Puesta a tierra de la placa de circuito impreso dentro de la caja de aluminio

Question

He estado investigando sobre esta cuestión y, aunque he encontrado varias preguntas aquí en las que se plantea algo similar, no consigo la comparación pormenorizada que busco. Por lo tanto, decidí hacer mi propia versión de la pregunta.

Estoy diseñando una placa de circuito impreso que finalmente se instalará dentro de una caja de aluminio y se utilizará en exteriores expuesta a la intemperie. A esta caja se conectarán otros dispositivos a través de longitudes de cable potencialmente largas. Dado que este dispositivo estará expuesto, tengo que hacer todo lo posible para proteger la placa de circuito impreso de la caída de rayos cercanos y eventos similares. La propia caja tiene un gran terminal de tierra de cobre al que se conecta una correa de tierra externa. La correa de tierra está conectada a una gran varilla de tierra clavada en lo más profundo de la tierra. Mi pregunta se refiere a la conexión entre la placa de circuito impreso y la caja de aluminio.

Hay dos opciones que me gustaría comparar:

1. Se suelda un cable de alta resistencia de entre 3 y 6 pulgadas de largo directamente a una gran almohadilla de tierra en la placa de circuito impreso que se conecta a un vertido de cobre que cubre las capas superior e inferior de la placa. Este cable se conecta a la parte posterior de uno de los tornillos de montaje de la oreja de tierra con un conector de anillo grande.

2. El contacto de tierra se realiza entre la placa de circuito impreso y la caja de aluminio mediante cuatro grandes tornillos de montaje chapados en cobre que fijan la placa en la caja a través de los orificios de montaje roscados previstos. Los agujeros/almohadillas de montaje de la placa de circuito impreso están chapados y conectan la placa de circuito impreso a la tierra por medio de los tornillos chapados en cobre.

¿Cuál de estas dos opciones es preferible para conectar a tierra la placa de circuito impreso y protegerla contra EMI y/o grandes sobretensiones? Obviamente busco la opción de menor impedancia, que la intuición me diría que es aquella en la que la conexión a tierra se realiza a través de los tornillos de montaje, pero se ha hablado de lo contrario.

Answer 1

Usando el método #1 como base, el cable se supone que va a un gran vertido que NO es el plano de tierra en el PCB, sino que está dividido de él y aún así se conecta en un punto. Todas las demás cosas que puedan ser golpeadas por eventos transitorios también deben conectarse a este plano (como las carcasas traseras de los conectores y los blindajes de los cables).

El propósito de esto es proporcionar un camino para que las corrientes transitorias fluyan a tierra mientras se mantiene el PCB al mismo potencial que el transitorio, pero sin permitir que el transitorio fluya a través del PCB en su camino a tierra.

Esto descarta automáticamente el número 2 porque tener múltiples conexiones a tierra significa que la corriente transitoria podría fluir A TRAVÉS de la placa de circuito impreso en su camino hacia la tierra. Incluso si el plano de tierra está separado de los planos de tierra, el hecho de que se superpongan introduce un acoplamiento captivo entre los planos.

La conexión a un solo punto de la placa de circuito impreso sin un plano de división tiene un problema similar en el sentido de que la corriente se propaga cuando está en el plano de tierra y esto puede fluir por debajo de los componentes, que es la razón por la que quieres la división y la conexión al plano de tierra en un solo punto.

Si puedes encontrar una copia del libro de Henry Ott, éste cubre esto con más detalle en el capítulo 15.

Aquí hay una tabla que compara la impedancia de las conexiones soldadas frente a las de tornillo. No es directamente aplicable a tu escenario, pero creo que indica que el método de tornillo de cobre y elevador debería estar bien, siempre y cuando sólo se conecte a un punto de la PCB. Dado que sólo es una conexión de un punto, puede conectarse directamente al plano de tierra en este caso también, ya que las corrientes transitorias en el recinto no deberían fluir a través del elevador. No necesitas un miniplano de tierra en la PCB (que es la propia caja conductora).

Este punto de conexión a la caja debe estar lo más cerca posible de todas las conexiones de apantallamiento de los cables a la caja, si tiene alguna.

Tomado de Electromagnetic Compatibility, Henry Ott 2009