Masy i uziemienia w nowym urządzeniu zasilanym z transformatora kilka wątpliwości

Wed Nov 08, 2017 8:53 am   

Zagadnienie stare jak świat, jednak wolę upewnić się czy moje
rozumowanie jest poprawne.
Jest sobie (a raczej będzie, bo dopiero powstaje) urządzenie zasilane z
sieci, przez transformator. Urządzenie zostanie zamontowane w metalowej
obudowie, połączonej ze środkowym bolcem gniazdka elektrycznego.

Urządzenie będzie wyposażone w interfejs USB do połączenia z komputerem
(używany raczej sporadycznie) oraz moduł GSM (aktywny cały czas,
transmisje od czasu do czasu). Zewnętrzna antena GSM będzie wyprowadzona
na zewnątrz i przykręcona do obudowy.
Elektronika typowo cyfrowa - brak jakichś wrażliwych elementów analogowych.

I teraz kilka pytań:
1) Czy masa układu elektronicznego powinna mieć galwaniczne połączenie z
obudową (która z kolei będzie połączona z bolcem zerującym w gniazdku)?
Wydawało mi się, że nie i usunąłem miedź w miejscach, gdzie będą się
znajdowały kołki montażowe. Z drugiej strony skoro antena będzie
przykręcona do obudowy, to połączenie elektryczne i tak wystąpi - przez
ekran kabla antenowego i masę modułu GSM? No chyba, że w takiej sytuacji
wskazane jest odizolowanie anteny od obudowy w miejscy jej przykręcenia?
2) Ekran gniazdka USB powinienem połączyć z masa układu czy obudową?
Łączyć bezpośrednio czy przez dławik/rezystor/kondensator? A może nie
łączyć wcale, zostawiając ekran "wiszący w powietrzu"?

Wed Nov 08, 2017 10:30 am   

On Wed, 8 Nov 2017 08:53:02 +0100, Atlantis <marekw1986NOSPAM@wp.pl>
wrote:

Znajomy krótkofalowiec-konstruktor zawsze mi powtarza, że masa układu
powinna być połączona z masą obudowy tylko w jednym miejscu, przy
złączu/gnieździe anteny.

--
Marek

Wed Nov 08, 2017 12:54 pm   

W dniu 2017-11-08 o 08:53, Atlantis pisze:

Nigdy nie robiłem nic z GSM. Przypuszczam, że antena korzysta z
metalowej obudowy do której jest przykręcana jak z przeciwwagi więc nie
powinna być od niej odizolowana.

Ekrany kabla należy traktować tak, jakby były częścią (wydłużeniem)
metalowej obudowy - czyli należy łączyć z obudową.

Pozostaje kwestia czy łączyć GND płytki w innych miejscach z obudową.
Przypuszczam, że są tu dwie szkoły i niestety potrafię znaleźć argumenty
zarówno za jednym jak i drugim rozwiązaniem i bądź tu mądry .
Ale sądzę, że koncepcja łączenia będzie miała w założeniu bardzo solidne
połączenie - czyli tak, aby można było rozumieć, że obudowa jest jakby
ciągłym wydłużeniem masy we wszystkie strony. Co to znaczy ciągłe to
zależy od częstotliwości z którymi płytka ma do czynienia, a tu są one
duże (czyli jakieś przewodzące, sprężynujące grzebienie między obudową a
brzegami płytki).
Przypuszczam, że nie zrobisz takiego połączenia więc można przyjąć drugą
szkołę. Tylko, że jak połączenie ma być tylko w jednym punkcie to warto
się zastanowić, czy gdzieś indziej nie robimy niechcący drugiego/
trzeciego połączenia (dla w.cz) np. przez pojemności w zasilaczu. Według
mnie wtedy należy w te połączenia wstawić jakieś dławiki (przy tych
częstotliwościach będą to koraliki ferrytowe, a nie uzwojenie na
rdzeniu). Ale jakby te dodatkowe połączenia zostały to nie umiem
powiedzieć na ile mogłyby i w czym przeszkadzać.

Na koniec jeszcze raz - nigdy nic z GSM nie robiłem więc to tylko
przemyślenia.
P.G.

Wed Nov 08, 2017 5:25 pm   

W dniu 2017-11-08 o 08:53, Atlantis pisze:

Może sobie być w metalowej obudowie, ale niech obwody nn będą w klasie
II, wówczas nie będzie trzeba ich uziemiać.

