Eu sou muito novo em eletrônica, em electronics.SE.com e este é o meu primeiro projeto, então tenha paciência comigo se minha pergunta perder algumas informações-chave (nesse caso, deixe um comentário e tentarei adicionar as informações ausentes) bits).
Eu construí um dispositivo que controla cerca de 500 LEDs em 106 canais diferentes. Substancialmente, o design é:
- 1 fonte de alimentação comutada 24V 3A
- 1 regulador de tensão que emite 5V
- 1 placa de controle executando um AVR ATmega168 (conectado ao regulador de tensão)
- 106 fios de LED (conectados ao trilho de energia de 24V)
- 7 O TLC5940 (16 canais cada) afunda os drivers das seqüências de LEDs (estas afundam o restante dos 24V dos LEDs, mas sua lógica é alimentada pelo regulador de 5V).
Tudo funciona, mas estou enfrentando problemas pesados com ruídos que às vezes acionam uma redefinição inesperada do meu dispositivo .
Graças a um amigo que tem um DSO, pude investigar o assunto e estas são minhas descobertas ...
O ruído é no trilho de potência de 5V e é bastante grande, com um balanço geral de 2,55V. Os canais SPI não são afetados:
O ruído parece ser gerado pelos LEDs , não pelos dados transmitidos pelo SPI (não há correlação óbvia entre nenhum dos canais do SPI e o ruído). Neste vídeo (desculpe, não foi possível incorporar aqui), você pode ver que o número de LEDs ativados influencia a amplitude do ruído, enquanto a intensidade (controlada via PWM) influencia a duração do ruído " burst "[mais detalhes sobre a descrição do vídeo no youtube].
A frequência do ruído é de ~ 8MHz , que é uma frequência que não uso (pelo menos não explicitamente), considerando que minha placa controladora é executada em 16MHz e minha SPI em 250KHz.
Enquanto fazia minhas experiências, percebi que o DSO captava o ruído mesmo quando apenas o terminal de terra da sonda estava conectado. Eu interpreto isso como um sinal de que o ruído não se deve a uma instabilidade da alimentação de 5V, mas a um potencial oscilante do nível do solo . Estou certo?
Sendo totalmente novo em eletrônica e sem conhecimento formal em campo, tentei várias soluções "da Internet", reconhecidamente, sem ser 100%, elas faziam sentido no meu cenário. Entre outros, tentei:
- para construir um filtro passa-baixo usando um resistor de 1Kohm e um capacitor de 100nF e colocá-lo no barramento de força de 5V, mas o ruído não mudou muito em amplitude.
- desacoplar o trilho de 5V com uma variedade de capacitores diferentes, incluindo alguns de tântalo [várias classificações] (sem efeito visível)
- para desacoplar a linha de base (fez o DSO ir bananas)
- aterrar os LEDs, a placa TLC e o DSO em diferentes partes do meu circuito, inclusive o mais "possível" (por exemplo, conectá-los com fios separados à porta de terra da fonte de alimentação de 24V para evitar loops de terra) ... mas Também neste caso eu não tive sorte.
Pode ser que eu tenha feito o exposto da maneira errada (ou seja, que a solução seja uma das anteriores, mas que a implementei incorretamente), então - se você acha que a solução é uma das anteriores, não hesite em dizer talvez, dando-me alguma orientação sobre como implementá-lo "certo".
Nota final: devido ao tamanho físico do meu projeto, realizei todos os testes usando apenas uma das minhas placas TLC que removi cuidadosamente da plataforma e usei alguns LEDs de teste individuais alimentados por uma fonte de 5V. No entanto, testes menos precisos na plataforma completa mostram que o comportamento na "coisa real" é consistente com as leituras do teste.
Agradecemos antecipadamente pelo seu tempo e apoio!
fonte
Você realmente está usando uma fonte de alimentação de 24 V com o TLC5940, quando a primeira página da folha de dados do TLC5940 indica claramente que a tensão máxima absoluta nos pinos de saída está classificada em +18 V?
Ruído de 2,55 Vpp no seu barramento de força de 5 V? Isso é tão ruim que me faz suspeitar que talvez não seja real - talvez o seu trilho de força de 5 V esteja bom, mas algo está produzindo campos magnéticos tão fortes que o fio da sonda do osciloscópio para o osciloscópio, agindo como uma antena, está captando 2,55 Vpp de ruído.
