Störningsfri el till AIS / GPS

[Dan-Erik 7]

Jag sitter och kikar på AIS utbyggnadskort till Raspberry Pi. Problemet med denna lösning är att Raspberry Pi vill ha 5 V via USB-kabel, och i värsta fall kan det gå upp över 1 A i strömförbrukning. Eller, problemet är väl egentligen att lösa konverteringen från 12 V till 5 V på ett bra sätt. 

 

Det jag hittat är en massa flera år gamla forumdiskussioner där folk säger typ "köp nåt och prova" för man vet inte hur mycket störningar utrustning ger förrän man provat. Jag föredrar att läsa mig till en bra lösning och få det rätt första gången. En del folk på nätdiskussioner säger att man ska undvika switchade lösningar trots att dom är mycket mer effektiva  eftersom de ger mer störningar som slår ut VHF och AIS utan man ska gå på en sån här: https://adapterexperten.se/dc-dc-omvandlare/dc-dc-fristaende/dc-dc-mascot/dc-dc-omvandlare-12-5v-vdc-9061120500-mascot/ trots att den genererar en massa värme istället för el. Men på en båt med begränsad tillgång på el vill man ju inte sitta och bränna el till värme. Dessutom är det ju gränsfall om den klarar amperen. 

 

Quark-elec ser ut att ha trevliga produkter, deras AIS-transceiver är billig också om man vill använda nåt annat än Pi som backup. Men deras "low interference converter" klarar bara en halv ampere: https://www.quark-elec.com/product/qk-a013-12v-to-5v-low-interference-converter/

 

Funderar på hur bra det kan bli om man drar ihop kablarna från 5 V ut från flera converters för att få tillräckligt med ampere? Eller vad är egentligen bästa lösningen för störningsfri el på 5 volt?

[bhemac 2 859]

Det brukar inte vara något problem att hitta bra och billiga DC/DC omvandlare. Utseendet brukar var avslöjande, en ordentlig induktor och ett par feta kondingar brukar innebära en störningsfri omvandlare. För ett antal år sedan dök det upp omvandlare som störde ordentligt men det händer ganska sällan idag.

Köper man på eBay el likn så är det oftast omvandlare som blivit över vid produktion och av en ganska hygglig kvalitet. Tillverkarna levererar till många olika kunder och i stora kvantiteter, de lär inte få så många ny ordrar om de levererar skit.

En buck-converter baserad på LM2596 kostar runt $1 och brukar vara ett säkert köp, jag tex en som omvandlar 24->12V till en gamla Sailor VHF. Sitter okapslad på baksidan av radion utan problem.

[Dan-Erik 7]

https://www.banggood.com/LM2596-DC-DC-Voltage-Regulator-Adjustable-Step-Down-Power-Supply-Module-With-Display-p-1005123.html?cur_warehouse=CN

En sån alltså? Just denna kan styra utspänningen 0-40 V, så då börjar ju jag med min ringa erfarenhet av sånt här fundera på om det går att ställa 5 V i alla lägen eller om det finns risk att man bränner kretsarna för att regulatorn hoppar igång på 40 V efter ett strömavbrott?

[Lintott 1 880]

1 timme sedan skrev Dan-Erik:

https://www.banggood.com/LM2596-DC-DC-Voltage-Regulator-Adjustable-Step-Down-Power-Supply-Module-With-Display-p-1005123.html?cur_warehouse=CN

En sån alltså? Just denna kan styra utspänningen 0-40 V, så då börjar ju jag med min ringa erfarenhet av sånt här fundera på om det går att ställa 5 V i alla lägen eller om det finns risk att man bränner kretsarna för att regulatorn hoppar igång på 40 V efter ett strömavbrott?

Det sitter en liten vridputt på "den blå lådan". Där ställs utspänningen "mekaniskt" så strömavbrott påverkar inte inställningen.

[bhemac 2 859]

2 timmar sedan skrev Dan-Erik:

En sån alltså?

Den fungerar och stör troligen inte. Men display känns onödigt, drar bara ström.

[IngemarE 3 599]

Varför gå över ån efter vatten ?

Jag har vid flera tillfällen använt vanliga USB-pluggar för cigarettändaruttag, alltså 5V-uttag för bil. De flesta (men inte alla) är rätt störningsfria, men om man vill kan man bygga in den i en liten metallåda med en genomföringskonding i varje ände (12V in, 5V ut, jord i höljet) och sätta en ferrit på tråden inuti lådan som förbinder 12V in och 5V ut.

[Evgeny_V 3]

NSD15-12S5 

https://www.chipdip.ru/product/nsd15-12s5

 

 

[IngemarE 3 599]

5 minuter sedan skrev Evgeny_V:

NSD15-12S5 

https://www.chipdip.ru/product/nsd15-12s5

Om man inte nödvändigtvis vill köpa den från Ryssland och dessutom inte är så slängd i ryska finns den även här: https://www.conrad.se/p/dcdc-omvandlare-mean-well-nsd15-12s5-3000-ma-1292707

 

Men det är en DC/DC-omvandlarkomponent som finns många varianter och även bättre av. Sedan är just denna inte så billig, dels är databladet tydligt med att den behöver kompletteras med filterkomponenter för att uppfylla EMC-kraven/inte störa omgivningen. Nog inte idealvalet med tanke på TS rubrik....

[Dan-Erik 7]

6 hours ago, IngemarE said:

behöver kompletteras med filterkomponenter för att uppfylla EMC-kraven/inte störa omgivningen. Nog inte idealvalet med tanke på TS rubrik....

Dessutom har den stora kylflänsar så jag antar att den bränner massa energi på värme vilket jag ville undvika.

 

https://www.banggood.com/sv/10Pcs-5A-XL4005-DC-DC-Adjustable-Step-Down-Module-Power-Supply-Converter-p-1145250.html?cur_warehouse=CN

Efter bhemac's kommentarer tror jag att det blir till att köpa hem ett 10-pack såna här. Ursprungligen hade jag tänkt, precis som IngemarE var inne på, att bara använda en vanlig sån plugg med 2-3 USB-portar som man använder i bilen, men då läste jag tillräckligt många kommentarer om försämrad räckvidd på VHF och AIS att jag kom fram till att det nog är bättre att leta efter en bra lösning även om den är något mer besvärlig att installera. Min erfarenhet av störningar är att många källor små blir till en stor å, och jag vill helst ha bra räckvidd på radio. 

 

Återstår att planera var jag ska placera olika delar. Å ena sidan vill man ha lite avstånd till radion om det går, å andra sidan vill man ha display synlig från cockpit, liksom radion. 

[IngemarE 3 599]

Den hade jag inte heller kört naken utan monterat in den i en skärmad låda enligt min beskrivning ovan, med ett par genomföringskondingar och ferriter.

 

Typiskt för dessa är nämligen att de visserligen har bra reglering och filtrering på lägre frekvenser, men saknar helt ferriter och kan ofta störa i MHz-området. Men de är trots allt bra omvandlare, de behöver bara lite extra komponenter.

 

En garanterat bra lösning ur störningssynpunkt får du inte från någon av dessa billga "kinaomvandlare". Kanske t.o.m. mindre sannolikt än att köpa en plugg till bilens 12V-uttag som ändå har ett CE-godkännande som ibland t.o.m. kan vara sant....

Men de kan båda på ett enkelt sätt bli mycket bra med föreslagen åtgärd. Har t ex en billg 10A setp-down från Ali som solcellsregulator och inbyggd med några extra ferriter blev den tystare än tyst.

Och då jag är radioamatör (samt att EMC ingår i mitt dagliga arbete) är jag nog extra kinkig på det där med utstrålade störningar.

Redigerad 9 November , 2019 av IngemarE

[Dan-Erik 7]

15 hours ago, IngemarE said:

Den hade jag inte heller kört naken utan monterat in den i en skärmad låda enligt min beskrivning ovan, med ett par genomföringskondingar och ferriter.

Hur ska man placera en ferrit egentligen för att få bäst effekt? 

 

Säg att jag har 2 m kabel från batteri till omvandlare 12-5 V och sedan 1 m kabel från omvandlare till utrustning. Har jag någon nytta av att sätta ferrit mellan omvandlare och batteri? Är det bättre att sätta ferrit närmast omvandlaren,  eller närmast där jag vill ha störningsfritt? En ferrit kostar ju inte så mycket, har man nån nytta av att gödsla med ferriter på varenda kabel eller är det samma effekt från en som för tio? 

 

Jag tänker mig med min bristfälliga insyn att alla koppartrådar kan fungera som antenner och att det då skulle kunna ge effekt att sätta ferriter lite här och där och helst närmast den utrustning som ska ha ren insignal.  Men jag tycker mig läsa från det du skriver att ferriter ska sitta närmast potentiell förorening? 

 

Eftersom det är en kabel för plus och en för minus, ska man ha en ferrit per kabel och ska de sitta i var sin ände eller på samma sida eller i mitten eller både och, om man ska satsa mot så ren ström som möjligt? 

[IngemarE 3 599]

Grundprincipen är att sätta filterkomponenterna (ferrit bl.a.) så nära störkällan som möjligt. För så fort störningen kommer ut "fritt" på en ledare kan den smitta över till andra, och finns sedan okontrollerat överallt i hela elsystemet. Därför är det också viktigt att man, när man filtrerar en ledare, placerar alla filter på samma fysiska plats. Sprider man ut dem så kommer störningen bara höras över och åka snålskjuts förbi filtret på en grannledare/kabel och avstörningen blir nästan meningslös.

