Ich habe bei einem Gerät, dessen Entwicklung ich von einem ehemaligen Kollegen übernommen habe, Probleme mit der Burst-Empfindlichkeit und hätte gern ein paar Ideen aus der Community, wie man diese am besten abblocken könnte.
Folgendes Szenario:
Das Gerät hat 230V-Steuerausgänge (230V da = 1, 230V weg = 0), die induktive Lasten ansteuern (Motoren, Schütze, ...). Die Motoren haben Endlagenschalter, und wenn diese öffnen, werden auf den Steuerleitungen Burst-Impulse erzeugt, die das Gerät stören (Einkopplung auf Reset-Leitung am SWD-Interface des Controllers zum Beispiel), das selbe passiert im Fall von Schützen beim Öffnen.
Ich habe versucht, mit Snubber-Gliedern über den Endlagenschaltern die Schaltfunken zu löschen, mit unbefriedigendem Erfolg, da die Motoren dann durch den Leckstrom brummen und ein anderer Schaltungsteil zur Drahtbruchüberwachung dann nicht mehr funktioniert, Abblock-Kondensatoren an der Reset-Leitung haben leichte Abhilfe geschaffen, aber zufriedenstellend ist das leider auch nicht gewesen. Eine Schirmung gegen PE kommt nicht in Frage, da überall Kunststoffgehäuse ohne PE im Gerät eingesetzt werden und meine Layout-Änderungsmöglichkeiten leider aufgrund des Projektstandes sehr begrenzt sind.
Gibt es noch mehr Möglichkeiten, die ich noch nicht in Betracht gezogen habe?
Zeige doch zumindest mal den Schaltplanausschnitt des Teils, in dem die
Signale der Endlagenschalter für den Mikrocontroller aufbereitet werden.
Oder treten die Störungen schon allein durch Einkopplungen ohne
galvanische Verbindung der Elektronik mit dem Leistungsteil auf?
Leistungsteil und µC-Elektronik sind galvanisch entkoppelt und die Endlagenschalter sind nur intern im Motor, diese unterbrechen bei Anschlag einfach den Stromfluss. Ich habe also keinen direkten Zugriff auf diese.
Die Einkopplung erfolgt anscheinend kapazitiv von der Leitung her und ist auf vielen Potentialen auf der Platine sichtbar, 3,3V sind, trotz guter Pufferung, auch betroffen.
Das heißt, dass die Nadelimpulse des Burst anscheinend kapazitiv über die Platine hopsen, weshalb ich diese gern so gut es geht direkt am Platinenrand am Steckverbinder ableiten möchte, aber wogegen eigentlich? Die Endlagenschalter sind zwischen 230V-Signalausgang und L und eine kapazitive Ableitung zwischen diesen beiden Potentialen ist wegen dem Bildstrom, der entstehen würde, nicht möglich (beeinflusst andere Schaltungsteile). Eine Ableitung gegen GND habe ich wie gesagt mithilfe eines Kondensators versucht, was auch ein wenig Verbesserung gebracht hat, aber leider nicht ausreichend.
Da ich die Last nicht vorher kenne (was der Kunde eben anschließt), ist eine genaue Dimensionierung auf die Resonanzfrequenz der Last nicht möglich. Getestet habe ich mit 100nF X2 und sowohl 100Ohm als auch 56Ohm, leider kein Unterschied.
Im übrigen tut ein freundlicher Umgangston nicht weh, kostet unwesentlich mehr Zeit und würde die Atmosphäre in so einem Forum hier trotzdem wesentlich angenehmer gestalten ;) Trotzdem Danke für den Link.
Die Einkopplung ...
ist auf vielen Potentialen auf der Platine sichtbar, 3,3V sind, trotz
guter Pufferung, auch betroffen.
Hier wäre für uns interessant, wie Du gemessen hast. Auch hier ist der Aufbau interessant: Masseleitung wie lang und wo angeschlossen...?
Es ist z.B. ein bekannter Effekt, dass wenn man auf ungeeignete Weise an Schaltreglern herummisst, man Spikes sieht, die gar nicht da sind. Jedenfalls nicht in den Signalen, die man eigentlich oszilloskopieren will.
