Eliminazione di un loop di massa

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Come mostrato in Figura 1questo problema era stato già affrontato in epoca pre-internet nell’EDN del 18 gennaio 1990, ma un ulteriore esame dettagliato dell’idea è giustificato trentaquattro anni dopo.

Figura 1 Idea progettuale d’archivio “La resistenza isola i terreni” del 1990.

Allora, il controller GPIB era il Bertan 200-C488. Il prodotto analogico controllato sarebbe solitamente uno degli alimentatori ad alta tensione Bertan 205A/210. Gli alimentatori ad alta tensione della serie 210 erogano circa 200 W, non il livello di potenza più alto che si potrebbe incontrare, ma comunque abbastanza alto da produrre un po’ di calore.

Il controllore e il controllato quando stanno da soli e separati assomiglierebbero a qualcosa figura 2.

figura 2 Schema a blocchi del controller GPIB Bertan 200-C488 e dell’alimentatore ad alta tensione controllato Bertan 205A/210.

L’elemento controllato aveva una terra analogica contro la quale sarebbe stata applicata una tensione analogica di controllo e contro la quale sarebbero stati ottenuti i segnali di monitoraggio di tensione e corrente. L’oggetto controllato aveva anche alcuni rudimentali segnali di accensione/spegnimento. Il controller aveva ingressi e uscite da abbinare.

Durante lo sviluppo del prodotto, il primo tentativo di interfaccia tra i due non ha funzionato molto bene (vedi Figura 3).

Figura 3 Controller e controllato con una corrente del circuito di terra la cui intensità di corrente interferiva sia con il controllo che con il monitoraggio.

Si è scoperto che il cablaggio tra il controller e l’unità controllata trasportava un circuito di corrente la cui intensità di corrente intralciava sia il controllo che il monitoraggio. Solo pochi millivolt provenienti dal cielo solo sa cosa possono inviare molta corrente attraverso un circuito di pochi milliohm.

Questa era una trappola nella quale era caduta inavvertitamente durante la progettazione. (Mea culpa, ecco.) La prospettiva di una riprogettazione importante con elaborate disposizioni di isolamento era spaventosa, quindi abbiamo fatto un passo indietro per esaminare la situazione e trovare un rimedio più semplice.

Con il controller ancora in fase di sviluppo, ci si rese conto che le masse digitali e analogiche dovevano essere collegate insieme, ma aggiungendo una resistenza da 1 Ω tra le due come in Figura 4 non avrebbe alcun effetto distruttivo.

Figura 4 Controller modificato e controllato con le masse digitali e analogiche del controller legate insieme con una resistenza da 1 Ω tra i due.

Con quel resistore in posizione, la situazione del loop di terra era molto migliorata (Figura 5), il che significa che il flusso di corrente nel circuito di terra è stato ridotto al di sotto del livello minimo, inducendo eventuali effetti di disturbo. La corrente stessa non è andata a zero, ma è scesa a un livello molto più basso e non distruttivo.

Figura 5 Controller e controllato con una corrente di anello di terra ridotta.

La connessione cablata tra la terra digitale e quella analogica situata sull’elemento controllato non rappresentava alcun problema per il controller, ma con l’entità del flusso di corrente del circuito di terra ridotta molto, molto più in basso, quella corrente non influenzava più nulla in modo percettibile.

Inoltre, se il controller dovesse essere disconnesso, il controller sarebbe ancora stabile con la sua disposizione di messa a terra rivista. Non si è verificata alcuna perdita di stabilità operativa indipendentemente dal fatto che fosse collegato o meno alle altre apparecchiature.

John Dunn è un consulente elettronico e si è laureato al Polytechnic Institute di Brooklyn (BSEE) e alla New York University (MSEE).

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Il post Quelling a ground loop è apparso per la prima volta su EDN.

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