[Alex-lab 6]

Доброго дня.

Есть система собирающая данные с токовых шунтов и делителя напряжения (Рис.1).

На столе все работало как нужно, но когда подключил к реальной системе (~600В, 1кГц, Рис.2 - рабочий режим) обнаружил, что после выключения сигнала на выходе присутствует высокий уровень шума и смещение, которого не было изначально. По мимо того, что показано на рис.2 в сигнале тока еще есть короткие иголки, до 100А/2мкс, но в сбор данных они не попадают (не должны).

Детальный анализ показал выход из строя четырех входных ОУ отмеченных рамкой. Сгорели они не полностью (без дыма), с искажением формы и большим шумом. (Рис.3 - сигнал на выв.1 DA1. если когда на входе меандр с генератора).

Остальные три ОУ имеют те же симптомы. Диодами вроде все обвязал, диоды целые.

Буду благодарен за советы по причине и профилактике.

[Точка Опоры 32]

Имеются ли конденсаторы на линиях ± Va?

[HardEgor 70]

2 часа назад, Alex-lab сказал:

Буду благодарен за советы по причине и профилактике.

Плату надо видеть, как разведен этот узел, как далеко  эти шунты стоят и т.д.

У вас не указано напряжение VD25-VD27, предполагаю что их забыли развести)

 

[Alex-lab 6]

1 hour ago, Точка Опоры said:

Имеются ли конденсаторы на линиях ± Va?

В наличии, у каждого корпуса.

1 hour ago, HardEgor said:

Плату надо видеть, как разведен этот узел, как далеко  эти шунты стоят и т.д.

У вас не указано напряжение VD25-VD27, предполагаю что их забыли развести)

Плату прилагаю (АЦП внизу). Диоды разведены на шины питания усилителей. В плате добавил диоды на вход с делителя напряжения (по факту их еще нет).

Усилители допускают питание до +/-18В, то есть перенапряжение по питанию мало вероятно.

[byRAM 24]

А диоды проверили, в каком они состоянии?

Выпаивали их и к ИП подключали, характеристики проверяли?

Изменено 2 августа, 2023 пользователем byRAM

[Plain 181]

Схема и разводка — нет слов.

VD25 и R78..R80 выкинуть, сигналы I_50A, I_25A и TRIG_10V получить из уже имеющихся, между R77 и R84 вставить фильтр из 100 нФ и воздушной однослойной индуктивности, либо объёмного резистора 1 Вт, разведённый в нуле миллиметров от R77, так же там же и VD31 и VD32, и на объёмный же резистор 1 Вт заменить R81 и R105.

[EdgeAligned 73]

Из-за того, что земля питания ОУ и земля высоковольтного сигнала не объединены (или как-то не так объединены), получился заброс выше допустимых значений.

Ток вполне можно измерять с помощью трансформатора тока, это безопасно электрически, ибо изолировано. Напряжения тоже можно через трансформатор напряжений, ради изоляции.

Изменено 2 августа, 2023 пользователем EdgeAligned

[Alex-lab 6]

10 hours ago, byRAM said:

А диоды проверили, в каком они состоянии?

Выпаивали их и к ИП подключали, характеристики проверяли?

Проверял, выпаивал. Живые. Даже вах не поленился снять +/-10В. Обрывов точно нет.

7 hours ago, Plain said:

VD25 и R78..R80 выкинуть, сигналы I_50A, I_25A и TRIG_10V получить из уже имеющихся

У меня так не получается. Если делать более высокий Кус, то начинает появляться погрешность выше допустимого предела. Нужно не более 0,1% (rms шума и смещение) от предела измерения и так оно "работало" до включения. т.е. 25мА на 25А. А при таком токе, на шунте 1мОм будет всего 25 мкВ, что уже на грани входного напряжения смещения усилителя. Не красиво, получается на более чувствительных пределах большая ошибка, а нужно наоборот.

7 hours ago, Plain said:

между R77 и R84 вставить фильтр из 100 нФ и воздушной однослойной индуктивности, либо объёмного резистора 1 Вт, разведённый в нуле миллиметров от R77, так же там же и VD31 и VD32,

Вы имеете ввиду LC фильтр? Его вход припаять прямо к шунту? А диоды поставить перед фильтром?

Под объемными резисторами вы имеете ввиду пленочные? или прям проволочные?

