Phänomen der Bodenverschiebung im Automobil

Meine Frage lautet: Ist dieses Phänomen etwas, das wirklich ist? existiert, oder ist es einfach eine interne „Geschichte alter Frauen“ mit wenig bis gar keiner Grundlage?

Nun, rechnen Sie nach. Wenn Sie beispielsweise 100 A in einen Stahlleiter mit einem Durchmesser von beispielsweise 50 mm² eintauchen, wie hoch ist die Spannung über 10 cm dieses Leiters aufgrund des ohmschen Widerstands?

Also ja, Ohm ist richtig, und wenn Sie viel Strom durch etwas leiten, das kein Supraleiter ist, gibt es eine Potentialdifferenz.

Was sind hier die grundlegenden elektrischen Prinzipien?

Ohmsches Gesetz

Das ABS-Beispiel hebt einen weiteren Aspekt hervor: Wenn Sie etwas haben, das eine geschaltete Last ist, legen Sie keine Gleichstromlast auf Ihren Erdungsleiter, sondern (auch) eine Wechselstromlast.

Der Widerstand für Wechselstrom ist nicht von Natur aus dasselbe wie für Gleichstrom – zum Beispiel hat eine ideale Spule einen Widerstand von 0 Ω für Gleichstrom, aber für Wechselstrom hat sie \ $ j \ omega L \ $ Ω – das heißt, je höher die Frequenz, desto höher der Effektivwert Widerstand.

Solche reaktiven Eigenschaften hängen von der geometrischen Form Ihres Leiters ab – Sie haben möglicherweise sogar Pech, und wenn Sie elegant auf eine Resonanzfrequenz des gesamten Batterie-Versorgungskabels – Last – Chassis-Rückführungssystems treffen, erhalten Sie ein Spannungsextremum mit genau der Frequenz, mit der Ihr ABS arbeitet.

Kommentare

• Vielen Dank für die Eingabe! Das macht sehr viel Sinn und ist viel einfacher als ich erwartet hatte. Wo würde die Kapazität hier modelliert?

Was Sie beschreiben, wie ich verstehe, scheint völlig vernünftig. Erdungsreferenzen können sich häufig aufgrund eines erheblichen Stromflusses und endlicher Widerstände der verwendeten Leiter ändern. Dies liegt einfach am Ohmschen Gesetz.

Wenn Sie eine Analogie zwischen verschiedenen Teilen Ihres Fahrzeugchassis zu unterschiedlichen ziehen können Punkte auf einer Länge der Leiterplattenspur können wir mit Erdungstechniken vergleichen, die bei der Konstruktion und dem Layout von Leiterplatten verwendet werden. Sie können dies weiter untersuchen, indem Sie sich verschiedene Erdungsschemata ansehen, die beim PCB-Design verwendet werden. Stellen Sie sich ein sternbasiertes geerdetes Schema vor, um genau das zu vermeiden, was Sie beschreiben, wenn auch in viel kleinerem Maßstab.

Wenn Sie alle Punkte in dieser Konfiguration erden, aktuell Der Fluss aufgrund einer dieser Verbindungen kann diese Schiene um einen Betrag „anheben“, der Iin * Rconductor entspricht, aber da alle anderen Verbindungen auf diesem Knoten die gleiche Änderung sehen, sind die Dinge möglicherweise nicht so schlecht, zumindest was die relativen Messungen betrifft . Eine plötzliche Schwankung der Schienen kann jedoch immer noch Probleme bei der Instrumentierung verursachen, d.h.Ein allgemeiner Parameter in Geräten wie Operationsverstärkern und ADCs ist das sogenannte Netzteil-Ablehnungsverhältnis , das angegeben wurde, um diese Instanzen zu berücksichtigen .

BEARBEITEN 1:

Hier ist ein weiteres Foto, das den Punkt veranschaulicht. Die genauen Geräte im Bild können ignoriert und als alles angesehen werden, was Sie wirklich mögen:

Kommentare

• Beachten Sie, dass Ihr Beispiel für “ ordnungsgemäße Erdung “ ist für Autos völlig ungeeignet: Sie ‚ möchten nicht, dass empfindliche Elektronik den Strompfad mit der Lichtmaschine teilt.
• @Henry, I ‚ Ich wette, dass viele “ seltsame “ automatische elektrische Probleme einfach durch Identifizieren der Gehäusemasse gelöst wurden Punkte, und dann reinigen und wieder festziehen. Nach 100 Jahren würde ich ‚ erwarten, dass die -ve-Rückwege zur Batterie sorgfältig ausgearbeitet wurden. Ich ‚ möchte nicht den Bodenweg eines Autos ‚ von Grund auf neu entwerfen.
• Einverstanden. Dies war nicht als Tutorial zur idealen Fahrzeugverkabelung gedacht. Das Bild erklärt vielmehr, wie der Stromfluss dazu führen kann, dass Geräte am selben Bus unterschiedliche Referenzen haben …
• Auch bei Ihrer “ ordnungsgemäßen Erdung “ Beispiel: Bei empfindlichen Geräten wird eine Erdverschiebung infolge eines hohen Stroms durch die gemeinsam genutzte Erdungsleitung festgestellt. Eine bessere Möglichkeit, die Bodenverschiebung zu verringern (vorausgesetzt, Sie ‚ bleiben bei einer bestimmten Drahtstärke hängen), besteht darin, die empfindlichsten Geräte in der Nähe der Stromquelle zu platzieren – um die Länge der gemeinsamen Nutzung zu minimieren Erdungskabel zwischen dem empfindlichen Gerät und der Stromquelle. Letztendlich besteht die beste Lösung darin, Drahtstärken zu wählen, die die Strommenge unterstützen, die Sie durch sie leiten möchten.
• Bitte lesen Sie meine Antwort. Ich sage genau das. Geräte weisen immer noch eine Erdungsverschiebung bei der Sternerdung auf, die jedoch für alle Geräte gleich ist, da sie sich eine Erdungslänge teilen.

