Besoin d'aide pour éliminer le bruit généré par les LED

Je suis très nouveau dans l'électronique, dans electronics.SE.com et c'est mon tout premier projet, alors soyez indulgent si ma question manque des informations clés (dans ce cas, laissez simplement un commentaire et j'essaierai d'ajouter le manquant) morceaux).

J'ai construit un appareil qui contrôle environ 500 LED sur 106 canaux différents. La conception est essentiellement:

• 1 alimentation 24V 3A commutée
• 1 régulateur de tension qui délivre 5 V
• 1 carte de contrôle exécutant un AVR ATmega168 (connecté au régulateur de tension)
• 106 strings LED (connectés au rail d'alimentation 24V)
• 7 pilotes de dissipateur TLC5940 (16 canaux chacun) pour les chaînes de DEL (ceux-ci absorbent le reste des 24 V des DEL, mais leur logique est alimentée par le régulateur 5 V).

Tout fonctionne, mais je rencontre de gros problèmes de bruit qui déclenchent parfois une réinitialisation inattendue de mon appareil .

Grâce à un ami qui a un DSO, j'ai pu enquêter sur ce sujet et voici mes conclusions ...

Le bruit est sur le rail d'alimentation 5V et il est assez grand, le swing global étant de 2,55V. Les canaux SPI sont tous relativement peu affectés:

Le bruit semble être généré par les LED , et non par les données de transmission SPI (il n'y a pas de corrélation évidente entre aucun des canaux SPI et le bruit). Dans cette vidéo (désolé, impossible de trouver un moyen de l'intégrer ici), vous pouvez voir que le nombre de LED allumées influence l'amplitude du bruit, tandis que leur intensité (contrôlée via PWM) influence la durée du bruit " burst "[plus de détails sur la description de la vidéo sur youtube].

La fréquence du bruit est ~ 8 MHz , ce qui est une fréquence que je n'utilise pas (du moins pas explicitement), étant donné que ma carte contrôleur fonctionne à 16 MHz et mon SPI à 250 kHz.

En faisant mes expériences, j'ai réalisé que le DSO captait le bruit même lorsque seule la borne de terre de la sonde était connectée. J'interprète cela comme un signe que le bruit n'est pas dû à une instabilité de l'alimentation 5V, mais à un potentiel oscillant du niveau du sol . Ai-je raison?

Étant totalement nouveau dans l'électronique et manquant de connaissances formelles dans le domaine, j'ai essayé un certain nombre de solutions "sur Internet", certes, sans être à 100%, elles avaient tout à fait un sens dans mon scénario. Entre autres, j'ai essayé:

• pour construire un filtre passe-bas en utilisant une résistance 1Kohm et un condensateur 100nF et le placer sur le rail d'alimentation 5V, mais le bruit n'a pas beaucoup changé en amplitude.
• pour découpler le rail 5V avec une variété de condensateurs différents, y compris certains au tantale [différentes évaluations] (aucun effet visible)
• pour découpler la ligne de sol (fait passer le DSO en banane)
• pour mettre à la terre les LED, la carte TLC et le DSO à différentes parties de mes circuits, y compris aussi loin que possible (c'est-à-dire en les connectant avec des fils séparés au port de terre du bloc d'alimentation 24 V pour éviter les boucles de terre) ... mais dans ce cas aussi, je n'ai pas eu de chance.

Il se pourrait bien que j'aie mal fait ce qui précède (c'est-à-dire que la solution est l'une des précédentes, mais que je l'ai mal mise en œuvre) donc - si vous pensez que la solution est l'une des précédentes, n'hésitez pas à dire cela, peut-être en me donnant des instructions sur la façon de le mettre en œuvre "à droite".

Remarque finale: en raison de la taille physique de mon projet, j'ai effectué tous les tests en utilisant une seule de mes cartes TLC que j'ai soigneusement retirée du montage et utilisé des LED de test individuelles alimentées par une source 5V. Cependant, des tests moins précis sur l'ensemble complet montrent que le comportement dans la «vraie chose» est cohérent avec les lectures des tests.

Merci d'avance pour votre temps et votre soutien!

$\mu$$\mu$

Utilisez-vous vraiment une alimentation 24 V avec le TLC5940, lorsque la première page de la fiche technique du TLC5940 indique clairement que la tension maximale absolue sur les broches de sortie est évaluée à +18 V?

2,55 Vpp de bruit sur votre rail d'alimentation 5 V? C'est si mauvais que cela me fait penser que ce n'est peut-être pas réel - peut-être que votre rail d'alimentation 5 V est bien, mais quelque chose produit des champs magnétiques si forts que le fil de votre `` sonde de portée à votre '' portée, agissant comme une antenne, ramasse 2,55 Vpp de bruit.

Si j'étais vous, mes prochaines étapes seraient:

1. Utilisez une alimentation inférieure à la "17 V MAX Vo" mentionnée à la page 3 de la fiche technique du TLC5940 - Les alimentations 12 VDC et 15 VDC sont assez courantes.
2. essayez de réduire le bruit magnétique en réorganisant les fils
3. ajouter plus de filtrage au régulateur 5V
4. lisez attentivement et essayez d'appliquer les conseils pour éviter le bruit .

bruit magnétique

Votre boucle à courant élevé va de l'alimentation +12 VDC à une extrémité des chaînes LED, en passant par la chaîne LED, jusqu'aux broches d'entrée TLC, aux broches de mise à la terre TLC, jusqu'au connecteur GND de l'alimentation, et à nouveau sur le connecteur +12 VDC. Le champ magnétique généré par cette boucle est la zone de cette boucle (que vous pouvez contrôler en arrangeant les fils différemment) multipliée par le courant de cette boucle (sur laquelle vous avez peu de contrôle).

Essayez de minimiser la zone de cette boucle. Pensez à briser cette boucle en 2 parties:

La boucle basse fréquence: une paire de conducteurs, dans un câble allant de l'alimentation, à un gros condensateur près de la puce TLC, connectant plus ou moins directement ce condensateur aux connecteurs +12 VDC et GND sur l'alimentation. Le GND de la puce TLC est également connecté à une extrémité de ce condensateur. (peut-être un gros capuchon de 470 uF en parallèle avec un capuchon en céramique de 10 uF).

La boucle haute fréquence: une paire torsadée de conducteurs, dans un câble qui va de la puce TLC à la chaîne LED. Connectez la sortie de la puce TLC à une petite résistance (peut-être 10 Ohm?), Et connectez l'autre extrémité de cette résistance à un conducteur de la paire torsadée. Connectez l'autre conducteur de la paire du côté +12 VDC du gros condensateur près de la puce TLC.

Comme l'a souligné le chirurgien Rocket Surgeon, un filtre passe-bas pourrait aider:

• Filtre passe-bas RC: un très petit condensateur du côté câble de cette petite résistance à GND pourrait aider, mais un trop grand condensateur perturbera la modulation PWM
• filtre passe-bas en ferrite: un étranglement en ferrite autour de tout le câble, ou 2 billes de ferrite, un autour de chaque conducteur de la paire torsadée, ou les deux, pourraient aider.

Comme il peut sembler que le TLC n'a pas besoin d'être connecté à +12 VDC, il est facile de câbler les choses de manière à produire la pire boucle possible: Un "fil +12 VDC" discret à partir de l'alimentation 12 VDC au sommet de la chaîne LED, avec suffisamment d'espace pour qu'un homme puisse se tenir entre ce fil et le chemin de retour (le chemin de retour à travers la chaîne LED, puis du bas de la chaîne LED au TLC, puis à partir du sol du TLC broche à l'alimentation), avec plus d'un mètre carré de zone de boucle, produisant beaucoup de bruit magnétique.

(peut-être qu'un schéma ici rendrait cela plus clair ...)

filtrage du régulateur

L'alimentation est-elle vraiment capable de gérer autant de courant? Les longs câbles entre l'alimentation et le reste du système ne sont-ils pas capables de supporter les impulsions de surtension rapide?

Peut-être que de grandes oscillations sur la ligne +12 VDC sont peut-être couplées via le régulateur 5V en raison d'une CMRR insuffisante, ou peut-être même que la ligne +12 VDC est tirée si bas que le régulateur 5V "tombe" suffisamment bas pour réinitialiser vos autres appareils ?

Je voudrais d'abord faire un test rapide: pilotez votre régulateur + 5V à partir d'une deuxième alimentation (par exemple, une alimentation +10 V) complètement indépendante de l'alimentation +12 V qui alimente vos LED, à l'exception du GND connectant les alimentations .

Si une deuxième alimentation semble résoudre le problème, un filtrage du régulateur plus important permettrait peut-être au système de fonctionner avec une seule alimentation: il suffit peut-être d'ajouter une petite résistance et une diode sur le chemin de +12 VDC à la broche Vin du régulateur . Peut-être aussi ajouter plus ou plus de condensateurs de la broche Vin du régulateur au GND.

meilleurs bouchons de découplage

Si vous savez exactement quelles sont les fréquences de bruit, les meilleurs bouchons de découplage pour supprimer ce sont les bouchons avec l'impédance la plus faible à ces fréquences. (L' impédance réelle des condensateurs physiques à ces fréquences, pas l' impédance théorique calculée par 1 / jwC). Vous utilisez un "graphique impédance vs fréquence" qui ressemble à ceci:

(de Tamara Schmitz et Mike Wong. "Choix et utilisation des condensateurs de dérivation" .)

De tels graphiques montrent toujours qu'à de très basses fréquences, les grandes valeurs de capacité sont les meilleures; à des fréquences très élevées, les petits paquets physiques sont les meilleurs.

Un tableau réel de l'impédance en fonction de la fréquence se trouve à la page 61 du catalogue des condensateurs céramiques monolithiques à puce Murata .

Votre bruit n'est pas aléatoire et ressemble à une sonnerie.

• En effet, le circuit est une source d'impulsions à haute fréquence avec une forte montée / descente chargée sur un câble inductif avec une capacité de LED fermées à l'extrémité.

• Le câble a une inductance en nanohenry, gamme microhenry

• La capacité est d'environ quelques pF par LED

Donc, la suggestion, la réponse, peut être d'ajouter un filtre passe-bas entre la sortie PWM et la charge.