Protección ESD en un circuito aislado

Actualmente estoy trabajando en un circuito DMX RS485 y estoy pensando en las medidas de protección adecuadas.

Me he orientado en esta pregunta . Entiendo que el aislamiento galvánico no es igual a la protección ESD, por lo que necesito algunos diodos TVS en las líneas de señal entrante que se sujeten a la tierra del chasis, no a la tierra aislada (porque los dispositivos de aislamiento solo funcionan hasta 600 V/1000 V).

Esto plantea algunas preguntas adicionales:

  1. ¿Necesito filtrar también la entrada del DCDC (debido al ruido de conmutación?) En caso afirmativo, ¿cuánto? Sin embargo, no creo que necesite un filtro CM completo, ya que la señal es relativamente lenta a 250 kbps.
  2. Aunque los circuitos están aislados, no se les permite separarse demasiado si uso diodos TVS, de lo contrario, se activarían al azar. Como uso controladores protegidos contra ESD, no tengo que elegir diodos estrictamente especificados. Solo necesito proteger los dispositivos de aislamiento, no el controlador. Pero todavía necesito mantener la tierra del chasis y la tierra iso lo suficientemente cerca como para que el TVS no se dispare. ¿Debo poner 10 Mohm entre los terrenos para acoplarlos, o estoy pensando demasiado en esto? ( ver Editar )
  3. El punto anterior aborda los eventos ESD de la línea de datos. ¿Qué pasa con ESD en el plano de tierra? Por lo general, no protege a GND de los eventos de ESD, pero si no lo hago, entonces la tierra tiene + 8 kV con respecto a las líneas de señal, lo que tampoco puede ser bueno, y violaré el aislamiento de 600 V al circuito principal. . Entonces, ¿puedo simplemente poner un TVS en tierra aislada a tierra del chasis? ¿Cómo encaja esto con el acoplamiento de tierra?

Tal vez sea una pregunta XY. Lo que quiero hacer: Proteger mi IO de ESD y dispositivos mal configurados en el futuro. ¿Es esto apropiado o estoy pensando demasiado en las cosas?

Editar : he leído ANSI E1.11 (el estándar DMX), que dice que el aislamiento galvánico para transmisores no es necesario, pero se puede hacer (4.2 y Anexo A1). Iré con el aislamiento, porque los puertos también pueden actuar como un receptor que debe estar aislado. Además, tendré que conectar iso gnd al chasis gnd con> 22 MOhms.

Así que la pregunta 2 se ha respondido sola. Las preguntas 1 y 3 aún permanecen; ¿La R entre iso gnd y chasis gnd plantea problemas a los eventos de ESD? No he encontrado una implementación de referencia para la protección ESD.

250 kbps, RS485, iluminación: si está utilizando DMX512, solo dígalo, obtendrá mejores respuestas al no ocultar información. ¿También ha leído las especificaciones de DMX y las notas sobre las mejores prácticas para implementar tanto DMX como RS485?
Gracias por ese recordatorio ^^' a veces son las cosas simples las que se olvidan... Aclaró algunas de las preguntas, pero no todas.
La resistencia de 22Meg en el estándar me parece extraña. Su aislamiento de 600 V es bastante irrelevante cuando se omite con esa resistencia. En realidad, no me queda claro si esa resistencia es algo real o un criterio de prueba. ¿Por qué aparece como superior a 22 megas a 42 V CC?
Al observar otras implementaciones ( ti.com/lit/an/slyt425/slyt425.pdf?ts=1619576914018 ), parece que es solo un criterio de prueba. ¿Quizás >22M en fugas de corriente (<2μA @42V) a través del aislamiento y los televisores? Ahora que estoy escribiendo esto, tiene mucho más sentido... Pero ahora la pregunta 2 es nuevamente una pregunta abierta...
@CShark Por lo tanto, no puede colocar la resistencia de CC desde la tierra DMX aislada a la tierra del dispositivo no aislado, pero no impide colocar un condensador entre ellos para ESD y EMI. Pero usted hace un controlador conectado a tierra o una luminaria aislada, ¿por qué dice que debe estar aislado porque puede ser ambos dispositivos?
@justme Puedo mirar una gorra (tan pronto como entiendo lo que hacen en este caso). Los dispositivos pueden hacer ambas cosas, porque pueden programarse para actuar como un transceptor (controlando dispositivos dmx) o como un receptor (recibiendo señales dmx de otro controlador en la línea y cambiando/pasando a través de otra salida). También podría arreglarme para tener n transceptores y m receptores en lugar de configurarlos. Lo que podría ser mucho más fácil de implementar. Principalmente porque no puedo entender esto correctamente ^^'

Respuestas (2)

250 kbps es bastante rápido para RS485. ¿A qué distancia están sus nodos?