Gleicher Gremlin Spawner, anderer Name

Das Phänomen „Ground Shift“, auf das Sie sich beziehen, ist einfach eine weitere Manifestation der Tatsache, dass Leiter eine Impedanz ungleich Null haben. Wenn sich also zwei Ströme einen Rückweg teilen, fällt die Spannung über diesen Rücklauf ab Pfad ist (Ibigload + Isensitive) * Rcomgnd. EEs, die in kleineren Maßstäben arbeiten, kennen diesen Gremlin-Spawner als „Common Impedance Coupling“, aber es ist wirklich dasselbe, wie im folgenden Schema gezeigt.

^{simulieren diese Schaltung – Schema erstellt mit CircuitLab}

Beachten Sie, dass der Knoten mit dem Namen GND a ist volle Volt vom Minuspol der Batterie entfernt! Dies ist eindeutig nicht gut, wenn unsere empfindliche Schaltung auf der linken Seite den Versatz nicht tolerieren kann, oder schlimmer noch, wenn Ibigload wirklich eine zeitlich variierende Last ist, sodass unser empfindlicher Teil eine GND sieht, die zwischen nahe dem tatsächlichen 0-V-Punkt variiert, d. H. Die Batterie ist negativ und eine volle Spannung von ihr entfernt!

Die Lösung in einer Niederfrequenzumgebung besteht darin, erdempfindliche Schaltkreise auf einen einzelnen, vordefinierten 0-V-Punkt mit einem eigenen Stern zurückzusetzen Draht oder Leiterbahn wie unten dargestellt, so dass hohe Ströme, die in anderen Teilen des Erdungssystems fließen, den Betrieb des empfindlichen Stromkreises nicht beeinträchtigen können. Leider ist dies aus mechanischen Gründen und aus Kupferkostengründen nicht für jeden Stromkreis in einem gesamten Fahrzeug praktikabel. Daher arbeiten Konstrukteure der Automobilelektronik so gut wie möglich daran, indem sie robuste Stromversorgungsschaltungen entwerfen und stattdessen Signalreferenzen mit empfindlichen Signalen übertragen

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Sie haben die gleichen Risiken auf einer Leiterplatte. Standarddicke Kupferfolie (1 Unze / Fuß ^ 2) mit einer Dicke von 35 Mikron oder 1,4 Mil hat einen Widerstand von 0,0005 Ohm oder 500 Mikroohm pro Quadrat. Quadrat jeder Größe. Gemessen von gegenüberliegenden Seiten des Quadrats, Kontakt entlang aller Seiten

Somit beträgt ein Ampere durch 1 Quadrat Folie 500 Mikrovolt oder 0,5 uV für 1 mA.

Ein Milliampere fließt jedoch von Seite zu Seite einer quadratischen Leiterplatte. trifft auf viel mehr als 500 Mikroohm, weil der Strom muss Verteilen Sie sich vom anfänglichen 1-mm-Eintrittspunkt aus und konzentrieren Sie sich dann erneut, um einen 1-mm-Austrittspunkt zu verlassen.

Nehmen Sie ein Quadrille-Pad, kennzeichnen Sie ein Quadrat in der Mitte als „aktuellen Einstiegspunkt“ und skizzieren Sie wie sich der Strom ausbreitet, in die ACHT Quadrate, die das Eingangsquadrat umgeben. Und wie das 5 * 5-Gitter, das das 3 * 3 umgibt, mit 500 Mikroohm / Quadrat noch weniger Widerstand bietet, aber dennoch resistiv ist.

^{simuliert diese Schaltung – Schema erstellt mit CircuitLab}

Welche Spannung aus OA2?

Modellieren Sie diese Flankenspannung grob als $$ 1,25 mV / (20Sqr + 10sqr + 15sqr ) $$ $$ = 1,25 mV / 45sqr = 30uV / sqr $$ und unsere OA2-Sondenspitzen sind 1 cm (1sqr) voneinander entfernt. Erwarten Sie 30 uV * 1.000x = 30 Millivolt aus OA2.