Consideraciones de EMC para controlar un solenoide a través de PWM a través de un cable largo

Estamos diseñando un circuito que esencialmente tiene la topología que se muestra a continuación. Estamos manejando una carga inductiva (24 V, solenoide de 3,8 ohmios, corriente máxima promedio = 2 A, pero la corriente máxima puede ser de 6,3 A) usando PWM. Desafortunadamente, la distancia entre el controlador y el solenoide es bastante grande (8 m).

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Estoy bastante preocupado por las implicaciones de EMC de conducir una señal PWM de alta corriente a través de un cable tan largo. Estaba pensando en mitigarlo haciendo lo siguiente:

  • Uso de un cable de par trenzado para cancelar campos magnéticos y eliminar campos eléctricos
  • Agregar condensadores de tanque grandes en paralelo con el suministro de 24 V y tierra para reducir los picos repentinos de corriente que atraviesan el cable de alimentación. (Gracias a esta publicación ).
  • Puedo controlar el diseño de la PCB en el microcontrolador para asegurarme de que se minimice el bucle de corriente para la señal PWM en la PCB.
  • Agregaré huellas despobladas para una resistencia en serie y un capacitor paralelo en la señal del controlador de compuerta MOSFET para experimentar con la reducción de la tasa de borde de la señal PWM para reducir cualquier componente de alta frecuencia.

¿Qué otros pasos puedo tomar para ayudar a evitar cualquier problema de EMC con esto?

Ya has obtenido algunas buenas respuestas. Además, coloque físicamente D1 justo en L1.

Respuestas (2)

Al solenoide no le importa si le suministra PWM o un voltaje analógico limpio, por lo que podría usar un filtro de paso bajo LC para "convertir" PWM en un valor de CC más suave. Los valores dependen de las expectativas dinámicas de su solenoide y frecuencia PWM. Colóquelo en el extremo conductor del cable para reducir las emisiones electromagnéticas en el cable.

Tenga en cuenta que el uso de un par trenzado no eliminará los campos electrónicos generados por el cable porque no es una unidad de salida balanceada debido a que un cable tiene 0 V. Agregue una pantalla o use coaxial para obtener mejores resultados.

Equilibrado no tiene nada que ver con 0V o no, tiene que ver con la corriente. A menos que haya otro camino que la corriente pueda tomar, está balanceada. En el caso de las señales de RF y COAX, PUEDE estar desequilibrada debido al efecto pelicular, ya que el blindaje interior y el blindaje exterior son efectivamente dos conductores separados.
@iAdjunct Está considerando campos magnéticos, estoy considerando campos E, si tiene una señal de conducción y un cable de 0 V muy retorcido, el campo electrónico seguirá presente. Si se usara un impulso balanceado, teóricamente no habría un campo electrónico emanante significativo a una distancia corta. Tal vez entendí mal su punto: su comentario es un poco confuso, es decir, "Equilibrado no tiene nada que ver con 0V o no", ¿qué quiere decir con "o no"? Esto parece ser contradictorio.
@iAdjunct: le sugiero que lea sigcon.com/Pubs/edn/ReducingEMI.htm y tenga en cuenta que lo que dice parece descartar toda la razón por la que se usan controladores balanceados. Esto es una tontería, así que reconsidere lo que está tratando de decir.
Si tiene un cable largo que en realidad tiene dos conductores, y usted es el único que lo usa, no importa qué "controlador" use, estará balanceado. Cuando tiene otras rutas (tal vez el exterior del blindaje en un COAX) u otros elementos que usan los mismos conductores, un controlador que obliga a equilibrarlo hace una mejora espectacular. También tenga en cuenta que un cable solo tiene cero voltios en la fuente: hay un gradiente de voltaje en el cable.
@iAdjunct Si usara las palabras "controlador diferencial" en lugar de "unidad de salida balanceada", ¿todavía creería que estoy equivocado?
Me gusta mucho la idea de un filtro de paso bajo LC. ¿Puede dar más detalles sobre lo que quiso decir cuando dijo "Los valores dependen de las expectativas dinámicas de su solenoide y la frecuencia PWM"? Obviamente, el punto de corte del filtro debería ser más bajo que mi frecuencia PWM, pero ¿qué pasa con las "expectativas dinámicas"?
¿Qué tan rápido desea que el solenoide responda básicamente?
@iAdjunct los campos magnéticos se cancelan, sí. Pero para los campos eléctricos, el par de cables está a un promedio de la mitad del voltaje suministrado con respecto a tierra. Por lo tanto, el cable largo al solenoide se convierte en una antena, impulsada efectivamente en el borde de la PCB con la mitad del voltaje pwm real. Comenzará a irradiar cuando se acerque a 1/4 de longitud de onda, unos pocos MHz, que podría crear fácilmente el controlador PWM si no se filtra.
@tomnexus encontraste las palabras con las que luché, gracias.

Un cable de dos conductores es básicamente una línea de escalera. Siempre que no haya otro camino que la corriente pueda tomar, el EMF de estos es extremadamente mínimo en el campo lejano. En el campo cercano (1x o 2x el espacio entre los cables) es donde puede ser EMF y ser sensible a los EMF debido a los efectos de marea de las ondas (es decir, los dos cables están lo suficientemente cerca de usted como para que no aparezcan como un un solo cable más).

El par trenzado puede hacer que este efecto de "campo cercano" sea más pequeño, ya que debe estar mucho más cerca para que sus señales tengan efectos de marea. Esto, nuevamente, reduce tanto la EMF emitida como la interferencia de modo diferencial en su línea. Generalmente, con un solenoide, este último no es tu problema.

En términos generales, proteger las fuentes de alimentación conectadas a cargas inductivas con un condensador es una muy, muy buena idea. Siempre.

Una nota más: los solenoides normalmente no se modelan como dispositivos puramente inductivos. Tienen inductancia, pero en estado estacionario son resistencias. Una búsqueda rápida en Google arrojó menos resultados de los que esperaba, pero encontré esto:algún diagrama de circuito aleatorio

Usó un BJT, pero personalmente siempre me han gustado los MOSFET para este tipo de cosas.

Estoy de acuerdo con la idea de Andy de poner un filtro de paso bajo al final para convertirlo en una señal de CC. Esto te ayudará a controlarlo mejor ya que es bastante inductivo. Si puede caracterizar su inductancia, también puede ajustar la capacitancia para que sea óptima.

Si ya estoy usando un diodo de protección en el solenoide, ¿por qué necesito un capacitor de protección?
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