 

7 hours ago, EdgeAligned said:

Из-за того, что земля питания ОУ и земля высоковольтного сигнала не объединены (или как-то не так объединены)

Видимо это близко к истине, получается что основной токовый канал с шунтами идет параллельно целому набору проводников (земли и питания), и просто наводит туда помеху.

7 hours ago, EdgeAligned said:

Ток вполне можно измерять с помощью трансформатора тока, это безопасно электрически, ибо изолировано

Изолировано мне не надо, изолирую я по цифровой части. А с ТТ пропадает постоянная составляющая. Сигналы могут быть любые: биполярные, однополярные, просто DC разных полярностей.

Сейчас мы используем тектрониксы (TCP303) за $10к, задача попробовать уйти от этого, т.к. они явно избыточны. Пробовал дешевые датчики с али ($40) - работают не плохо, но полоса 25кГц. Было бы хотя бы 100 кГц можно было бы подумать.

[EdgeAligned 73]

Вот эти точки (обведено желтым) относятся к измеряемой высоковольтной части, и потенциал желтых точек может не совпадать с потенциалом точки, обведенной красным, а следовательно, допустимый перепад напряжения между желтой точкой и питанием (обведено зеленым) может быть превышен многократно.

Когда не используете изоляцию от измеряемой сети, вы должны запитывать измерительные микросхемы от этой же самой измеряемой сети, дабы не было расхождения потенциалов, которое может случиться даже если измеряемая и питающая сеть имеют где-то вовне связь по нулевому проводнику.

Защитные диоды нужно заводить не на точку, помеченную желтым, а на точку, помеченную красным, поскольку важно обеспечить напряжения на входах DA1, DA2 не выше, чем прописано в их доках, причем относительно именно питания микросхем.

[EdgeAligned 73]

Там не помеха наводится, а разные потенциалы питания микросхем и источника измерения, из-за чего через внутренние связи будут происходить дикие расколбасы синфазных напряжений на входах ОУ, превышающие допустимые пределы. 
Запитайте измерительную часть от той же сети, что и измеряемая. Либо используйте измерительные трансформаторы или датчики холла. Так, по одному из этих вариантов поступают все здравомыслящие.

Как говорится, не всё, что просимулировано, будет исправно работать 😄 особенно это касается аналоговой части

Изменено 2 августа, 2023 пользователем EdgeAligned

[Alex-lab 6]

15 minutes ago, EdgeAligned said:

потенциал желтых точек может не совпадать с потенциалом точки, обведенной красным

Насколько я понимаю, такое может произойти если импеданс этого участка земляного полигона имеет высокий импеданс, и по нему течет значимый ток, например, наведенный из параллельного.

То есть, на высокой частоте, где индуктивное сопротивление резко возрастает. Вот смотрю я на схему и понимаю, что по факту у меня там короткозамкнутый виток в земляном полигоне. Так?

6 minutes ago, EdgeAligned said:

Запитайте измерительную часть от той же сети, что и измеряемая.

Это не сеть, это с генератора плазмы на установке. Два DC источника подключаются к нагрузке через мост.

[HardEgor 70]

2 часа назад, Alex-lab сказал:

Насколько я понимаю, такое может произойти если импеданс этого участка земляного полигона имеет высокий импеданс, и по нему течет значимый ток, например, наведенный из параллельного.

Для очень короткого импульса все ваши дорожки и полигоны это большая индуктивность.

Я бы во-первых разделил ОУ на пары, т.е. один корпус - 1 канал, тогда хотя-бы направление понятно было, но у вас все ОУ померли - значит где-то на самом входе схемы прилетает.

В идеале  - ОУ  должен стоять под шунтом.

Во-вторых шунты какие-то огромные, через них большой непрерывный ток течет?

Какая частота сигнала ожидается? Какие фронты допустимы? Надо ограничивать частотку всей системы,   как минимум поставить конденсаторы параллельно шунтам. Ну про RC-цепи везде вам написали.

И плату сделайте двухсторонней, тогда всё проще будет.

