Computadora portátil quemada por chispa mientras está conectada a través de USB a un sistema de batería

EDITAR 10/11 9:40 am Centro: Aprendí de mi socio en este proyecto que me equivoqué en el orden de los eventos. He editado la publicación en consecuencia.

Estoy trabajando en hardware eléctrico personalizado para modificaciones a un vehículo alimentado por batería (24V). Todos mis aparatos electrónicos viven dentro de una caja de metal pintado. Recientemente, después de conectar una computadora portátil a través de USB a mi hardware personalizado, la computadora portátil se colocó en la caja de metal e inmediatamente hubo una chispa, y la pantalla de mi computadora portátil murió sin recuperación. La computadora portátil funcionaba con batería y el hardware personalizado estaba encendido.

No sé exactamente dónde ocurrió la chispa. Podría haber estado en la carcasa de metal de la computadora portátil o en el gran puerto de acoplamiento de datos/alimentación en la parte inferior de la computadora portátil (DELL precision m4800).

Sobre la electrónica:

  • Los componentes electrónicos personalizados funcionan a 24, 12 y 5 V, todos alimentados directamente desde la batería del vehículo con convertidores CC-CC.
  • Todos los componentes electrónicos agregados personalizados comparten un terreno común que es el terminal negativo de la batería principal de 24 V.
  • He elegido mi 'tierra funcional' para el blindaje de Ethernet, etc. para que sea el marco de la caja/vehículo.
  • Todo el hardware agregado personalizado vive en una caja de metal que está conectada eléctricamente al marco del vehículo (mi tierra funcional). Hay una resistencia de 500 kOhm entre el bastidor del vehículo y el terminal negativo de la batería.
  • El vehículo funciona con ruedas de goma, en interiores, sobre un suelo pintado como de plástico.

No entiendo qué causó esta chispa con suficiente energía para romper mi computadora portátil. ¿Cómo podría formarse una diferencia de potencial tan dañina entre la caja de metal y la carcasa/los componentes internos de la computadora portátil?

Lo más importante, ¿cómo puedo evitar que esto vuelva a suceder de forma segura?

¡Gracias por cualquier ayuda y comentario!

EDITAR: obra de arte recientemente actualizadaSistema de diagrama

¿La computadora portátil funcionaba con batería o con un enchufe de pared?
Hmmm... 500000 ohmios entre dispositivos a 12v es bastante similar matemáticamente a que no estén conectados en absoluto. Las conexiones de unión y puesta a tierra deben estar lo más cerca posible de 0 ohmios. Dicho esto, según su diagrama, parece que tocó el conector externo (tierra) en la carcasa de su caja electrónica, y aunque un simple choque estático fue una buena manera de freír una PC en los años 80 y principios de los 90, en realidad es bastante raro freír uno de esa manera en estos días, por lo que probablemente le dio una sacudida bastante sustancial.
Cometí un error y edité mi publicación con el orden correcto de los eventos. Acerca de la resistencia, pensé que la resistencia entre el marco del vehículo y el negativo de la batería era una característica de seguridad para evitar una catástrofe si algún cable positivo se rompía y hacía contacto con el marco.
En la mayoría de los vehículos, el lado negativo de la batería del vehículo está sólidamente conectado al bastidor del vehículo.

Respuestas (2)

¿Fue simplemente la acumulación de estática en el vehículo?

Muy improbable, porque los puertos USB de la computadora portátil tienen chips de protección contra eso.

Pero generalmente conectan el blindaje USB directamente a GND con una resistencia cercana a cero.

El siguiente escenario parece mucho más probable:

  • Pantalla de cable USB solo conectado a +24V (o +12V). Eso pondría su caja de metal al mismo voltaje, lo que a la resistencia de 500k no le importaría mucho.
  • La conexión de la computadora portátil une el protector USB a la línea de tierra USB , que está a cero voltios (debido a que está conectado a la electrónica de su automóvil).
  • Ahora hay un vacío total de +12 o +24 voltios dentro de su computadora portátil, quemando rastros y probablemente dejando una marca de derrape bastante notable.

Podría haber evitado esto (o al menos haber notado un fusible quemado) conectando la caja de metal directamente a GND del vehículo. Hay interfaces USB aisladas, pero la mayoría de las más económicas solo admiten la máxima velocidad.

Cometí un error y edité mi publicación con el orden correcto de los eventos. Entonces, ¿el protector USB de la computadora se conectará a la carcasa de metal de la computadora portátil? Me estaba conectando a una placa STM Nucleo que tiene el escudo USB conectado directamente a tierra. Entonces, eso pondría la carcasa de mi computadora portátil en el potencial de tierra, ¿verdad? Entonces, ¿cómo podría haber tanto potencial entre la tierra y la caja de metal con suficiente capacidad de conducción de corriente para hacer una chispa?

500k es suficiente para evitar la acumulación de una carga estática entre el circuito y el marco, las cargas estáticas se acumulan a tasas de submicroamperios, pero no hay nada que impida que todo el vehículo obtenga una carga siempre que las ruedas y la superficie sobre la que corre son buenos aislantes - de hecho que sean aislantes es una condición necesaria para poder generar estática. No es raro que se acumulen cargas de decenas de kilovoltios y, a menos que haya un mecanismo de descarga antes de que el vehículo entre en contacto con cualquier otra cosa, compartirá esa carga en el primer contacto; antes de que lo hiciera el cable.

Hay correas y cadenas de descarga disponibles para carros utilizados en entornos sensibles a ESD, como la fabricación de productos electrónicos, pero si el revestimiento del piso es un buen aislante, esto no ayuda. (Hubo una moda hace algunas décadas por tener estas cosas colgando de la parte trasera de los autos también). Hay revestimientos para pisos (ligeramente) conductores (epoxis/uretanos/películas) que se usan en estas situaciones. Podría tener un contacto con resorte que descargue el vehículo si llega a atracar en ubicaciones conocidas antes de que cualquier otra cosa entre en contacto con él.

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