Benötigen Sie Hilfe bei der Beseitigung von LED-Geräuschen

Ich bin sehr neu in der Elektronik, auf electronics.SE.com und dies ist mein erstes Projekt. Bitte nehmen Sie Kontakt mit mir auf, wenn meine Frage wichtige Informationen enthält (in diesem Fall hinterlassen Sie einfach einen Kommentar und ich werde versuchen, die fehlenden hinzuzufügen Bits).

Ich habe ein Gerät gebaut, das ungefähr 500 LEDs über 106 verschiedene Kanäle steuert. Im Wesentlichen ist das Design:

• 1 geschaltetes 24V 3A Netzteil
• 1 Spannungsregler, der 5V ausgibt
• 1 Steuerkarte mit einem AVR ATmega168 (an den Spannungsregler angeschlossen)
• 106 LED-Strings (an die 24-V-Stromschiene angeschlossen)
• 7 TLC5940 (je 16 Kanäle) versenken Treiber für die LED-Strings (diese versenken die verbleibenden 24 V von den LEDs, aber ihre Logik wird vom 5 V-Regler gespeist).

Alles funktioniert, aber ich habe große Probleme mit dem Rauschen, das manchmal ein unerwartetes Zurücksetzen meines Geräts auslöst .

Dank eines Freundes mit DSO konnte ich die Angelegenheit untersuchen und dies sind meine Erkenntnisse ...

Das Rauschen ist auf der 5-V-Stromschiene und es ist ziemlich groß, der Gesamtausschlag beträgt 2,55 V. Die SPI-Kanäle sind alle relativ unberührt:

Das Rauschen scheint von den LEDs erzeugt zu werden , nicht von den SPI-Übertragungsdaten (es gibt keine offensichtliche Korrelation zwischen einem der SPI-Kanäle und dem Rauschen). In diesem Video (leider konnte hier kein Weg gefunden werden, es einzubetten) können Sie sehen, dass die Anzahl der eingeschalteten LEDs die Amplitude des Rauschens beeinflusst, während deren Intensität (gesteuert über PWM) die Länge des Rauschens beeinflusst. " platzen "[mehr Details zur Videobeschreibung auf youtube].

Die Frequenz des Rauschens beträgt ~ 8 MHz. Dies ist eine Frequenz, die ich (zumindest nicht ausdrücklich) nicht verwende, da meine Controller-Karte mit 16 MHz und mein SPI mit 250 kHz betrieben wird.

Während meiner Experimente stellte ich fest, dass der DSO das Rauschen selbst dann aufnahm, wenn nur der Erdungsanschluss der Sonde angeschlossen war. Ich interpretiere dies als ein Zeichen dafür, dass das Rauschen nicht auf eine Instabilität der 5-V-Einspeisung zurückzuführen ist, sondern auf ein oszillierendes Potential des Bodenniveaus . Habe ich recht?

Als Neuling in der Elektronik und ohne formale Kenntnisse in diesem Bereich habe ich eine Reihe von Lösungen "aus dem Internet" ausprobiert, ohne dass dies in meinem Szenario 100% ig Sinn machte. Unter anderem habe ich versucht:

• Um ein Tiefpassfilter mit einem 1-kOhm-Widerstand und einem 100-nF-Kondensator zu bauen, platzieren Sie es auf der 5-V-Stromschiene. Die Amplitude des Rauschens änderte sich jedoch nicht wesentlich.
• Entkopplung der 5V-Schiene mit verschiedenen Kondensatoren, einschließlich einiger Tantal-Kondensatoren [verschiedene Nennwerte] (kein sichtbarer Effekt)
• die Erdleitung zu entkoppeln (machte die DSO Bananen gehen)
• um die LEDs, die TLC-Platine und das DSO mit verschiedenen Teilen meiner Schaltung zu erden, einschließlich so weit wie möglich "zurück" (dh sie mit separaten Drähten an den Erdungsanschluss des 24-V-Netzteils anschließen, um Erdschleifen zu vermeiden) ... aber auch in diesem fall hatte ich kein glück.