 

En bild från mitt kursmaterial jag brukar köra för konstruktörer (störningen kommer i figurerna in på och ligger först endast på ledaren uppe till höger, vänstersidan är "utsidan" av apparaten där man vill ha det störningsfritt):

 

"Klämferriter" är ofta en nödlösning, och de löser i så fall bara ledningsbunden störning. Det som strålar ut direkt från krektskortet och spolen m.m. kommer man inte åt i alla fall. Och ofta har störningen redan "smittat ner" så många andra kablar där man kan komma åt att sätta ferriten. Ytterligare en faktor är att det finns många olika ferritmaterial, och man bör ha just den modellen som är optimal för de frekvenserna man vill ta kål på.

 

I ditt fall där det ändå handlar om att löda lite skulle jag absolut skaffa en liten skärmbox och stoppa in det i. Som något sådant här:

https://media.rs-online.com/t_large/F3439625-01.jpg

 

Sedan bygga in den enligt liknande detta (ursäkta den snabbt ihopkladdade skissen):

 

Då en DC/DC kan störa minst lika mycket baklänges ut på ingången (den rycker ju per definition rejält i spänningsmatningen) måste den avstöras där också. Däremot räcker det att avstöra plus, om jord/minus kopplas till boxens hölje enligt ovan. Störströmloopen kräver en fram- och återledare, och genom att bryta den ena kan det inte flyta någon störström.

(Inte riktigt så enkelt kommer säkert de kunniga att påpeka, då det kan finnas andra kopplingsvägar också i vissa fall, inte minst via strukturen - Common Mode och Diff. modestörningar. Men det är överkurs just nu).

 

L1/L2 ovan är ferriter. Men här talar vi om små billiga komponenter, t ex sådana här:

Man kan också trä lösa ferritpärlor på anslutningstråden mellan kortet och lådväggen ut. Det viktigaste är att det finns ferritmaterial som bromsar högfrekvensenergin i tråden.

 

Vi tar en bild till ur kursen, där jag försöker förklara kondingens och ferritens jobb genom att dra en parallell till mekanisk energi:

 

 

Kondingen vid lådväggen har sedan till uppgift att kortsluta högfrevensenergin till jord. Eftersom den redan försvagats av ferriten är jobbet enklare för kondingen. Den kan vara nästan vad som helst, men inte på så högt kapacitansvärde. Ju större är inte bättre, då de över en viss frekvens (den s.k. självresonansfrekvensen, SRF) mer och mer slutar fungera som kondensator. Och det händer ganska tidigt. För VHF skulle jag välja kanske 1-10nF. Tänk på att hålla anslutningarna vid lådväggen korta.

 

Riktigt bra och lyxigt är att använda s.k. genomföringskondensatorer för plusmatningen och konding. Det är en väggenomföring med inbyggd kondensator, och mer optimalt kan det inte bli. Kan hittas billigt på ebay, Ali m.m. men är ibland alldeles oförskämt dyra. Något mer rimligt pris har t ex Electrokit:

https://www.electrokit.com/produkt/genomforingskondensator-1000pf-100v-10a-m4-ganga/

 

Med ovanstående brukar man kunna få tyst även på de mest störande prylar och omvandlare. Ibland kan man behöva dubblera ferrit+konding (alltså sätta en serieferrit och konding till jord ytterligare efter en första).

 

Slut på lektionen....

 

 

 

[Dan-Erik 7]

5 hours ago, IngemarE said:

kursmaterial jag brukar köra för konstruktörer

Var kan man gå en sån kurs? Jag har jobbat en del med RFID och kan eventuellt komma att jobba med det igen, men där blir man ju helt galen på att jaga störningskällor. Även de som jobbat många år pratar om "black magic". Så egentligen vore det kanske inte så dumt att sätta sig in mer i såna saker så man förstår mer av vad som händer.

 

Quote

Kondingen vid lådväggen har sedan till uppgift att kortsluta högfrevensenergin till jord.

Hur mycket ström går egentligen den vägen? Går det jämföra en sådan förlust med värmeförlusten från en sån modell med stora kylflänsar?

Quote

 Ibland kan man behöva dubblera ferrit+konding

Eftersom det sitter en sån ring med massa varv lindat och två stycken kondensatorer på kortet jag länkade innan, är det inte så att det du föreslår med att koppla till en låda och sätta ferriter är en dubblering?

 

Quote

Slut på lektionen....

