¿Es necesario separar los cables de alimentación de CC y los cables de datos?

Question

Ya he tenido antes esta discusión con mi colega. Una fuente de alimentación de CC no es alterna, por lo que el campo magnético que genera un cable de alimentación de CC es constante (¿lo es?). Ahora bien, sé que la norma es separar los cables de alimentación y los cables de datos, pero supongo que eso es cuando se trata de alimentación de CA. ¿Es la misma regla cuando se trata de una fuente de alimentación de CC regulada?

Estamos utilizando cables de par trenzado de bus CAN junto a cables de alimentación de CC regulados (12 V y GND). Entiendo que CAN es inmune al ruido, pero si tuviera un cable de datos diferente (digamos UART aka serie, o Ethernet), ¿los cables de alimentación de CC tendrían algún impacto? Si es así, ¿por qué?

Answer 1

La respuesta es "todo depende".

• ¿Cuál es la carga de la CC? Si se trata de cargas inductivas muy ruidosas, vas a tener ruido en la línea de CC, y podría ser considerablemente mayor de lo que crees.

• ¿Cuál es la velocidad de señalización en las líneas de datos? Las velocidades más rápidas son mucho más sensibles

• [EDITAR] ¿Qué codificación de línea tienes? Cualquier cosa diferencial, como RS-485, va a ser mucho más robusta que algo basado en voltaje, como RS-232.

• ¿Qué esquema de codificación utiliza? Si tiene algún esquema con detección de errores, tal vez esté bien.

• ¿Qué ocurre si hay errores en la línea? Si se trata de actualizar la pantalla de un reloj, con el efecto de una pequeña desviación horaria, eso es diferente a dejar caer maquinaria pesada sobre los trabajadores.

Dicho todo esto es bastante común tener la señal y la alimentación de CC adyacentes. Yo realizo bastante telemetría submarina en la que utilizamos cables de par trenzado y alimentación de CC especialmente fabricados para 24 V CC y RS-485 de 250 Kbit/s. En otro entorno mucho más ruidoso utilizamos 9600 bit/seg. Según los comentaristas, por supuesto que la alimentación a través de Ethernet es uno de los mejores ejemplos de alta velocidad, larga distancia, alta potencia de CC y datos en el mismo cable. (Larga y alta en comparación con, por ejemplo, USB o un bus en una placa de circuito impreso. 100 metros, 12 vatios).

En resumen: es perfectamente factible, pero presta mucha atención.

Answer 2

La corriente consumida por una fuente de alimentación de CC no suele ser constante. Si cambia la corriente, cambia el campo magnético.

Así que puede que sea necesario separar energía y datos, puede que no. En USB o PoE la alimentación y los datos no están separados. En SATA sí.

Así que puede que tengas que tomar medidas y separar los cables o conseguir un mejor apantallamiento entre la alimentación y los datos.

Answer 3

Honestamente, AC vs DC no es muy relevante.

Hay dos razones para separar las líneas de alimentación de las de datos.

La primera es la seguridad. Las tensiones superiores a 50 V pueden suponer un riesgo de descarga. Las corrientes superiores a un puñado de amperios pueden suponer un riesgo de incendio. Por este motivo, la normativa eléctrica suele exigir una cierta separación entre los circuitos de red y los de comunicación, o que se tomen precauciones adicionales (como barreras metálicas conectadas a tierra o aislamiento nominal de red tanto en las líneas de alimentación como en las de comunicación.)

La segunda es la interferencia. Como dices, la CC constante no se acoplará a tus líneas de comunicación. Si has elegido un par trenzado medio decente para las líneas de datos, es poco probable que los 50 Hz sean un problema. El verdadero problema son los transitorios y las interferencias que con demasiada frecuencia acaban superponiéndose al cableado de alimentación. Su gravedad dependerá en gran medida de las características del suministro y las cargas.

Answer 4

Para el bus CAN de 12V no suele haber una buena razón para separar las líneas de datos de las líneas de alimentación del propio dispositivo.

Cualquier dispositivo CAN certificado tiene que superar la prueba de inmunidad al ruido transitorio acoplado (ISO 7637 o similar), que especifica condiciones bastante duras, como perturbaciones repetitivas de alta frecuencia (por ejemplo, el arco de un relé bajo carga). Podría decirse que esto es mucho peor que el ruido de las líneas de alimentación de tu propio dispositivo, así que si consigues certificar tu dispositivo para uso en coche, tendrá suficiente inmunidad para que tu propio cable de alimentación de 12 V en las proximidades no sea un problema.

Es probable que UART no funcione en un entorno en el que se utilice CAN.

Answer 5

Es su responsabilidad disponer de almacenamiento de carga local, con amortiguación para evitar el timbre.

Esto reduce al mínimo las fluctuaciones de corriente de alta frecuencia.

Pongamos un ejemplo: basura de cableado de alimentación de alta frecuencia (0,1 amperios de pico, a 100MHz Fring, por lo que el dI/dT es 0,1amp * d/dt(100MHz) == 63 Millones de amperios/seg. Para simplificar las matemáticas, supongamos que el cable de RETORNO de potencia está a cierta distancia, por lo que supondremos un SINGLE cable de alimentación, con un timbre irritantemente rápido.

Supongamos que la víctima es de 1 metro de cable para los datos, y el data_return es de 1 mm de distancia, y no par trenzado.

Suponga una distancia de 1 mm entre los cables de alimentación y datos.

Vinduce = [ MU0 * MUr * Área / (2 * pi * Distancia)] * dI/dT

Para MU0 = 4 * pi * e-7, MUr = 1 (aire, cobre, aluminio, FR-4), el

Vinduce = 2e-7 * Área/Distancia * dI/dT [ignoramos un débil coeficiente natural_log]

E introducimos los números

Vinduce = 2e-7 * 1metro * 1mm /1mm * 63Millones de amperios/segundo

Vinduce = 2e-7 * 1 * 0,63e+7 = 1,26 voltios de interferencia

solución: utilizar pares trenzados, con diferentes vueltas/pulgada de señal caliente y de señal de datos.

Entonces, ¿qué hacer si la única opción es UN manojo de cables? Utilizar "baterías locales".

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab