Cómo proteger el microcontrolador de la interferencia electromagnética

Estoy trabajando con un circuito de alto voltaje (2.1 kV para la prueba del capacitor del desfibrilador) y estoy controlando la fuente de alimentación con arduino, leyendo la información requerida de la computadora portátil usando la interfaz serial. La mayor parte del tiempo el circuito funciona bien, pero de vez en cuando durante la descarga del capacitor después de la prueba, el circuito se activa por sí mismo sin que el operador presione el botón. También a veces falla el monitor serie. Supuse que lo hace porque Linux deja de ver el puerto USB por un corto período de tiempo, el mismo USB reaparece con un nombre diferente. Supongo que sucede porque, durante la descarga, el campo electromagnético induce voltaje en mi circuito, por lo que mi pregunta es cómo proteger mi circuito contra tal influencia o tal vez estoy totalmente equivocado sobre la razón.

El objetivo de esta prueba es medir el tiempo de carga del capacitor. El tiempo de carga se define como el tiempo desde el encendido hasta el momento en que la corriente suministrada por la fuente de alimentación se aproxima a 0. La conexión de enable1 y enable2 usando el relé habilita la fuente de alimentación, la lectura de corriente proporciona información cuando la fuente de alimentación emite aprox. cero amperios. Durante la descarga, la resistencia de descarga se conecta manualmente al dispositivo bajo prueba.ingrese la descripción de la imagen aquí

Esta podría ser información completamente inútil y, lamentablemente, no puedo ayudarlo específicamente con su problema, solo me gustaría señalar que tuve muchos problemas con la serie en Linux antes de actualizar el arduino con el nuevo firmware, solo una advertencia en caso de que esto esté causando problemas en serie.
Ese también fue mi primer pensamiento, pero las pruebas mostraron que sin una fuente de alimentación que funcione, el puerto serie nunca falla. Gracias por la sugerencia
EMC significa compatibilidad electromagnética, es la especialización que se ocupa de lo que está intentando. Hasta que descubrí que no encontraba buenas referencias.
Debería poder activar un período de muestra DSO de los voltajes del interruptor usando el pico de descarga de la tapa (o, mejor: el comando que inicia la descarga), para verificar su suposición.
¿Sombrero de papel de aluminio? ;)
@ user6266, ¿puede darnos algún tipo de circuito de lo que está haciendo actualmente? Si actualmente está realizando lo que yo llamaría un desacoplamiento sólido como una roca en su circuito, la respuesta es muy diferente si no está utilizando ningún condensador de desacoplamiento (casos extremos, supongo que está en el medio en alguna parte). No es realmente el circuito propietario, sino la cantidad de desacoplamiento que está haciendo y, en mi caso, necesito saber qué PCB y piezas de arduino está utilizando.
@tyblu Esa es una buena idea. Debería haber pensado en usar el alcance antes. Creo que lo intentaré mañana solo para asegurarme.
@Kortuk No tengo tapas de desacoplamiento. Esto es solo un prototipo, por lo que no está completamente implementado. Estoy usando arduino UNO. La fuente de alimentación que estoy usando proporciona una interfaz de 5V. El condensador se descarga manualmente usando una resistencia de descarga (en el futuro planeo agregar algún tipo de relé de descarga si esto funciona).
@ user6266, si no está utilizando tapas de desacoplamiento, este circuito no está completo ni siquiera como prototipo. Ese es el paso #1.
#tyblu agregué el esquema. ¿Podría decirme cómo usaría los condensadores de desacoplamiento aquí?
Hola @ usuario6266, edité mi respuesta. Debería poder anular la selección como la respuesta correcta. Con suerte, otros luego prestarán su visión.

Respuestas (1)

Si la mayor parte de la interferencia proviene de las conexiones del circuito (un esquema ayudaría), puede agregar inductancia a las conexiones para filtrar la retroalimentación de alta frecuencia o intentar aislar el circuito de descarga y el circuito de control y monitoreo. Agregar inductancia puede ser tan simple como enrollar un cable alrededor de una perla de ferrita. Se debe tener cuidado para garantizar que la retroalimentación se atenúe lo suficiente sin impedir el funcionamiento del circuito (es decir, tiempos de subida más lentos). El aislamiento óptico y físico son métodos comunes para separar circuitos de alto y bajo voltaje. Separar los terrenos de manera segura puede ser demasiado problemático, pero aún puede mantener separados los caminos de regreso de cada circuito durante la mayor parte de su viaje. La ruta de retorno de la tensión de pico debe estar libre de obstáculos (menor inductancia). Si los esfuerzos de aislamiento no funcionan, uno puede reducir la impedancia de entrada de las entradas digitales problemáticas utilizando condensadores y resistencias pull-up o pull-down. El valor de la resistencia debe ser lo suficientemente alto como para que la operación regular de la línea no se vea obstaculizada, es decir, el controlador puede soportar esta resistencia más baja; el capacitor pone en cortocircuito el contenido de alta frecuencia a tierra: comience con cerámica de 100 nF y trabaje hasta 10 uF si es necesario (¡pruébelo primero sin nada, por supuesto!). Si el voltaje en cualquier punto excede el máximo de una parte, uno puede sujetarlo por debajo de un valor elegido usando algo tan simple como un diodo zener, aunque otro (superior y más costoso) el capacitor pone en cortocircuito el contenido de alta frecuencia a tierra: comience con cerámica de 100 nF y trabaje hasta 10 uF si es necesario (¡pruébelo primero sin nada, por supuesto!). Si el voltaje en cualquier punto excede el máximo de una parte, uno puede sujetarlo por debajo de un valor elegido usando algo tan simple como un diodo zener, aunque otro (superior y más costoso) el capacitor pone en cortocircuito el contenido de alta frecuencia a tierra: comience con cerámica de 100 nF y trabaje hasta 10 uF si es necesario (¡pruébelo primero sin nada, por supuesto!). Si el voltaje en cualquier punto excede el máximo de una parte, uno puede sujetarlo por debajo de un valor elegido usando algo tan simple como un diodo zener, aunque otro (superior y más costoso)Los sistemas/piezas de TVS están disponibles. Sin embargo, esto solo protege contra daños.

Si la mayor parte de la interferencia se irradia desde las conexiones de descarga del capacitor, un enfoque sería reducir la radiación en la fuente. Supongo que reducir la velocidad o modificar la tasa de descarga de la tapa (TVS) no es una opción, ya que afectaría las mediciones. Lo siguiente mejor es reducir las propiedades de propagación de los cables y trazas que alimentan los condensadores: minimice todas las longitudes de conexión, incluida la tierra, y minimice las áreas de bucle de tierra (mantenga el retorno lo más cerca posible de la señal/alimentación). Por supuesto, la distancia física entre el controlador y el dispositivo bajo prueba ayudará.

No tengo experiencia con capas de blindaje EMI (mu-metal, etc.).

Una estrategia para omitir todo esto es apagar temporalmente el controlador durante la descarga, unos pocos cientos de milisegundos, y guardar el estado mientras tanto.

@ user6266, tenga en cuenta que otros usuarios tienen una experiencia valiosa, ideas diferentes y soluciones más específicas que no están en esta respuesta. Tal vez espere unos días para aceptar una respuesta para atraer otras respuestas.
Estás bien. Lo haré la próxima vez