Det bästa med internet är att fastän man själv är inkompetent så brukar man alltid kunna hitta nån som är kompetent som kan hjälpa en att komma dit man vill. 🙂

Redigerad 10 November , 2019 av Dan-Erik

[IngemarE 3 599]

51 minuter sedan skrev Dan-Erik:

Var kan man gå en sån kurs? Jag har jobbat en del med RFID och kan eventuellt komma att jobba med det igen, men där blir man ju helt galen på att jaga störningskällor. Även de som jobbat många år pratar om "black magic". Så egentligen vore det kanske inte så dumt att sätta sig in mer i såna saker så man förstår mer av vad som händer.

 

Hur mycket ström går egentligen den vägen? Går det jämföra en sådan förlust med värmeförlusten från en sån modell med stora kylflänsar?

Eftersom det sitter en sån ring med massa varv lindat och två stycken kondensatorer på kortet jag länkade innan, är det inte så att det du föreslår med att koppla till en låda och sätta ferriter är en dubblering?

 

Det bästa med internet är att fastän man själv är inkompetent så brukar man alltid kunna hitta nån som är kompetent som kan hjälpa en att komma dit man vill. 🙂

Vi är ett antal EMC-nördar i landet (men allt färre) som håller sådana kurser. Visserligen inser man hur lite man begriper ju mer man lär sig, men "black magic" som jag hört många gånger är det faktiskt inte. Jag brukar också avsluta mina kurser med en praktisk del, med en radio i en skärmburk (i verkligheten ett par målarhinkar). Om man inte minns så mycket av det teoretiska brukar de flesta komma ihåg den praktiska demonstrationen i alla fall. Kolla om det inte finns något i din landsända.

 

Det går vanligen inte mycket störenergi alls i kodningarna. Men det behövs inte heller mycket radioenergi på villovägar för att döda radiomottagningen:

Hörbarhetströskeln hos en VHF ligger runt -120dBm i insignal. Alltså 120dB svagare än 0dB. 1uV (mikrovolt) radiosignal i antennsladden motsvarar t ex -107dBm, så det man kan höra är alltså ännu mindre signalnivå än 1uV. Då inser man att man inte kan leta störningar som stör radion via ett oscilloskop, där man skall vara glad om man ser 1mV....

Om man tänker på att 1mW sändareeffekt är 0dBm så förstår man att effekten/störenergin vi talar om ofta inte ens är mikrowatt. Så att titta på kylflänsens storlek säger inget om EMC-egenskaperna ;-).

 

Men det KAN vara annorlunda och bli mycket förlustenergi i filterkomponenterna. Gjorde ett filter till en trefas tyristorstyrd fläktanläggning på ett hyreshus en gång, en styrning som störde riktigt, riktigt illa långt från huset. Det filtret fick vi ta bort, eftersom ferriterna och kondensatorerna blev så varma av övertonsenergin att det inte var hälsosamt för dem. Anläggningen byttes f.ö. senare ut mot en bättre konstruerad.

 

Den spolen du ser på bilden är switchdrosseln, alltså en av grundkomponenterna för spänningsomvandlarens egna funktion. Den är snarast med och skapar störningarna när den slås till/från av transistorn inne i kretsen. De stora kondensatorerna är visserligen filterkondingar, men på ett antal uF och är nödvändiga för att minska lågfrekvent rippel. Alltså jämna ut spänningen till ett medelvärde från hackningen via drosseln/spolen. De gör ingen nytta på MHz-frekvenser.

Sedan finns oftast några små filterkondingar också, som är till för att stabilisera och filtrera. Visst gör de lite nytta, men just bara så mycket att omvandlaren fungerar rimligt bra och du inte ser skräpet på ett oscilloskop. De räcker alltså inte.

Tillverkarna brukar hålla dessa komponenter till ett minimum för att spara några ören.

 

Men det ÄR fullt möjligt att göra en omvandlare som har både avstörningsferriter och kondingar både rätt placerade och av rätt typ redan på kretskortet (samt en förnuftig layout), så att de i princip klarar alla krav utan någon skärmburk alls. Bra 12V/5V-USB-pluggar som uppfyller CE har sådana, och i din bils elektronik finns minst ett tiotal DC/DC-omvandlare. Vid massproduktion även i en bil är en skärmburk för dyr, men kraven på fordon är skyhöga och testerna tuffa. Prylen får ju heller inte bli utstörd om telefonen som någon råkat lägga vid ratten/airbagen ringer och börjar sända. Så då får det kosta de där örena. Trots detta springer jag nästan dagligen på en oförståelse för varför man måste sätta dit dem - det funkar ju skitbra ändå....i labbet. Särskilt från folk som jobbar på företag långt bort i öster....

Redigerad 10 November , 2019 av IngemarE