Сигнал TRIG у вас по загадочной траектории идёт)

Видите клеммы параллельно шунту, как вы думаете для чего?

https://ru.wikipedia.org/wiki/Четырёхконтактная_схема

[Alex-lab 6]

6 hours ago, EdgeAligned said:

не на точку, помеченную желтым, а на точку, помеченную красным, поскольку важно обеспечить напряжения на входах DA1, DA2 не выше, чем прописано в их доках

Да, спасибо, теперь понял о чем вы, это явно нарушено в разводке. Диоды подключены к отдельным линиям питания. Доку зачитал до дыр.

3 hours ago, HardEgor said:

В идеале  - ОУ  должен стоять под шунтом.

Разве в этом случае ОУ не будет максимально подвержен помехам от импульсного тока? Я подумал наоборот, под шунтами все залить землей, а отводы сделать выводными резисторами поверх, что бы все наводимые токи замыкались в этом слое. Может даже сверху какую-то коробочку медную (железную) припаять.

3 hours ago, HardEgor said:

Во-вторых шунты какие-то огромные, через них большой непрерывный ток течет?

"Огромные" - Вы имеете ввиду, что путь тока по плате слишком длинный? Номинальный (максимальный рабочий) ток 25А rms. С запасом на случай КЗ или других непредвиденных ситуаций.

3 hours ago, HardEgor said:

Какая частота сигнала ожидается? Какие фронты допустимы? Надо ограничивать частоту всей системы

Аналоговая полоса нужна не менее 250кГц (-3дб). Сигналы разной формы, первая гармоника до 10кГц (типично 1-2кГц).

3 hours ago, HardEgor said:

И плату сделайте двухсторонней, тогда всё проще будет.

Да, вы правы, я уже задумываюсь о 4х слоях.

3 hours ago, HardEgor said:

Видите клеммы параллельно шунту, как вы думаете для чего?

Ну это кельвинпроб, он для точности. С точностью как раз проблем не было, всё было как надо)

[HardEgor 70]

7 часов назад, Alex-lab сказал:

А при таком токе, на шунте 1мОм будет всего 25 мкВ, что уже на грани входного напряжения смещения усилителя.

Ваша фраза. А у выводов резистора и дорожек платы есть сопротивление и ТКС сильно зависящий от температуры, которое может дать существенное смещение напряжения шунта. Для этого напряжение выводят по схеме Кельвина.

 

23 минуты назад, Alex-lab сказал:

Да, вы правы, я уже задумываюсь о 4х слоях.

Зачем? 2 слоя за глаза. Надо просто подумать над платой как всё разместить. И компоненты можно ставить с 2x сторон.

У вас все компоненты слишком свободно стоят и на таких длинных трассах все помехи на себя собирают.

 

54 минуты назад, Alex-lab сказал:

Разве в этом случае ОУ не будет максимально подвержен помехам от импульсного тока?

Откуда? Там же всего 25мкв падает на таком длинном резисторе)

 

59 минут назад, Alex-lab сказал:

Аналоговая полоса нужна не менее 250кГц (-3дб). Сигналы разной формы, первая гармоника до 10кГц (типично 1-2кГц).

Значит надо рубить все фронты до оптимальных.

На всех ОУ ставить конденсаторы параллельно с резисторами обратной связи.

И моделировать и моделировать...

1 час назад, Alex-lab сказал:

Номинальный (максимальный рабочий) ток 25А rms. С запасом на случай КЗ или других непредвиденных ситуаций.

Значит надо просто защиту в схему добавить. А не решать проблему резисторами побольше)

[Alex-lab 6]

14 minutes ago, HardEgor said:

Откуда? Там же всего 25мкв падает на таком длинном резисторе)

25 мкв, это при 25мА тока, т.е. нижнем пределе. А в норме там на фронте до 100А и более (кратковременно). Я предполагал влияние магнитной компоненты, а не электрической. Две параллельные дорожки работающие как трансформатор, разве нет?

14 minutes ago, HardEgor said:

у выводов резистора и дорожек платы есть сопротивление и ТКС сильно зависящий от температуры, которое может дать существенное смещение напряжения шунта

Тут я не спорю, 4 провода явно лучше для измерений.

14 minutes ago, HardEgor said:

Надо просто подумать над платой как всё разместить. И компоненты можно ставить с 2x сторон.

Да, конденсаторы по питанию и диоды защитные может быть действительно удобней снизу сделать. Или вы прямо про сигнальные цепи? Я считал что под ними хорошо иметь как можно больше земли. не прав?