Filter mellan gen. och µC

[SeniorLemuren]

Jag styr gas och backslag med hjälp av PIC16F690 resp. PIC18F2545 kopplade till stegmotordrivare. Allt funkar perfekt så länge jag kör på batterier som inte är anslutna till växelströmsgeneratorerna som ladda batterierna. (12V resp. 24V).

När motorerna är i gång fås störningar i systemet från och till. En av ingångarna på den ena PIC16F690 slutade för övrigt att fungera helt så den fick bytas. Jag vill slippa att förse ingångarna med optokopplare om det går att undvika.

Jag antar att man kan avhjälpa problemet med någon typ av filter mellan matning och elektronik. Någon som kan föreslå hur man bygger ett effektivt sådant?

[TomasL]

LC/RC filter på ingångarna, samt klampingdioder mellan ingång och matning/jordplan.
Ordentligt med avkoppling på matning och processormatning, även LC-filter/Ferriter.
Dubbelriktade TVS mellan matning och jord.
Klamping mellan Processormatning och 12V.
Ordentliga jordplan (kräver dock 4-lagerskort, en omöjlighet på 1/2-lager)
CM-filter på matning.

Tja listan kan göras väldigt lång.

Lite schemor över hur det ser ut idag, vore inte fel.

[SeniorLemuren]

Det är ganska simpla kort. Ett Veroboard med en PIC matad med 12-14 volt från batteriet via en 7805. Ett antal ingångar med pull down och några lysdioder.

7905 har en 22 uF på ingången och en 0.1 uf på utgången. Utgångarna styr en stegmotorcontroller och ingångarna är kopplade till mikrobrytare för ändlägen och växelspak resp. resolver.

Det är inga problem med 7905 den håller, men den verkar släppa igenom transienter eller störningar som inte µC gillar. Den port som pajade är ansluten till växelspaken genom en 30 cm lång ledare så via kabeln tror jag inte det har slunkit in något farligt. Porten har ju en pull down på 10 k och sätts hög med 5 volten från 7805 så några andra störningar på den ingången än direkt via 5 volten kan jag inte tänka mig.

Edit: 24 volten som kommer från det andra batteriet matar endast stegmotorkontrollern. Den skall tåla en inspänning på 12 - 32 Volt

baqckslag_kort.jpg

stegmotordriver.jpg

[Icecap]

Vet du, jag kan nog garantera att störningen har kommit direkt in på portpinnen!

Det är, som jag så ofta har understrukit, anledningen till att in- och utgångar aldrig får lämna kretskortet utan ett drivsteg eller effektivt filter mellan.

Input_Prot.png

Detta är ett verkligt exempel på ett kommersiellt produkt som har funnits i handeln sedan 2006. Ingången används till att avläsa en micro-brytare som sitter i närheten av 230V motorer osv. Vad jag vet finns det ett antal 1000 ute på marknaden och inte en enda har fallerat på denna ingångstyp!

R13 är ett exempel på hur man kan göra en pull-up utan att "släppa ut" VDD. Denna ingång sitter ju till en brytare.
R8 är ett strömbegränsermotstånd som tillsamman med C2 ger en rimlig bra filtrering av snabba störningar.
Denna begränsning ger samtidig D6 möjlighet att reagerar snabbt nog vid "icke-snabba" pulser. OBS att den är på 4,7V, det är rikligt att få den till att reagerar som en '1' men innan spänningen stiger till 5V eller över har zenerdioden ganska säkert börjar leda på allvar.

IC7 är mest för att ha ett steg mer samt klara signaler (schmitt-trigger), den kan likaväl bestå av processorpinnen direkt. Och vill man ha den direkt skulle jag förslå att öka värdet på R8 till 10k eller mer.

[blueint]

Varför inte en diod från I/O pinne 3 till +5V ? eller zenern tar det?

Ett tips btw.. EF-wiki: skyddad 5V matning

[Icecap]

blueint: menar du att du vill ge störningar en direkt väg in till att elda upp allt som drivs av VDD?
Jag tycker inte att det är speciellt smart...

Det enda man kan lita på är att GND är GND, allt annat kan "flyttas" förhållande till det punkt. Likaså VDD.