Se eu fosse você, meus próximos passos seriam:
ruído magnético
Seu loop de alta corrente é executado da fonte de alimentação de +12 VCC, até uma extremidade das cadeias de LEDs, passando pela corrente de LEDs até os pinos de entrada do TLC, saindo dos pinos de aterramento do TLC, de volta ao conector GND da fonte de alimentação e retire o conector de +12 VCC. O campo magnético gerado por esse loop é a área desse loop (que você pode controlar organizando os fios de maneira diferente) multiplicada pela corrente desse loop (sobre a qual você tem pouco controle).
Tente minimizar a área desse loop. Considere dividir esse loop em 2 partes:
O loop de baixa frequência: um par de condutores, em um cabo que vai da fonte de alimentação, a um grande capacitor próximo ao chip TLC, conectando mais ou menos diretamente esse capacitor aos conectores +12 VCC e GND na fonte de alimentação. O GND do chip TLC também se conectou a uma extremidade desse capacitor. (talvez uma grande tampa de 470 uF em paralelo com uma tampa de cerâmica de 10 uF).
O loop de alta frequência: um par trançado de condutores, em um cabo que passa do chip TLC para a cadeia de LEDs. Conecte a saída do chip TLC a um pequeno resistor (talvez 10 Ohm?) E conecte a outra extremidade desse resistor a um condutor do par trançado. Conecte o outro condutor do par ao lado de +12 VCC do grande capacitor próximo ao chip TLC.
Como o cirurgião Rocket Surgeon apontou, um filtro passa-baixo pode ajudar:
Como pode parecer que o TLC não precisa ser conectado a +12 VCC, é muito fácil conectar as coisas de uma maneira que produza o pior loop possível: Um "fio de +12 VDC" discreto da fonte de alimentação de 12 VDC até o topo da cadeia de LEDs, com espaço suficiente para um homem ficar entre esse fio e o caminho de retorno (o caminho de retorno através da cadeia de LEDs, depois da parte inferior da cadeia de LEDs para o TLC e, em seguida, a partir do solo do TLC volte à fonte de alimentação), com mais de um metro quadrado de área de loop, produzindo muito ruído magnético.
(talvez um diagrama aqui torne isso mais claro ...)
filtro regulador
A fonte de alimentação é realmente capaz de lidar com tanta corrente? Talvez os cabos longos entre a fonte de alimentação e o resto do sistema não sejam capazes de suportar os pulsos de pico rápido?
Talvez oscilações grandes na linha de +12 VCC estejam sendo acopladas através do regulador de 5V por causa da CMRR insuficiente, ou talvez até a linha de +12 VDC esteja sendo puxada tão baixo que o regulador de 5V "cai" baixo o suficiente para redefinir seus outros dispositivos ?
Eu faria um teste rápido primeiro: dirija seu regulador de + 5V a partir de uma segunda fonte de alimentação (por exemplo, uma fonte de alimentação de +10 V) completamente independente da fonte de alimentação de +12 V que aciona seus LEDs, exceto o GND que conecta as fontes de alimentação .
Se uma segunda fonte de alimentação parece resolver o problema, talvez mais filtragem do regulador permita que o sistema funcione com uma única fonte de alimentação: talvez você precise apenas adicionar um pequeno resistor e diodo no caminho de +12 VDC ao pino de Vin do regulador . Talvez também adicione capacitores maiores ou maiores do pino Vin do regulador ao GND.
melhores tampas de dissociação
Se você souber exatamente quais são as frequências de ruído, os melhores limites de dissociação para suprimir os limites com a menor impedância nessas frequências. (A impedância real dos capacitores físicos nessas frequências, não a impedância teórica calculada por 1 / jwC). Você usa um "gráfico de impedância versus frequência" que se parece com isso:
(de Tamara Schmitz e Mike Wong. "Escolhendo e usando capacitores de derivação" .)
Esses gráficos sempre mostram que, em frequências muito baixas, os melhores valores de capacitância são melhores; em frequências muito altas, os pacotes fisicamente pequenos são os melhores.
Um gráfico real de impedância versus frequência está na página 61 do catálogo de Capacitores cerâmicos monolíticos de chip Murata .
fonte
Seu ruído não é aleatório e parece tocar.
Efetivamente, o circuito é uma fonte de pulso de alta frequência com subida / queda acentuada carregada no cabo indutivo com capacitância de LEDs fechados na extremidade.
O cabo possui indutância em nanohenry, faixa microhenry
A capacitância é de cerca de alguns pF por LED
Portanto, a sugestão, resposta, pode ser adicionar o filtro passa-baixa entre a saída e a carga do PWM.
fonte