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RBIOのノイズ対策
これまでいくつか RBIO制御ソフトを制作してきたが、接続負荷に起因するノイズがこの制御に悪影響を及ぼすことは早くから認知していて、解決すべき懸案事項になっていた。

その後様々なテストと実験で有効な成果が得られたので以下に簡単にまとめる。当方制作ソフトのユーザー皆様の参考になれば。

【制御条件】
・USB接続の RBIO-2U を使用。
・RBIOはDC12V駆動、基板出力リレー(以下、1次リレー)にDC12V高容量リレー(以下、2次リレー)を接続しAC100Vを切替る。
・過電圧 サージ 対策としてRBIO取扱説明書に記載されている バリスタ を設置。

【負荷の種類と影響】
・負荷を接続せずRBIO基板だけの制御では不具合は発生しない。
・白熱灯やヒータなどの 抵抗負荷 では定格Wの値によらず制御不具合は発生しない。
誘導負荷 を接続すると製品によっては制御中のプログラムの動作が異常停止(フリーズ)し、USBケーブルを抜き直すまでリセットがかからない状況になる。
・制御方向はON/OFFを問わず発生するが、常に発生する訳ではない。起点以外(連続駆動時)でも発生している可能性有り。
・特にモーター駆動を伴う家電を負荷としたときに起こる傾向が強い。ただし定格Wによる傾向は見られない。当方の調べた中では海外製の激安扇風機(46W)がもっとも頻発し、この負荷を以降の主な実験対象とした。

【異常箇所の特定】
・制御プログラム上で通信リトライやポート開放によるリセットを試みても不具合が回避できないことや、無負荷での制御に不具合が発生しないことからプログラムの問題ではない。
・異常発生時、RBIO基板のLEDは赤(エラー)ではなく緑(正常)。基板のリセットPBを押しても復帰できないが、USBケーブルの抜き差しすると復帰できる。これらのことからRBIO自体ではなく、USB(通信)に異常をきたしていると考えられる。

【原因と対策】
オシロスコープ でリレー開閉サージを測定したが、既にバリスタが接続されていることもあってとんでもなく大きな過電圧は見られない。また開閉サージの大きさはタイミング等により毎回異なるけれども、その大きさと制御不具合の発生に規則性は見られなかった。ただサージ等の電圧変動はできるだけ小さくしておくことが肝心だと考え、100V接点のバリスタをバリスタ電圧220V→150Vに変更。
・1次リレーと2次リレー間を フォトカプラトランジスタ で電気的に分離させたところ、制御不具合の発生する回数は大幅に減った。ただし何度かに1回は依然発生する。いろいろ調べてみるとフォトカプラも完全なノイズ非伝達というわけではないらしい。このあたりになると当方のオシロスコープごときでは原因波形の特定は難しくなってくる。見えない敵はなかなか厄介だ。
・その後さまざまなノイズ対策資料を読み漁り、いろいろな種類・大きさの部品をつけてははずしで効果をはかる実験を繰り返した結果、フォトカプラ出口部にノイズ吸収を見込んだ パスコン(電解数十μF及びセラ数十pF)を設けることで遂に制御不具合の完全回避に至った。特に容量の小さな セラミックコンデンサ(物も微小!)が絶大な効果を発揮するのには当方も驚いたが、これにより敵の実像が浮かび上がってきた。

【結論】
・RBIO-2Uで誘導負荷を制御する場合にはサージ対策に加え、高周波ノイズ対策が必須。これを怠るとUSBが制御不能(フリーズ)になる場合がある。
・本当は負荷となる家電側できちんとノイズ対策されていて然りだと思うが、昨今のものづくりの現実を見せられているようで、なんともやるせない。

タグ : RBIO 誘導負荷 ノイズ サージ バリスタ フォトカプラ トランジスタ パスコン オシロスコープ

2008-11-03 19:35 RBIO
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