Sie werden z.B. induktiv eingefangen in der zu großen Schleife gebildet aus Tastkopf und Masseleitung.
Erste Frage: 10nF-Keramikkondensator direkt am betroffenen Reset-Eingang vorhanden?
Bei und geht keine Schaltung/Entwicklung in Betrieb ohne diesen Kondensator!
Bei und geht keine Schaltung/Entwicklung in Betrieb ohne diesen
Kondensator!
Und die restlichen Pullups/Pulldowns um den µC herum alle im Bereich um 4k7. Irgendwelche internen Pullups sind viel zu hochohmig. Denn mein EMV-Spezi sagt: alles über 4k7 ist EMV-technisch nicht vorhanden. Und aus Erfahrung: Recht hat er.
Es ist z.B. ein bekannter Effekt, dass wenn man auf ungeeignete Weise an
Schaltreglern herummisst, man Spikes sieht, die gar nicht da sind.
Jedenfalls nicht in den Signalen, die man eigentlich oszilloskopieren
will.
Sie werden z.B. induktiv eingefangen in der zu großen Schleife gebildet
aus Tastkopf und Masseleitung.
Meine Glaskugel sagt mir dass die Reset-Leitung eine Kapazität in Richtung Umgebung darstellt, vmtl im pF-Bereich, die durch die störenden E-Felder entsprechende Transienten einfängt. Mit einem 10nF-kondensator unmittelbar am uC-Reset-pin entsteht nun ein kapazitiver Spannungsteiler, der diese Impuls platt macht. Und wenn der Reset nun unbedingt an die böse Aussenwelt geführt werden muss, bitte nur über einen Serienwiderstand. Wenige kOhm bewirken da schon Wunder. Das dürfte nocht wesentlich wirkungsvoller als 4k7 pullup sein. Sieh es einmal so: Wenn Du alle Entstörmaßnahmen im Leistungsbereich wegläßt hast Du eine feine Testumgebung um den uC gegen EM zu härten.
Falls noch jemand eine konstruktive Idee hat und Lust hat, wie
erwachsene Menschen zu diskutieren
Verdrehte Selbstwahrnehmung...da du dich selbst hier wirklich daneben benimmst im Gegensatz zu jemandem der nur kurz angebunden ist...aber du darfst das ja auch...oder?
Sie bringen in die vielschichtige Diskussion interessante neue Aspekte ein, die die Problematik von einer völlig neuen Seite beleuchten. Ihre Ausführungen zeugen von hoher Sachkenntnis und überzeugen auch im Detail. Besonders im Mittelteil transportieren sie eine Fülle hochwertiger Informationen, die dem Kreis der betroffenen Nutzer nicht vorenthalten werden dürfen.
Das heißt, dass die Nadelimpulse des Burst anscheinend kapazitiv über
die Platine hopsen,
Sicher?
Wie wird denn der µC versorgt? Hast Du da irgendwo ein so eines dieser gängigen 230V-auf-3.3V Mininetzteilmodule oder sowas ähnliches verbaut, mit dem der µC letztlich aus der selben Leitung wie Dein 230V-Schaltausgang versorgt wird?
Gängige Netzteilmodule enthalten eigentlich immer einen Y-Kondensator zwischen Primär- und Sekundärseite. Insb. bei Schutzklasse II, denn dort gibt es nicht viele Alternativen um EMV-Grenzwerte einzuhalten wenn es nicht viel Extra kosten soll.
Über diesen Y-Kondensator können evtl. Deine Bursts in die Stromversorgung vom Mikrocontroller hüpfen.
Um das zu verifizieren könntest Du testweise den µC mal mit einem externen Netzteil oder besser noch, Batterie, versorgen. Dann siehst Du ob das eine Rolle bei Deinem Problem spielt oder nicht.
Allem voran erstmal vielen Dank für die guten Ideen. Leider kann ich den vollständigen Schaltplan nicht posten (Firmenpolitik), aber ich versuche mal, die Situation so gut es geht zu beschreiben.