[limpan4all]

Hur är jorden dvs GND kopplat?
Sitter den verkligen i EN punkt så att inga GND strömmar kan smyga sig fram fel väg detta då du verkar ha två olika matande nät.

[blueint]

@Icecap, Då sätter man en zener som låser Vdd inom ofarliga gränser. Förslagsvis så att en resistans begränsar strömmen från I/O i tillägg.

[limpan4all]

Ingångar är knepiga. Vad man behöver göra är att lägga ett seriemotstånd till ingången sedan en kondensator (detta för att sänka flankhastigheten dvs den skall vara keramisk och på ganska låg kapacitans maximalt 100nF och hög späningstålighet minimum dubbla maximalt möjliga DC späning) till GND och parallkopplade transientskyddsdioder som är korrekt dimensionerade till GND för att absorbera positiva och negativa transienter.
Definitionsmässigt så kan ett 24V fordonsnät ha transienter på ca 100V utan att något är konstigt, vilket i sin tur eldar up 7805 omgående så dessa är olämpliga i fordonsnät.
Zenerdioder är för långsamma för att skydda elektronik normalt sett om man inte har hög förimpedans och rejäla flanksänkande kondensatorer.

[TomasL]

@Icecap, Då sätter man en zener som låser Vdd inom ofarliga gränser. Förslagsvis så att en resistans begränsar strömmen från I/O i tillägg.

Zenern är alldeles för långsam och för stora toleranser, fullständigt värdelös som transientskydd.

Man får klampa mot både Vss och Vdd med schottkydioder, använda sig av RC-filter, även ferriter är bra att lägga på.
Matningarna kopplar man av med många keramiska kondingar, samt även elektrolyter.
Man kan även klampa matningen med TVSer.
Ferriter på matningarna till kretsarna är även det bra.

[blueint]

Om zenerdioder är för långsamma, vad är snabbt nog?

[limpan4all]

http://en.wikipedia.org/wiki/Transient- ... sion_diode

[Icecap]

Att en zenerdiod är för långsam är skitsnack! Att den är för långsam utan lågpassfiltret är helt rätt men med lågpassfiltret hänger den med alldeles utmärkt!

Sedan kan man gå hur långt som helst med filter, transidientsskyddsdioder, ferritar, lågpassfiltrar och liknande, min erfarenhet räcker "bara" till de kommersiella produkter jag har varit inblandat i samt den flispannastyrning jag byggde i första halva av 80-talet. Ägaren av den fick en direktträff i huset av en blixt och allt elektrisk anslutet fick bytas, spis, kylskåp, frys, köksfläkt, klockor, stereon osv. Vissa rör i väggen fick bytas till råka på allt.

Dock hade en enda sak överlevd: styrningen.

Inmatningsmotorn den styrde hade svetsats ihop, fläkten hade "bara" brunnit men elektroniken höll!

Och skyddet var långsamma zenerdioder och lågpassfiltrar... Så jag vill påstå att jag har fog för mitt påstående om vad som fungerar, jag har även varit på plats hos TS och känner till miljön styrningen sitter i.

[limpan4all]

Jodå det kan nog fungera.
Men är inte riktigt god konstruktionssed.
Jag skulle kalla en sådan ingång för olämplig, billig och funkar oftast men är inte av "industrikvalitet".
Om det kommer en > ca 100V transient på en sådan ingång så kommer zenerdioden att sakna möjlighet att se till att CPU pinnen inte kommer ovanför sin maximalt tillåtna inspänning.
En sådan kommer att ligga över den normala Vmax för CPU pinnar dvs Vcc +10%.
TVS dioder har skarpare zennerknän. Och dom kan dessutom absorbera mera energi än vad zennerdioder kan innan dom går sönder.
Men den funkar skitbra och är mycket billig i en applikation som saknar galvanisk koppling till allt annat, annars...

[TomasL]

Probemet med just Zenerdioder är att de har hög onogrannhet, ofta 5-10 %, Zenerspänningen varierar med strömmen, vilket innebär att man måsste köra en hel del stöm genom dem, för att de skall fungera någorlunda, och ja de är inte speciellt snabba, samt som limpan skriver, de tål inte speciellt höga strömmar.
Bättre då att klampa ingångarna mot matning och jord med snabba schottkydioder, samt kondingar.
Matningen klampar man mot jord med kondingar och TVSer.