Filtro de ruídos na Alimentação

[mlegnari]

  Olá pessoal!
  Estou fazendo um centelhador com avr (atmega328) apenas para estudar como melhorar os ruídos, segue em anexo o circuito. Estou utilizando uma bobina de carro blindada com diodo rápido interno (diodo roda livre ou flywheel diode) e um mosfet irf640, a bobina é 12v, mas como sabemos, quando se corta a alimentação de uma bobina/indutor, é gerado picos de tensão altíssimos, no qual fica dentro dos padrões da aplicação (medido com osciloscópio e ponta 1000x) é gerado uma frequência de 15khz com pico de 150volts e curta duração, na casa de umas dezenas de nanossegundos.

  O microcontrolador simplesmente trava apos alguns segundos, já afastei essa bobina a metros e nada, o que me faz pensar que não é um ruido irradiado mas conduzido pelo retorno ao terra do circuito. Tentei também utilizar um optoacoplador para acionar o gate do mosfet sem sucesso, (pensei que o ruido retornasse pelo gate).

 

  Esse ruido na casa dos 15khz está sendo encontrado na alimentação também, e so aparece quando encosto a ponta do osciloscópio, o que me fez pensar que realmente ele vem conduzido pelas trilhas (nada de protoboard) . Já utilizei clock externo 16mhz e estou testando o interno 8mhz, houve uma melhora, a duvida de tudo isso se resume em duas perguntas:

  - Se fosse as harmônicas do ruido de 15khz afetando o clock, elas não deveriam afetar mais um clock de 8mhz do que de 16mhz, pois a primeira frequência estaria mais "próxima" das harmônicas mais fortes?

  - Caberia utilizar um filtro na alimentação passa baixa 100hz do microcontrolador, esse filtro eliminaria esse ruido mas poderia afetar em algo o microcontrolador?

Obrigado a atenção de todos!

 

[Visitante]

De repente faça mais um teste, por desencargo de consciência. Alimente o circuito de controle com outra fonte separada, afinal você já chaveou o FET com opto, isso não é difícil de fazer. Então terás os terras isolados. Se for emi conduzida, não deverá mais acontecer, não é mesmo?

[Sérgio Lembo]

4 horas atrás, [Daniel] disse:

Alimente o circuito de controle com outra fonte separada

Não se ofenda, mas foi uma piada ter feito isolação galvânica (opto) e ter mantido a mesma fonte para potência e controle.

[.if]

Ruídos não provocam comportamento padrão analisável por mente humana normal...Portanto vejamos algo como:... Como está unindo os gnd's? Não deve passar pelo mc e sim se encontrarem na fonte. Há posição estratégica (física) pros capacitores: imagine a energia - fluxo de eletrons - passando por eles antes de ir pro circuito. Algo como um sistema de decantação de água (avisei que não era pra mente normal)

Espero que não tenha montado como o esquema...Cadê o gnd da fonte? ....Prestenção...

 

 

[mlegnari]

Lendo algumas publicações sobre EMC/EMI em pcb, ruídos acima de 10khz são irradiados e abaixo disso são conduzidos pelas trilhas e fios, isolei o gate pois no momento da faísca havia um pequeno distúrbio, logo pensei que poderia vir pelo pino do mosfet/igbt , mesmo o IGBT tendo seu gate isolado, a questão é que seus terminais estão próximos o que me levou a pensar que isso poderia irradiar algo para o gate

adicionado 16 minutos depois

Fiz esse esquema correndo, mas desenhei outro aqui junto com a PCB que irei fazer para testar. 

 

 

O diodo de roda livre e IGBT desconsidere, não utilizarei esses modelos.

 

 

 

A parte de cima deixei para as trilhas de sinais e positivo, e as debaixo criei um plano terra em tudo

 

 

@Isadora Ferraz  entendi o que disse, é importante analisar o fluxo de elétrons do jeito que realmente ocorrem, do GND do + do circuito, por isso adicionei um fio GND que vai direto ali do IGBT/MOSFET (quero testar os dois) ate a bateria. O + da bobina vou alimentar por fora da placa pela bateria, pois aquela trilha que fiz serviria de antena na placa, vou testar dos dois jeitos e analisar o que ocorre com o osciloscopio.

[.if]

Ok amigo você tem algumas coisas a aprender e é legal descobrir por si. Mas se não te importas, permita-me observar que: as trilhas estão finas d+. Ilhas deixe maior possível; O +12 potência e do controle estão se 'falando' na pci e com trilha também fina (como já observaste) O terra é a área de cobre em baixo? Também estão se 'falando' muito perto do mc; Um diodo em antiparalelo com a bobina cai bem. Talvez seja melhor um capacitor ou snubber.

 

Sim a análise com osciloscopio tem algum valor mas penso que vai ser difícil você analisar com ele a questão do travamento do mc, o que ocorre em seu âmago. Só se pode especular e fazer blindagens genéricas como as ditas cujas. Uma não dita: você pode dar uma blindadinha básica no sw também... Mas conclua primeiro seus testes...

