильнее было бы сделать датчики интеллектуальными и связать по CAN или RS485, но, к сожалению, для изготовления первых демонстрационных образцов у нас очень мало времени..

А что значит "никакой фильтр ставить между землями нельзя ни в коем случае"? Необходимо использовать общую землю (одним полигоном), или все же два раздельных полигона, объединенные в одной точке?

Я читал статью на Сахаре "Помехоустойчивые устройства", автор пишет про разделительные резисторы где только можно.

А мне - наоборот, со стабилитроном результат совершенно непонятен. С учетом высокого динамического сопротивления стабилитрона, а также разброса пробивного напряжения и разброса напряжения стабилизатора питания, результат со стабилитроном скорее всего будет непредсказуем.

У меня все входы рассчитаны на датчики с выходом ОК, т.е. по сути перенапряжение для них не страшно. Хотется защититься "от дурака", на случай если какую гадость туда подключат. Вариант со стабилитроном привлекает минимумом компонентов (у меня 20 входов и лепить 40 диодов - это очень круто).

Кстати, еще вопрос - можно ли рассчитывать на внутренние подтягивающие резисторы, или лучше поставить внешние (более низкоомные)?

Они явно "не из той оперы": у них номинально 12 В входного, а у вас питание 24 В.

Бортовая сеть может "прыгать" в 2-3 раза (и более) при барахлящих контактах акуумулятора. Так что ваш DC-DC со своим 36 В макс. входного вряд ли долго проживет даже при 12-В бортовом питании. И защита супрессором не поможет: супрессор сдохнет первым.

И развязка, зачем она вам? Наверное, вам деньги девать некуда.

Я все понял, действительно ошибся.. Из того, что смог найти доступным в магазине - MAX5035 и LM5575 - какой вариант лучше? Второй чуть дешевле, но пока это не имеет значения.

По поводу развязки - по ТЗ, к счастью, развязка не требуется, так что это моя личная инициатива. Теперь понял, что ни к чему.

=AK=, Ariel, ребят, огромное спасибо за помощь, для меня это совершенно новая тема, а запустить прибор надо быстро.


Я вижу вот такие варианты входных цепей:


Какие плюсы/минусы у них?

По ходу дела возник еще вопрос - а как правильно подключать реле? Я взял реле на 24В, но напряжение в бортовой сети может гулять.. Броски, я думаю, фиг с ними (катушка проглотит кратковременные), а вот что делать при проседании питания? Для реле важна величина напряжения в момент срабатывания, отпускает оно при значительно более низких величинах..

Означает ли это, что по-хорошему надо иметь еще одно стабилизированное напряжение (скажем, 12В) для всякой ботвы типа реле?

[Ariel]

Датчики будут связаны с корпусом авто, т.к. тянуть один провод проще, чем несколько.

По поводу того что земля датчиков и земля автобуса - одна и та же, это не есть хорошо. Это значит что возвратный ток от автомобильного аккумулятора будет создавать помехи на входах предназначенных для датчиков. Но тут опять же, надо взвесить насколько эта помеха критична для вашей апликации. Подключите вход осциллографа между двумя удуленными друг от друга точками корпуса автобуса, и измерьте амплитуду помехи при работающем моторе. Я не знаю о каком сигнале идет речь, если он низкочастотный, то помехи можно сгладить конденсаторами на входах вашего процессора.
Из нарисованных вами вариантов входных цепей наиболее предпочтителен - с оптроном. Это значит что вы можете применить Common-Mode Choke как я нарисовал, и отделить землю устройства от корпуса автобуса. Если вы посмотрите на рис.8 статьи, на которую ссылаетесь, то это примерно то же самое: грязная земля по периметру платы - это корпус автобуса, островок с микропроцессором - это ваша плата, а перемычка между землями - это витки Common-Mode Choke. Недостаток оптронов - этот вариант дороже. Не забудьте что если применяете опторазвязку, то все входы и все выходы, выходящие наружу (кроме питающего напряжения) должны быть гальванически развязаны.
Если же бюджет не позволяет сделать опторазвязку, то примените для защиты входов Clamping Diodes как рекомендует gte. Но тогда земля вашего устройства должна быть хорошо соиденена с корпусом автомобиля; в тех местах где приходят сигналы от датчиков, индуктивность соединения должна быть минимальной.

Сообщение отредактировал rezident - Apr 25 2010, 17:30

Причина редактирования: Нарушение п.3.4 Правил форума.