¿Siempre necesita una conexión a tierra separada para la parte de alimentación y la parte de señal?

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En el caso de un convertidor Boost, una de las ventajas que siempre encuentro es el hecho de que se puede usar un controlador de lado bajo más simple. Fabriqué dicho convertidor Boost en lazo abierto utilizando el controlador IRS44273I ( Hoja de datos del controlador IC ). El PWM es generado por un microcontrolador que comparte el plano GND con el controlador IC (puerto COM en el dibujo en la primera página de la hoja de datos). Sin embargo, escuché que es una buena práctica mantener estos dos motivos separados (no sé exactamente por qué).

¿Este también es el caso de un convertidor Boost? ¿Se recomendaría colocar algún tipo de aislador de señal digital entre el controlador µC y el controlador MOSFET? Por el momento no tengo ningún problema, pero estoy haciendo una nueva versión del tablero con medidas para conducirlo en bucle cerrado. En caso de que se necesite un plano de tierra separado, me gustaría agregarlo.

Aprecio su ayuda y comentarios sobre este tema.

    
pregunta Simon R

4 respuestas

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sin embargo, escuché que es una buena práctica mantener estos dos motivos separados

Es beneficioso tener un esquema de conexión a tierra en estrella , lea aquí: enlace significa tierras (parcialmente) separadas que se unen en un punto (como la tierra de la batería, por ejemplo).

El motivo para hacer esto es separar los bucles actuales para evitar que interfieran con otros circuitos.

En el caso de un convertidor boost (también los convertidores DCDC en general), desearía separar el bucle de corriente en la salida (interruptores, inductor, diodo, etc.) de los circuitos de control como el uC.

Si no separa estos bucles de corriente, la corriente que fluye en el bucle de "alimentación" en la salida puede interferir con la uC. Por ejemplo, si la corriente de retorno de la conexión a tierra de la salida comparte la conexión a tierra de la unidad uC. Entonces, la base de la uC puede "elevarse" en voltaje y / o tener muchas perturbaciones y ruidos en ella. Si el uC obtiene su propia conexión (¡tierra de estrella!) A un punto de conexión a tierra "silencioso", estos problemas se eliminarían.

    
respondido por el Bimpelrekkie
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Tierra separada no evitará este problema: altas corrientes transitorias (¡guau! ¿en un regulador de conmutación?) cercanas a un circuito de regulación.

Suponga que su dT / dT es de 1 amp / 10 nanosegundos, a 1 milímetro del regulador. Suponga que el circuito regulador tiene un área de bucle de 3.16mm * 3.16mm. ¿Cuál es la alteración inducida en el circuito regulador (independiente de los suelos)?

$$ Vinduce = 2e-7 Henry / meter * Área / Distancia * dI / dT $$ $$ Vinduce = 2e-7 Henry / metro * 10 mm * mm / 1mm * 1e + 8 amp / segundo $$ $$ Vinduce = 1e-7 * 0.01 * 1e + 8 $$ $$ Vinduce = 1e-9 * 1e + 8 $$ $$ Vinduce = 0.1 voltios molesto en su circuito regulador $$

[la fórmula es una combinación de Biot-Savart y Faraday] [donde un cable recto infinito se acopla en un bucle, el alambre está en el plano del bucle; Para las matemáticas exactas, necesitamos integrar; Aquí solo obtenemos una aproximación; el gran error ----- 0.1 voltios ----- nos dice que tenemos un problema]

Puede o no encontrar este problema de autodestrucción, ya que la orientación de "cable" a "bucle" puede ser su amigo; también, la profundidad de la piel durante 10 nanosegundos bordes atenuará un poco el voltaje inducido; tenga cuidado con el retardo de propagación HORRID para los impulsos que intentan cruzar esos 35 micrones de lámina de cobre; el retraso es grande ----- 150 nanosegundos ----- y te confundirá, porque el retraso destruye cualquier sentido de causalidad. Jackson (E & M) discute el retraso.

    
respondido por el analogsystemsrf
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"Estrella de tierra" cuando se hace incorrectamente es una buena manera de empeorar las cosas. Necesitas una buena excusa para no tener un plano de tierra firme ...

Ahora, examine su esquema Boost y rastree ambos bucles actuales. La parte común es GND - Cap de entrada - Inductor, y luego la corriente fluye hacia ...

  • MOSFET ENCENDIDO: MOSFET drena la fuente - GND
  • MOSFET OFF: Diode - Cap de salida - GND

El diseño correcto para un Boost tiene la fuente MOSFET y el pin GND de los capacitores de salida uno al lado del otro, y está conectado al plano GND usando las mismas vías. Esto garantiza que las altas corrientes di / dt creadas al cambiar entre los dos bucles descritos anteriormente no contaminen el plano GND.

Esto es lo más importante en un convertidor DC-DC, y violar esta regla hará que tu plano de tierra en las proximidades se convierta en un campo minado de picos de alta frecuencia.

También, intente colocar estos dos bucles cerca uno del otro. Esto significa colocar el diodo junto al FET, de modo que cuando la corriente cambia de un bucle al otro, los campos radiados se minimizan. Si los dos bucles pudieran coincidir perfectamente, entonces no habría campo irradiado, pero esto es, por supuesto, imposible.

Para una mayor bondad, conecte también el pin GND de las tapas de entrada muy cerca. La corriente que la atraviesa es suavizada por el inductor, por lo que es un problema mucho menor, pero no hay razón para salir de su camino para encontrar problemas.

Ahora que su Boost está distribuido de forma compacta, coloque todo el grupo de partes en su tablero donde debe estar, gire si es necesario ... y si necesita quitar otras partes del camino, haga es, pero nunca rompa el enlace entre la fuente MOSFET y las tapas de salida.

Ahora, si lo desea, puede agregar algo de estrella a tierra en la parte superior ... colocando el DC-DC en una esquina del tablero. Preferiblemente en la medida de lo posible de cosas como ADCs y opamps. También puede ubicar el DCDC en su propia isla de tierra, sin embargo, el corte que acaba de hacer en el plano de tierra podría convertirse en una antena de ranura.

Agregar un filtro muy barato como un cordón de ferrita en la salida asegurará que las corrientes de alta frecuencia permanezcan en el bucle local, y no viajen a través del plano de tierra a las tapas de desacoplamiento ubicadas más lejos en el riel de salida. Esto no es obligatorio, pero si su diseño incluye partes analógicas sensibles, es una ventaja, incluso si dicho Boost no alimenta estas partes. Lo que estamos haciendo aquí es evitar la inyección de altas corrientes di / dt en el plano de tierra.

Nota: para un Buck, los bucles desagradables están en la entrada, por lo que el enfoque está en conectar la tapa de entrada GND y el MOSFET inferior / diodo GND en el mismo punto.

Ejemplo: usando estas técnicas tengo una placa con una derivación actual y un amplificador diferencial x20 (AD8210). La salida tiene menos de 1LSB de ruido en mi ADC de 10 bits, lo que significa un ruido de < 100µV en la derivación. Se encuentra apretado entre un puente H y dos DC-DC de 250 kHz. Tablero de doble cara, suelo en el otro lado. El diseño es la parte más importante de estas cosas.

    
respondido por el peufeu
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No queriendo editar "peufeu" en respuesta, proporciono este diagrama para acompañar esa respuesta:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

    
respondido por el analogsystemsrf

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