Conexión a tierra del chasis para varias unidades conectadas en cadena

Estoy diseñando un sistema que proporciona energía/Ethernet/serial para hasta 5 unidades conectadas en cadena. Todas las cajas serán de metal y mi plan inicial es conectar la alimentación y la señal a tierra a través de los cables de 14 pines que conectarán cada unidad. El blindaje de cada cable se conectará a la tierra del chasis y el plan es unir el chasis y la tierra de alimentación en la caja PSU/COMM.

Mi pregunta es A) ¿es una buena idea y B) debo conectar una conexión RC (1Meg/100pF o algo así) desde los orificios de montaje de mi PCB a la tierra del chasis en cada caja? ¿Pros contras?

Las cajas consumirán entre 5 y 10 amperios a 48V. Tendremos ethernet de 100 Mbit y también rs232.

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Usted muestra las conexiones a tierra en cada 'caja', ¿se conectan a tierra o las conexiones a tierra regresan solo en el cable?
Lo sentimos, eso fue solo para mostrar que cada caja estaba vinculada al mismo potencial localmente. Las conexiones a tierra solo regresan al cable (en realidad, en algunos casos, dos cajas pueden tocarse físicamente, pero generalmente los cables entre ellos serán la conexión a tierra del chasis)
Nunca quieres corrientes de retorno en el chasis, al menos yo no.
De acuerdo, pensé que la conexión RC a la tierra del chasis mantendría la energía y los retornos de la señal en mi cable, pero permitiría que los transitorios/estáticos se filtraran al chasis.
Los transitorios no están sangrando, debe usar condensadores para eso. La estática es una historia completamente diferente. Si quiere decir que no desea que se acumule voltaje entre terrenos aislados, puede usar una resistencia de 10M o algo así como un tubo de descarga de gas. Si quiere decir que necesita proteger el sistema de ESD, debe analizar qué sucede exactamente durante la descarga de ESD en diferentes frecuencias, y esto depende en gran medida del sistema.
Por cierto, supongo que estás hablando de cables sensatos, como de hasta 10 m de largo. Si usa un cable de 500 m, todo puede verse diferente.
Sí, será del orden de 0,5 m a 10 m
Si tiene 10 amperios y un cable de 10 metros, necesitará cables bastante grandes para los conductores de alimentación para evitar una caída de voltaje excesiva. Si las cajas están conectadas en cadena como se muestra, recuerde que el primer cable de la fuente de alimentación debe transportar la corriente total de todas las cajas (¿posiblemente 50 amperios?).
Nuestro cable tiene algunos cables de 18 AWG en el paquete para alimentación/retorno, y estas cajas nunca consumirán el máximo de 10 A a la vez. Como mucho uno o dos de ellos estarán activos en un momento dado.

Respuestas (2)

Hay muchas opciones para tratar con chasis y GND. Esto es lo que hago:

  1. La alimentación siempre está respaldada por dos cables (alimentación y retorno).
  2. La tierra local puede estar conectada al retorno de energía o aislada.
  3. Si la tierra local está conectada al retorno de energía, no puede conectarse a ninguna otra tierra, porque en tal caso la corriente tiene más caminos para regresar.
  4. El chasis está conectado a potencial cero (el que es seguro tocar) en un solo punto del sistema.
  5. Todas las conexiones a tierra digitales y analógicas (a diferencia de la conexión a tierra) se derivan al chasis con capacitores de 1nF y 1uF. Si GND también se considera potencial cero, la clasificación de voltaje del capacitor puede ser de 50 V.
  6. Los blindajes de los cables están conectados con baja impedancia al chasis. Con RJ45 es fácil, en DType u otros conectores, debe asegurarse de que la impedancia sea realmente baja; no conecte el blindaje al cable a la carcasa, sino que busque un lugar para hacer un contacto amplio.
  7. Utilice filtros en las señales. Señales de un solo extremo con filtros de un solo extremo, diferenciales con filtros de modo común.
  8. La alimentación y la GND siempre deben derivarse al chasis (1nF y 1uF), a menos que sea una entrada de voltaje de CA (entonces solo 1nF en cada línea).
  9. Buena suerte :)
Acabo de encontrarme con esta pregunta y respuestas. ¿La tapa de 1uF debe ser un condensador no polarizado?
Sí. Y algo de alta resistencia en paralelo para no dejar que se acumule carga en el capacitor.

Con este tipo de esquema de conexión a tierra y las corrientes involucradas, habrá problemas que deben solucionarse. Hay dos esquemas que podría usar para la conexión a tierra, en serie y en paralelo:

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En el ejemplo de la serie, el circuito 3 tendría este voltaje potencial a tierra a partir de la corriente de retorno de cada dispositivo y la impedancia del cable (el punto después de Z3 en la tierra del circuito 3):

V C i r C tu i t 3 = ( I 1 + I 2 + I 3 ) Z 1 + ( I 2 + I 3 ) Z 2 + ( I 3 ) Z 3

V C i r C tu i t 2 = ( I 1 + I 2 + I 3 ) Z 1 + ( I 2 + I 3 ) Z 2

etcétera...

Con el uso de amperios en el sistema descrito, y el término Z en el rango de ohmios, el voltaje visto por el último dispositivo en tierra podría estar potencialmente en el rango de decenas de voltios. No creo que esto sea aceptable. Un esquema paralelo probablemente será mejor.

Otro problema será el aislamiento y el ruido de modo común en los cables entre las cajas. Estos problemas ocupan más espacio del que puedo usar para describirlos aquí y dependen del diseño. Sugeriría obtener Ingeniería de compatibilidad electromagnética de Henry Ott y leer los capítulos 2 y 3. Esto también podría ayudar.

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