Wed Nov 08, 2017 6:43 pm   

W dniu 08.11.2017 o 08:53, Atlantis pisze:

1) Pewnie masa układu połączona z masą anteny.
2) Jeśli będziesz się łączył z laptopem (zwłaszcza nie podłączonym do
sieci zasilającej) to pewnie nie ma znaczenia. Jeśli miałby być
podłączany komputer stacjonarny to będzie ci się robić pętla masy przez
masę USB, obudowę PC, przewód zerujący i obudowę urządzenia. Ja w swoich
urządzeniach daję układ FTDI i izolator ISO7221 między nim a prockiem
urządzenia. Ekran gniazdka USB podłączony jest do masy układu FTDI,
który jest zasilany z przetworniczki DC/DC.


--
pozdrawiam
MD

Wed Nov 08, 2017 8:24 pm   

W dniu 08.11.2017 o 18:43, Mario pisze:


A czemu nie zasilasz FTDI z USB?

Wed Nov 08, 2017 11:34 pm   

W dniu 08.11.2017 o 20:24, Zbych pisze:

Aż zajrzałem do schematu. Oczywiście, że zasilam z USB.


--
pozdrawiam
MD

Thu Nov 09, 2017 8:49 am   

On 08.11.2017 18:43, Mario wrote:


Niestety muszę brać pod uwagę możliwość, że za x lat, gdy mnie nie
będzie w pobliżu, ktoś wpadnie na pomysł podłączenia tego do
stacjonarnego komputera.
W tym wypadku stosowanie FTDI niestety odpada - potrzebuję standardowego
interfejsu USB, na którym dałoby się odpalić nie tylko interfejs
szeregowy, ale także MSD i ewentualnie HID. Wiem, że niby można kupić
układy do izolacji USB, ale chyba nie są one zbyt tanie i powszechne,
poza tym stosowanie takiego rozwiązania wiązałoby się ze skomplikowaniem
projektu PCB.

Czy wystąpienie pętli masy w tym przypadku jest poważnym problemem? Jak
to jest rozwiązywane w fabrycznych urządzeniach? Przecież takie drukarki
też są podłączane do sieci kablem z trzema żyłami i bardzo często
pracują przy komputerach stacjonarnych.

Thu Nov 09, 2017 11:57 am   

W dniu 09.11.2017 o 08:49, Atlantis pisze:

Jak to rozwiązywane jest w urządzeniach fabrycznych? Czasami kiepsko. Np
miałem problemy ze sterownikami Schneidera gdy byłem podłączony do PLC
laptopem przez USB i np załączał się falownik. Wieszała się komunikacja
tak że aby ją zainicjować trzeba było wyłączać całkiem sterownik.
Problem występował gdy laptop był podłączony do 230, ale gdy ma się
słabą baterię to trudno pracować bez zasilania :)


--
pozdrawiam
MD

Thu Nov 09, 2017 1:44 pm   

W dniu 2017-11-09 o 08:49, Atlantis pisze:

Kabel z 3 żyłami oznacza tylko tyle, że dla bezpieczeństwa użytkownika
obudowa jest uziemiona, a izolacja między siecią AC a elektroniką nie
musi być super dobra, wystarczy, że jest dobra.
Elektronika nie musi być połączona z obudową - pętli masy nie musi być.
Chociaż, jak drukarka USB to zapewne ekran kabla USB połączony z obudową
i pętla jest.

Drukarka (USB) bywa zazwyczaj podłączona do tego samego gniazdka
(przedłużacza) co komputer i taka pętla masy jest ogólnie mało groźna.

Najgorzej jak są ze sobą połączone jakimś nie izolowanym łączem
komunikacyjnym dwa urządzenia, z których każde jest uziemione w innym
miejscu. Czytałem, że gdy w pobliżu budynku uderzy piorun to między
różnymi punktami uziemienia w budynku może wystąpić nawet coś koło
30..50V chwilowej różnicy potencjałów i to o (z punktu widzenia
elektroniki) nieograniczonej wydajności prądowej.
P.G.

Thu Nov 09, 2017 2:32 pm   

On 09.11.2017 11:57, Mario wrote:



Może się to wiązać z jakimiś poważniejszymi problemami (w rodzaju
upalenia interfejsu po którejś ze stron) czy w najgorszym razie pojawią
się problemy z komunikacją? Chyba ważne w tym kontekście jest to, że
urządzenie będzie też posiadało układ optotriak-triak do sterowania
niewielkim silnikiem elektrycznym (z układem wykrywania zera).