Ich habe 2 Platinen, eine für den Leistungsteil und eine für die SELV-Seite, diese liegen übereinander im Abstand von etwa 2cm. Ungünstigerweise ist der betroffene 230V-Ausgang auf der Leistungsplatine direkt unter dem an den Platinenrand der SELV-Platine geführten SWD-Steckverbinder für den Controller. Nicht schön, lässt sich aber leider nicht mehr ändern.
Der 230V-Ausgang besteht nur aus einem Relais, welches L auf den Ausgang schaltet. Dieses Relais wird mit 24V geschaltet, diese kommen aus einem externen Industrienetzteil und versorgen das Gerät, der Controller bekommt seine 3,3V aus einem Schaltregler, der aus ebendiesen 24V gespeist wird. Von daher sehe ich mir definitiv diesen Sachverhalt
Und wenn der Reset nun unbedingt an die böse Aussenwelt geführt werden
muss, bitte nur über einen Serienwiderstand. Wenige kOhm bewirken da
schon Wunder.
Dieser ist vorhanden, hat aber nur 1kOhm, eventuell vergrößern, das wird auch getestet. Zumindest als Härtung bringt das sicher noch etwas.
Erste Frage: 10nF-Keramikkondensator direkt am betroffenen Reset-Eingang
vorhanden?
Bei und geht keine Schaltung/Entwicklung in Betrieb ohne diesen
Kondensator!
Dieser ist auch vorhanden, 100nF sowohl am SWD-Steckverbinder an der Platinenkante, als auch direkt am Controller nochmal.
Und die restlichen Pullups/Pulldowns um den µC herum alle im Bereich um
4k7. Irgendwelche internen Pullups sind viel zu hochohmig. Denn mein
EMV-Spezi sagt: alles über 4k7 ist EMV-technisch nicht vorhanden. Und
aus Erfahrung: Recht hat er.
Der Pullup an der betroffenen Resetleitung beträgt 10k, auch hier teste ich eine Verkleinerung. Leider widersprechen sich eine Verkleinerung des Pullups und eine Vergrößerung des Serienwiderstands etwas, weil ich ja beim normalen Programmieren noch auf LOW-Pegel kommen muss, aber da gibt es sicher einen Sweet Spot.
Auch sehr wertvoll, werde ich in Zukunft auf jeden Fall berücksichtigen bei solchen Messungen. In diesem Fall kann ich eine reine Fehlmessung aber ausschließen, weil der Ethernet-PHY, der neben dem Controller auch an der Reset-Leitung hängt, bei einer ausreichend starken Störung aussteigt. Dieser ist am Reset-Pin empfindlicher (auch laut Datenblatt) als der Controller, dieser läuft weiter.
Danke an alle für die Mühe, ich hab heute gut zu tun mit testen!
Testweise zwischen beide Platinen ein Blech, oder ein rohes Stück Basismaterial als Schirm, Schirm auf Masse legen.
Ist der Schaltregler von 24 auf 3,3V ein isoliertes Modell? Wenn nein, ein solches testweise verwenden
Nach ein wenig Probieren ist die Lösung schon da und ist so dumm wie naheliegend.
Meine Aussage, an der Reset-Leitung sei ein Serienwiderstand dran, ist meiner Erinnerung entsprungen, stammte aber vom sehr ähnlich aufgebauten "Schwestergerät". Das Gerät, um das es sich handelt, hat zu meinem Entsetzen tatsächlich keinen Serienwiderstand verbaut, sodass die Reset-Leitung nur mit Pullup (und von mir hinzugefügten Kondensatoren) versehen vom Controller quer über die Platine direkt zum Steckverbinder geführt wurde. Dass das schief geht, wäre abzusehen gewesen. Nach der Ergänzung von nur 1,5kOhm (hatte ich gerade rumliegen) war das Problem verschwunden.
Auch die korrekte Masseanbindung des Oszis wie im Beitrag von Lothar hat zu signifikant saubereren Messungen geführt. Wieder was gelernt.