[Sérgio Lembo]

No primeiro esquema foi desenhado a bobina, no segundo não. Pergunta: há a necessidade de uma das pontas da saida da bobina estar no GND? Se sim, procure fazer isso fora (e longe) da placa. Tb pode fazer um teste com a saída flutuante. Picos de alta tensão são uma loucura, bem vindo ao hospício.

adicionado 7 minutos depois

Tem uma coisa que pode fazer ainda com a primeira placa:

- envolva a placa com 2 voltas de folha de papel (será seu isolante)

- envolva essa coisa esquisita que ficou com papel alumínio. Como a bobina tem seu secundário (faiscador - alta tensão) com uma das pontas no GND deixe no primeiro teste a capa de alumínio flutuante.

É simples, barato e rápido o teste. Vale a pena tentar.

[mlegnari]

Isadora eu usarei o diodo anti paralelo próximo a bobina que ficaria um pouco mais longe da placa. Quanto ao gnd caberia isolar a parte de chaveamento de potência, e de lá sair um fio gnd que teria em comum o - da bateria com o gnd da parte digital certo? Eu posso isolar ele com uns 5mm do gnd digital ou mais,  eu consegui um módulo de uma ignição semelhante com esse experimento meu, o terra digital está junto com o do igbt mas o igbt está bem na ponta de saída dos cabos, vou postar aqui amanhã obrigado 

adicionado 9 minutos depois

@Sérgio Lembo fiz a isolação da placa como citou, e não mudou quase nada, então isolei a bobina dentro de uma lata de pringles,  melhorou um pouco, antes travava com 5 segundos então subiu para 10 segundos. O layout da placa atual está bem ineficiente, o gnd é uma trilha que corta a placa ao meio, numa extremidade o micro, no meio o igbt e no final os cabos todos. Essa configuração "empurra" eletrons para o microcontrolador, reconheço que ela está ruim, mas farei as modificações para tentar fazer uma placa melhor! 

 

@Isadora Ferraz os diâmetros das trilhas vou calcular conforme uma norma que já me esqueci qual é... Mas leva em consideração corrente, isolação das trilhas etc, essa placa vai ficar mais como esboço mesmo, mas vou fazer essa semana e compartilho com vocês! 

[Sérgio Lembo]

Procure deixar bem separados os caminhos da potência (IGBT+ bobina) do controle. Sempre faça isso quando trabalhar com potência, em especial as pulsantes, mesmo que o circuito seja analógico.

adicionado 12 minutos depois

Caso a fonte de 12V seja separada da placa de controle/chaveamento, considere o uso de 2 cabos de Vcc e 2 de GND. A ideia é matar a cobra da interferência no ninho. O próprio MCU que está utilizando faz uso dessa técnica, posuui um GND exclusivo para o ADC.

[.if]

9 horas atrás, mlegnari disse:

fio gnd que teria em comum o - da bateria com o gnd da parte digital certo?

Certo mas o pulo do gato é como conectar... Serjão matou a cobra e mostrou o ... já sabe. Na sua imperfeição, seu desenho ficou perfeito mesmo sendo estilo o surrealismo de salvador dali. Imprima-o, coloque numa moldura e pendure na sua parede pra consulta constante.

 

9 horas atrás, mlegnari disse:

calcular conforme uma norma

kibon que tens tempo pra analisar/estudar isso. Se fosse eu (eu) deixaria tudo grosseirão/grossão mas com delicadeza técnica-intuitiva que só com o tempo pode conceber ... (vulgo na prática há outra teoria)

abç

[mlegnari]

 Obrigado acho que vou fazer ate um quadro dessa PCB, pra olhar daqui uns meses e falar: que mer... eu utilizo as normas IPC-2221  tem varias calculadoras "on-line" que fazem os cálculos. Eu fazia meio que no chute as trilhas, pra vcc gnd e potencia trilhas grossas, e pra sinais trilhas finas, quando certo dia na minha concepção pensei que a trilha de rx/tx de um modulo que tinha 0,6mm de largura era bem fina, captava muitos ruídos, pela corrente/tensão do modulo a norma recomendava 1 milésimo de largura, baixei a trilha pra 0,3 que era o minimo que conseguia e resolveu a captação de ruídos!

  Mas vamos acertar as arestas agora, já tenho bastante informações aqui, vou começar a fazer essa placa protótipo modificando um pouco e acertando o que já me passaram aqui e em breve posto!

[mlegnari]

Venho de volta com os resultados! Realizei a montagem da placa acima que mandei, funcionou perfeitamente, porém melhor ainda, pude utilizar mosfet (raramente encontrado em sistemas de centelha com bobina para área automotiva) por causa de sua tensão máxima entre drain e source, que são bem maiores no igbt.

Substitui o diodo por um 1n4007 para ver até onde o mosfet aguentaria, funcionou legal por dois dias ate eu desligar! sem o diodo queima em segundos. 

 

Consegui retirar alguns capacitores de filtragem também com pequenas perdas de desempenho (oscilou +-5% a frequência de pulso do microcontrolador) porém a questão é: não adianta o melhor projeto de filtro sem um layout adequado!