Alimentar un circuito de microcontrolador usando un voltaje diferencial en lugar de un voltaje absoluto

Sí, puedes, de hecho, la gente lo hace todos los días. A menudo, un puente en H alimentado por la red utilizará un controlador de puerta lateral alto aislado, por lo que se ejecutará a 340v y 15v por encima de eso.

Lo que la gente hace es implementar los dos voltajes diferentes configurando uno en relación con el otro, para las tolerancias y para la practicidad.

Tolerancia. Tenga en cuenta que tenía una fuente de alimentación de 10kV y una fuente de 9995v, y que ambos tenían muy buena tolerancia, digamos 0.1%. Su diferencia sería 5v +/- 20v, cualquier cosa desde -15v a + 25v. ¡No es un ambiente agradable para tu chip 5v!

Practicidad. ¿Por qué hacer dos fuentes de alimentación independientes de 10kV, dos veces más caras que una sola, cuando la mayoría de las veces lo que se necesita es un suministro barato de 5v "montado sobre" el 10kV?

Para un suministro de corriente baja, su suministro de 10kV podría usar una fuga de corriente a tierra a través de una resistencia grande, y usar un zener de 5v para regular el 9995v con respecto a los 10kV.

Para cualquier potencia seria a 10kV, sería menos desperdicio usar un transformador de aislamiento, para suministrar un rectificador y un regulador de 5v a 10kV.

El controlador del lado alto con alimentación eléctrica a menudo usa un condensador de la bomba de carga, ya que no necesita un aislamiento completo del lado bajo y necesita una cantidad de energía razonable.

No hay problema en absoluto. Ni siquiera hay una razón por la cual la desviación de voltaje del potencial de tierra tenga que ser constante, podría variar constantemente siempre que fuera de baja frecuencia en comparación con la velocidad de operación del sistema y ambos rieles se movieran exactamente de la misma manera .

Sin embargo, tiene los problemas obvios relacionados con la interfaz con cualquier cosa, necesitaría algún tipo de aislamiento de alto voltaje entre esta y cualquier otra cosa, incluido cualquier usuario.

Esto es posible e incluso puede hacer lo que propone en un sistema de CA de alto voltaje, pero hay algunas consideraciones prácticas:

• El PCB tendría que estar adecuadamente aislado de la tierra y otros circuitos conectados a él; de lo contrario, las chispas saltarían la brecha, las corrientes altas fluirían y el dispositivo se destruiría.

Figura1. Optx OPI268s optoaislador de alto voltaje proporciona aislamiento de 20 kV y 30 kV / µs Inmunidad a dV / dt con una ruta de acceso (a través de la placa de circuitos o la caja del dispositivo) de > 24 mm. (Los centros de pines son de 25 mm.)

• Todas las conexiones al dispositivo, incluidos los optoaisladores y los transformadores de señal, etc., requerirán una clasificación de voltaje adecuada. por ejemplo, un optoaislador regular solo tendría una clasificación de 1000 V.
• La placa y los dispositivos de aislamiento requerirían una baja capacitancia a tierra para evitar problemas durante la operación, pero también durante el encendido cuando cambia el voltaje.
• Se usaría un suministro adecuado de 5 V para generar un suministro estable de 5 V con la línea de 0 V "puesta a tierra" en cualquier sentido que fuera posible para la aplicación. Esto sería mucho mejor que intentar generar un suministro de 10000 V y 10005 V directamente, ya que sería extremadamente difícil mantener la diferencia de exactamente 5 V durante la operación y particularmente durante el encendido.

Solo considere que el micro es alimentado por una batería y totalmente desconectado galvánicamente a cualquier cosa. Dependiendo de dónde se encuentre en relación con el cableado de CA de su casa, podría aumentar y disminuir internamente a decenas o cientos de voltios en relación con la tierra real a la frecuencia de su alimentación de CA. No sucede nada terrible a menos que la placa de circuito en la que se encuentra tu micro esté realmente mal diseñada.

Y este es el quid del problema. Una PCB realmente mala puede tener diferentes partes de su circuito que ofrezcan una capacitancia a tierra significativamente diferente y, si, por ejemplo, se conectara la corriente alterna de la casa cuando el voltaje estaba en su punto máximo, habría una tasa de cambio de voltaje sustancial de tal vez cientos de voltios por microsegundo

Porque, para un condensador Q = CV, ambos lados se pueden diferenciar para dar: -

\ $ \ dfrac {dQ} {dT} = C \ dfrac {dV} {dt} \ $ y esto equivale al flujo de corriente en el condensador.

Entonces, un valor masivo para dv / dt puede inducir un flujo de corriente en una parte de una placa de circuito significativamente diferente a otra parte y esto dará lugar a un voltaje diferencial que podría hacer que el circuito A mal funcionamiento o dañarse. En absoluto infrecuente.

Entonces, volviendo a su suministro de 10,000 voltios y su suministro de 9,995 voltios, solo un pequeño problema técnico de 0.01% en un suministro cambiará el voltaje relativo en 1 voltio entero. Probablemente no sea suficiente para matar a un micro, pero tal vez sea suficiente para reiniciarlo.

Las aves hacen esto todos los días cuando aterrizan en líneas de transmisión de alto voltaje, todo se trata de la relatividad. Mientras el ave vaya (en voltaje) a la tensión de su entorno, no se hará daño.