Es ist gut möglich, dass ich das oben Genannte falsch gemacht habe (dh, dass die Lösung eine der oben Genannten ist, aber dass ich sie falsch implementiert habe). Wenn Sie der Meinung sind, dass die Lösung eine der oben Genannten ist, zögern Sie nicht, dies zu sagen es, vielleicht geben Sie mir eine Anleitung, wie man es "richtig" umsetzt.

Letzte Anmerkung: Aufgrund der physischen Größe meines Projekts führte ich alle Tests nur mit einer meiner TLC-Platinen durch, die ich vorsichtig aus dem Rig herausgenommen und einige einzelne Test-LEDs verwendet habe, die von einer 5-V-Quelle gespeist werden. Weniger genaue Tests an der kompletten Anlage zeigen jedoch, dass das Verhalten in der "Realität" mit den Testwerten übereinstimmt.

Vielen Dank im Voraus für Ihre Zeit und Unterstützung!

$\mu$$\mu$

Verwenden Sie beim TLC5940 wirklich ein 24-V-Netzteil, wenn auf der ersten Seite des TLC5940-Datenblattes eindeutig angegeben ist, dass die absolute maximale Spannung an den Ausgangspins bei +18 V liegt?

2,55 Vpp Rauschen auf Ihrer 5 V Stromschiene? Das ist so schlimm, dass ich den Verdacht hege, dass es vielleicht nicht real ist - vielleicht ist Ihre 5-V-Stromschiene in Ordnung, aber etwas erzeugt Magnetfelder, die so stark sind, dass der Draht von Ihrer Zielfernrohrsonde zu Ihrem Zielfernrohr wie eine Antenne wirkt. nimmt 2,55 Vpp Rauschen auf.

Wenn ich du wäre, wären meine nächsten Schritte:

1. Verwenden Sie ein Netzteil, das kleiner als das auf Seite 3 des TLC5940-Datenblattes angegebene "17 V MAX Vo" ist - 12 VDC- und 15 VDC-Netzteile sind weit verbreitet.
2. Versuchen Sie, das magnetische Rauschen zu reduzieren, indem Sie die Drähte neu anordnen
3. Fügen Sie dem 5-V-Regler mehr Filter hinzu
4. Lesen Sie die Tipps zur Geräuschvermeidung sorgfältig durch und wenden Sie sie an .

magnetisches Rauschen

Ihre Hochstromschleife verläuft von der +12 VDC-Stromversorgung zu einem Ende der LED-Ketten über die LED-Kette zu den TLC-Eingangsstiften, aus den TLC-Erdungsstiften zurück zum GND-Anschluss des Netzteils und Ziehen Sie den +12 VDC-Stecker erneut heraus. Das von dieser Schleife erzeugte Magnetfeld ist der Bereich dieser Schleife (den Sie steuern können, indem Sie die Drähte anders anordnen), multipliziert mit dem Strom dieser Schleife (über den Sie wenig Kontrolle haben).

Versuchen Sie, die Fläche dieser Schleife zu minimieren. Betrachten Sie diese Schleife in zwei Teile zu brechen:

Die Niederfrequenzschleife: Ein Leiterpaar in einem Kabel, das von der Stromversorgung zu einem großen Kondensator in der Nähe des TLC-Chips führt und diesen Kondensator mehr oder weniger direkt mit den Anschlüssen +12 VDC und GND an der Stromversorgung verbindet. Die Masse des DC-Chips ist ebenfalls mit einem Ende dieses Kondensators verbunden. (Vielleicht eine große 470-uF-Kappe parallel zu einer 10-uF-Keramikkappe).

Die Hochfrequenzschleife: ein verdrilltes Leiterpaar in einem Kabel, das vom DC-Chip zur LED-Kette verläuft. Verbinden Sie den TLC-Chip-Ausgang mit einem kleinen Widerstand (vielleicht 10 Ohm?) Und verbinden Sie das andere Ende dieses Widerstands mit einem Leiter des Twisted Pair. Verbinden Sie den anderen Leiter des Paares mit der +12 VDC-Seite des großen Kondensators in der Nähe des DC-Chips.