La magnitud de su problema de EMI (y la protección necesaria) está significativamente ligada a la ubicación de su infraestructura. Si están todos contenidos en el mismo edificio, bastará con un pequeño diodo TVS, como el SM712. Sin embargo, si está en el exterior, con un cable de unos cien metros de largo, necesita "reforzarlo" con un GDT o MOV y los componentes de soporte adecuados.

Boruns tiene excelentes artículos sobre este tema: Enlace

Lo sentimos, pero 250 kbps no es "bastante rápido para RS485" de ninguna manera. El estándar apareció por primera vez hace casi 40 años, sube a 10 Mbps y DMX512 ha usado 250 kbps durante 35 años.
@Justme Respetuosamente en desacuerdo. DMX512 "resuelve" una de las partes faltantes de la estandarización RS485: Infraestructura. Y puedes tener alcance o velocidad. No ambos. A 250 kbps, está comenzando a hacer ese compromiso, por lo que mantengo mi declaración original.
No creo que deba exagerar terriblemente, ya que la instalación de dmx solo se encuentra en salas de conciertos. TVS debería ser suficiente, pero no estoy seguro acerca de un evento ESD en el iso-gnd.

ESD y sobretensiones: pregunta 3

Nivel alto

i) Que yo sepa, ESD no se transmite a través de cables y solo se deben proteger las partes accesibles en el equipo mismo: si puede tocar los pines de un conector, entonces debe protegerlos; una pantalla debe estar protegida.

ii) Distintas son las sobretensiones por efecto indirecto del rayo y por inducción de los cables de alimentación.

iii) Diferente también es la inversión de polaridad y la tensión de red accidental conectada a las líneas.

iv) La tierra del campo también está expuesta, ya que las pantallas de los cables provocan fenómenos del tipo ii) y iii).

Pedazos de respuestas

a) Si usa controladores protegidos contra ESD, puede tocar los pines con los dedos.

b) El nivel de aislamiento de la "tierra sucia" conectada al campo protege contra sobretensiones: si los conductores y CC/CC se aíslan durante 2,5 kVrms 1 min., soportan aprox. el doble de la sobretensión (un poco más que eso, pero existen diferentes tipos de formas de onda de sobretensión y la equivalencia no está bien documentada /consulte la antigua IEC 60950-1/).

c) Si desea proteger la "tierra sucia" de las sobretensiones, debe comprender a qué otra tierra debe conectar el SPD que colocó. (SPD = Surge Prot. Dev.). Si tiene una conexión a tierra externa por seguridad y ninguna otra parte de su equipo está conectada a ella directamente, puede descargar la "tierra sucia" cuando se acerque al nivel de clasificación de su aislamiento galvánico (digamos 5kV de sobrevoltaje). Lo hice una vez con un Bourns 2093. Pero esto es para cables muy expuestos, en mi caso, que van a lo largo de una vía de metro en un viaducto.

d) Una consideración de la calificación de aislamiento: hablas de "600V". Creo que quiere decir 600 Vrms por 1 minuto: ¿no es bajo para los dispositivos disponibles hoy en día, por ejemplo, de Maxim y Texas Instrument? Creo que 2,5 kVrms es viable, y 3,75-4 kVrms también están bastante disponibles. El, como se dijo, se multiplica por dos aproximadamente para el voltaje pico de sobretensión.

e) Si conecta la tierra ISO (tierra sucia) y el chasis con una resistencia, esa resistencia debe estar clasificada para el nivel de aislamiento, por lo que necesita una cadena de resistencias e incluso la PCB donde podría montar las resistencias del chip está en juego. Por lo tanto, necesita resistencias con cables conductores. Tenga en cuenta también que es probable que la capacidad de acoplamiento entre la tierra sucia y el chasis desvíe la descarga ESD (en caso de que haya una en esa tierra sucia). Después de estimarlo, podría ayudarlo con un pequeño capacitor de alto voltaje (por ejemplo, algunos pF), que cerraría el circuito durante la ESD. Los tipos Y1/Y2 son aceptables para aplicaciones relevantes para la seguridad.

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Filtrado CC/CC: pregunta 1

Su DC/DC no es una gran fuente de perturbaciones y no creo que se propague más para ser una preocupación para la certificación EMC. En cualquier caso, puedes poner un par de inductores de chip y un capacitor transversal entre pos y neg, que funciona como un filtro de modo diferencial, pero con el inductor de baja ed (el que está en el neg) balanceas la impedancia y obtienes algún filtrado de modo común, solo en caso de que realmente sea necesario. Esto si la salida DC/DC realmente molesta al conductor. Los valores comunes pueden ser algunos cientos uH y algunos uF. Debería cubrir todas las posibles frecuencias de conmutación, desde algunas decenas de kHz hasta más.

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