Stratégie de câblage GND de la prise secondaire

Stratégie de mise à la terre GND de la prise centrale secondaire du transformateur : masse du signal numérique par rapport à la masse du châssis

——Points clés de la conception CEM et suppression du bruit du système de servomoteur

introduction

Dans la conception de l'alimentation du système de servocommande, la sélection de mise à la terre de la prise centrale secondaire du transformateur affecte directement la compatibilité électromagnétique (CEM), l'intégrité et la sécurité du signal du système. Basé sur les besoins des scénarios industriels, cet article analyse les mécanismes physiques de différentes stratégies d'ancrage et compare leurs effets à travers des données mesurées.

1. La signification physique du robinet intermédiaire secondaire

La prise centrale (CT) est souvent utilisée dans le redressement pleine onde (comme le redressement à double - diode) dans les circuits de redressement et de filtrage. Sa méthode de mise à la terre détermine le chemin de décharge du bruit haute fréquence.

Paramètres clés affectant :

• Chemin du bruit en mode commun : la prise centrale agit comme un « point médian virtuel » pour le bruit haute fréquence, affectant directement la direction du flux de courant en mode commun.
• & Impédance de la boucle de terre : le choix du point de mise à la terre modifie l'impédance de la boucle de bruit, ce qui à son tour affecte les émissions conduites (CE) et rayonnées (RE)

2. Analyse des effets du signal numérique au sol (DGND)

1. Méthode de connexion

La connexion de la prise centrale directement au plan de masse numérique du PCB est courante dans les conceptions à faible coût ou à espace limité :

CT → DGND (plan de masse du PCB)
 

2. Avantages

• &Câblage simplifié : pas besoin de dispositifs d'isolation supplémentaires, ce qui réduit le nombre de couches de PCB
•  Supprimer le bruit du mode différentiel : bon effet de filtrage pour le bruit de commutation basse fréquence (<100 kHz)

3. Défauts et risques

• Couplage de bruit en mode commun : le bruit haute fréquence (tel que les interférences de niveau MHz provoquées par la commutation IGBT) est couplé à la boucle de signal via le plan de masse.

Données mesurées : lorsqu'un servomoteur 400 V est connecté au DGND, la valeur crête à crête du bruit en mode commun du bus CAN atteint 1,2 V (dépassant la limite ISO 11898 - 2)

• & Augmentation du potentiel de terre : les transitoires de courant importants provoquent des fluctuations locales du potentiel DGND, provoquant des erreurs d'échantillonnage ADC

Cas : sauts de données de position dus à une gigue DGND sur une interface de servocodeur (erreur > 5LSB)

3. Analyse des effets du châssis GND

1. Méthode de connexion

La prise centrale est connectée au châssis métallique via un chemin à faible impédance et est généralement utilisée avec un condensateur Y :

CT → condensateur Y → masse du châssis (connecté à la terre via des vis conductrices)
 

2. Avantages

• &Boucle de mode commun bloquante : le bruit haute fréquence est évacué directement à travers le boîtier, réduisant ainsi la pollution de la masse du signal.

Comparaison des mesures réelles : après avoir connecté le châssis à la terre, l'immunité EFT de l'interface RS485 est améliorée du niveau 2 au niveau 4.

• Chemin de dissipation thermique amélioré : le châssis agit comme un grand plan de capacité pour absorber l'énergie transitoire

3. Remarques

• &Contrôle de l'impédance de mise à la terre : le point de mise à la terre du châssis doit être soudé en plusieurs points ou avec des plots conducteurs pour garantir que la résistance de contact est <10 mΩ.
• &Isolation de sécurité : une isolation renforcée est requise (la norme CEI 61800-5-1 requiert une tension de tenue au primaire-boîtier > 3 000 VCA)

─────────────────────── ────────────────────────

4. Stratégie de mise à la terre hybride et conception d'optimisation

1. Perles de ferrite + mise à la terre composite du condensateur Y

Exemple de topologie :

CT → Perle de ferrite (100 Ω à 100 MHz) → Condensateur Y (2,2 nF/3 kV) → Masse du châssis
|
+-- Cavalier de résistance 0Ω → DGND (connecté uniquement pendant le débogage)
 

effet :

• &Le bruit basse fréquence est filtré par des billes magnétiques
• &Le bruit haute fréquence est contourné vers le châssis via des condensateurs Y
• &DGND peut être temporairement connecté pour le dépannage pendant la phase de débogage

2. Conception d'alimentation isolée

Insérez un dispositif d'isolation entre la masse numérique et la masse du châssis :

─────────────────────── ────────────────────────

5. Comparaison des données mesurées dans des scénarios industriels

Trois schémas de mise à la terre ont été testés sur un certain type de servomoteur :

─────────────────────── ────────────────────────

VI. Critères de conception et pratiques d'ingénierie

• &Donner la priorité au sol du châssis :
• &Utilisez du ruban tressé avec une section transversale ≥2,5 mm² pour connecter le boîtier.
• &Le point de mise à la terre du châssis est à moins de 5 cm du transformateur pour réduire l'inductance du plomb
• &Étapes de mise en œuvre de la mise à la terre hybride :
• &Étape 1 : Mesurez le spectre de bruit à l'aide d'un analyseur d'impédance (Keysight E5061B est recommandé)
• &Étape 2 : sélectionnez la courbe d'impédance des perles en fonction de la fréquence de bruit principale (telle que TDK MPZ1608S101A pour 100 MHz)
• &Étape 3 : utilisez un analyseur de réseau pour optimiser la valeur du condensateur Y (correspondance du graphique Smith)
• &Scénarios interdits :
• &❌ Prise centrale flottante (entraînant l'absence de chemin de libération pour la tension de mode commun)
• &❌ Connectez le DGND et la masse du châssis en même temps (formant une boucle de masse)

─────────────────────── ────────────────────────

en conclusion

Dans les systèmes d'asservissement industriels, il est recommandé que la prise intermédiaire secondaire du transformateur soit connectée à la masse du châssis via un condensateur Y et qu'une perle magnétique soit utilisée pour réaliser un filtrage sélectif dans le domaine fréquentiel. Cette solution peut augmenter la marge CEM du système de 6-10 dB, tout en garantissant une précision inférieure au millivolt de la liaison de signal, répondant ainsi au double besoin de la fabrication intelligente moderne pour une fiabilité élevée et un contrôle de précision.