Wie der Chirurg von Rocket Surgeon betonte, könnte ein Tiefpassfilter helfen:

• RC-Tiefpassfilter: Ein sehr kleiner Kondensator von der Kabelseite dieses kleinen Widerstands zu GND könnte helfen, aber ein zu großer Kondensator dort wird die PWM-Modulation durcheinander bringen
• Ferrit-Tiefpassfilter: Möglicherweise hilft eine Ferritdrossel um das gesamte Kabel oder zwei Ferritperlen, eine um jeden Leiter des verdrillten Doppels oder beides.

Da es den Anschein hat, dass der DC nicht an +12 VDC angeschlossen werden muss, ist es allzu einfach, Dinge so zu verdrahten, dass die schlechteste Schleife entsteht: Ein diskreter "+12 VDC-Draht" von der 12 VDC-Stromversorgung oben in der LED-Kette, mit genügend Platz, damit ein Mann zwischen diesem Draht und dem Rückweg (dem Rückweg durch die LED-Kette, dann vom unteren Ende der LED-Kette zum TLC und dann vom Boden des TLC) stehen kann Pin zurück an das Netzteil), mit über einem Quadratmeter Loop-Fläche, die viel magnetisches Rauschen erzeugt.

(Vielleicht würde ein Diagramm hier dies klarer machen ...)

Filterung des Reglers

Ist das Netzteil wirklich in der Lage, so viel Strom aufzunehmen? Können möglicherweise die langen Kabel zwischen dem Netzteil und dem Rest des Systems die schnellen Stoßimpulse nicht unterstützen?

Liegen möglicherweise große Spannungsschwankungen in der +12 VDC-Leitung vor, die möglicherweise durch den 5V-Regler gekoppelt sind, weil das CMRR nicht ausreicht, oder sogar, wenn die +12 VDC-Leitung so weit nach unten gezogen wird, dass der 5V-Regler tief genug ausfällt, um Ihre anderen Geräte zurückzusetzen ?

Ich würde zuerst einen kurzen Test machen: Treiben Sie Ihren + 5V-Regler über ein zweites Netzteil (z. B. ein + 10V-Netzteil) an, das vollständig unabhängig von dem + 12V-Netzteil ist, das Ihre LEDs antreibt, mit Ausnahme der Masse, die die Netzteile verbindet .

Wenn ein zweites Netzteil das Problem zu beheben scheint, kann das System möglicherweise durch eine stärkere Filterung des Reglers von einem einzigen Netzteil gespeist werden. Möglicherweise müssen Sie nur einen kleinen Widerstand und eine Diode im Bereich von +12 VDC zum Vin-Pin des Reglers hinzufügen . Fügen Sie möglicherweise auch mehr oder größere Kondensatoren vom Vin-Pin des Reglers zu GND hinzu.

Beste Entkopplungskappen

Wenn Sie genau wissen, wie hoch die Rauschfrequenzen sind, sind die besten zu unterdrückenden Entkopplungskappen die Kappen mit der niedrigsten Impedanz bei diesen Frequenzen. (Die tatsächliche Impedanz der physikalischen Kondensatoren bei diesen Frequenzen, nicht die theoretische Impedanz, berechnet mit 1 / jwC). Sie verwenden ein "Impedanz-Frequenz-Diagramm", das ungefähr so ​​aussieht:

(von Tamara Schmitz und Mike Wong. "Auswahl und Verwendung von Bypass-Kondensatoren" .)

Solche Diagramme zeigen immer, dass bei sehr niedrigen Frequenzen große Kapazitätswerte am besten sind; Bei sehr hohen Frequenzen sind physikalisch kleine Pakete am besten.

Ein reales Impedanz-Frequenz-Diagramm finden Sie auf Seite 61 des Murata Chip Monolithic Ceramic Capacitors-Katalogs .

Ihr Lärm ist nicht zufällig und scheint zu klingeln.

• Tatsächlich ist die Schaltung eine hochfrequente Impulsquelle mit starkem Anstieg / Abfall, die auf ein induktives Kabel mit der Kapazität von geschlossenen LEDs am Ende geladen wird.

• Das Kabel hat eine Induktivität im Nano- und Mikro-Bereich

• Die Kapazität beträgt ungefähr wenige pF pro LED

Daher kann der Vorschlag, zu antworten, darin bestehen, einen Tiefpassfilter zwischen PWM-Ausgang und Last hinzuzufügen.