Tak swoją drogą jeśli chodzi o jakość projektów fabrycznych urządzeń, to
ja osobiście mocno zdziwiłem się jakiś czas temu. Po burzy padła
poczciwa drukarka laserowa od HP. Komputer nie widział jej na USB,
jednak sam mechanizm drukujący działał, więc liczyłem na to, że może
uszkodzone zostały tylko transile na liniach USB.
Wymontowałem więc płytkę sterownika celem wylutowania drabinki i
naprawde się zdziwiłem. Jednostronna płytka, na środku mikrokontroler w
obudowie TQFP. Po drugiej stronie całe mnóstwo mostków, w tym także
puszczających masę i zasilanie. A ja się przejmowałem projektami swoich
płytek... ;)

Tak BTW, ekran gniazdka USB powinienem jednak łączyć z obudową (prze co
najmniej jeden otwór montażowy) czy jednak zostawić ją wisząca w powietrzu?

Thu Nov 09, 2017 10:59 pm   

W dniu 2017-11-09 o 13:44, Piotr Gałka pisze:

tak etapami. I gdy już byłem bliski końca to okazało się, że ścianowe
gniazdo miało bolec uziomu wiszący w powietrzu (kolejny raz w tym
lokalu. Ale jakoś nie zmądrzałem ;(
I stało się to powodem bardziej krytycznego spojrzenia na tą całą
plątaninę kabli: większość urządzeń jest oparta na zasilaczach z
dwużyłowym doprowadzeniem, czego... nie rozumiem. Jedynie komp miał
uziemienie (iluzoryczne), w efekcie czego taki monitor miał na swej
powierzchni właściwości silnie "mrowiące".

Rozebrałem gniazdko, i z 2 chodzących tam żył zrobiłem (z "właściwej")
coś na kształt uziemienia. Mrowienie zanikło, wszak połączenia były
kablem zawierającym masę, a ta *gdzieś* była przecież uziemiona.

Tak, czy owa, to brak trzeciej żyły, i uziemień w częściach
około-komputeroych nieco mnie zaskakuje.

Fri Nov 10, 2017 8:33 am   

Jeszcze jedno pytanie. Pamiętam, że kiedyś przeglądałem jakiś datasheet
dotyczący kwestii prowadzenia masy - wtedy interesowała mnie głównie
kwestia projektowania masy analogowej (do przetwornika DAC). Dokument
zawierał też jednak informacje dotyczące ekranów gniazdek (USB< Ethernet
itp.).

Z tego co pamiętam, pojawiała się tam sugestia, by ekrany łączyć z
osobnym polem masy biegnącym wzdłuż krawędzi płytki. Ważne było jednak,
aby pole to nie było zamknięte, przypominając kształtem literę U.
Pole to zawierało otwory montażowe do połączenia z metalowa obudową.
Pojawiła się też sugestia, by główną masę połaczyć z tym polem w jakiś
specyficzny sposób. Już nie pamiętam, czy chodziło o dławik, kondensator
czy jakiś inny filtr.

Ktoś może kojarzy o jaki dokument mogło chodzić?
Stosowanie podobnego rozwiązania będzie dobrym pomysłem, jeśli chodzi o
ekrany gniazdek rozmaitych interfejsów? Bo nie jestem przekonany co do
pozostawiania ich w powietrzu, jak i łączenia bezpośrednio z główną
masą cyfrową...

Fri Nov 10, 2017 10:10 am   

W dniu 2017-11-10 o 08:33, Atlantis pisze:


To jest według mnie brak konsekwencji. Co z tego, że ścieżka nie będzie
zamknięta, jak zostanie domknięta łączoną do niej obudową.

Nie wiem jaki dokument czytałeś, ale zapewne jakby zebrać kilku
ekspertów to każdy by powiedział, że on coś by tam inaczej zrobił i
każdy miałby logiczne argumenty akurat za swoim rozwiązaniem i pozostali
nie mogliby stwierdzić na 100%, że on się myli, a jedynie, że według
nich ważniejsze jest to czy tamto i dlatego oni zrobiliby to inaczej.
P.G.

Fri Nov 10, 2017 10:24 am   

On 10.11.2017 10:10, Piotr Gałka wrote:


Ok, ale w każdym razie połączenie obudowy ekranu gniazdka USB z metalowa
obudową urządzenia chyba nie jest złym pomysłem? Albo inaczej: chyba nie
zaszkodzi? Mogę przy krawędzi płytki pociągnąć osobne pole masy, łączące
ekran gniazdka i otwory montażowe?

W przyszłych projektach mogę stosować takie samo rozwiązanie także dla
innych interfejsów, np. Ethernet?