Por que minha conexão do osciloscópio disparou no meu RCD?

Eu estava tentando investigar uma interface SPI em um medidor de linha de força (modelo típico que mede tensão, frequência, amperes, watts).

Abri o módulo e encontrei os pinos do SPI quebrados. Então, conectei o medidor e o osciloscópio e conectei a sonda do osciloscópio ao pino CLK e a terra aterrada ao pino GND.

Um ou dois segundos depois de conectar o pino GND, as tampas de IC do dispositivo explodiram e o RCD da propriedade explodiu e teve que ser redefinido.

O que eu fiz errado? Como isso explodiu o RCD?

O terra da sonda do osciloscópio está conectado à terra (0V). É provável que o "solo" do medidor de energia não seja realmente terra. É provável que o "terra" da placa esteja realmente na tensão de neutro ou de linha, de modo que criaria um circuito entre neutro e terra ou linha e terra, que o RCD detectou. Mas, sem um esquema esquemático, é difícil depurar.

Para depurar o circuito, uma sonda de tensão diferencial seria melhor. Caso contrário, o terra da sonda pode ser conectado ao pino de terra no medidor de energia.

GND no contexto de um circuito eletrônico geralmente se refere ao trilho de referência em relação ao qual as coisas nesse circuito são medidas. Pode ser flutuante e isolado, pode ser amarrado à rede elétrica ou, se você tiver azar, pode estar amarrado em outro lugar. O GND em conectores externos quase sempre estará flutuando ou amarrado à rede elétrica, mas assim que você retirar sua chave de fenda e começar a conectar-se a portas que deveriam ser usadas apenas para programa de fábrica / teste / depuração ou conexão de módulos internos, todas as apostas serão canceladas .

Se você estiver construindo um medidor de energia sem conexões de dados externas, geralmente é mais fácil conectar seu "terra do circuito" à rede elétrica. Dessa forma, você só precisa de uma fonte de alimentação sem transformador, baseada em capacitor, para alimentar o circuito (espero que seja para isso que servem essas grandes capas). Um resistor em série para medir corrente e um divisor resistivo saindo para o neutro para medir tensão.

Mesmo se eu tivesse uma conexão de dados, ficaria tentado a fazê-lo dessa maneira e depois optoisolate a conexão de dados.

Os escopos geralmente ligam o solo de suas entradas à terra da rede elétrica. Você pode obter escopos com entradas flutuantes, mas elas são incomuns e caras. Você também pode obter sondas isoladas, mas novamente caras.

Aterramento do circuito ligado à rede elétrica em tempo real, escopo à terra da rede elétrica, o resultado é um curto-circuito da rede elétrica em rede elétrica. BANG.

Espero que a maneira como esse dispositivo foi depurado durante o desenvolvimento seja alimentado a partir de um transformador de isolamento de saída flutuante. Uma vez feito isso, o terra do circuito poderia ser conectado ao osciloscópio sem causar um curto-circuito.

Pequenos dispositivos alimentados a CA podem usar o ativo ou neutro para GND (terra DC).

Sua fiação CA provavelmente possui fios elétricos, neutros e de aterramento (PE). Neutro pode não ter o mesmo potencial que PE (viver obviamente não é).

O RCD compara a corrente que flui no fio ativo com a corrente que flui no fio neutro (eles devem ser idênticos); se não corresponderem (o que significa que alguma corrente está fluindo para o PE), o RCD disparará.

Seu osciloscópio provavelmente tem o DC GND conectado ao PE através de sua fonte de alimentação (também existem escopos especiais totalmente isolados disponíveis). Ao conectar o escopo GND ao GND do seu medidor, você provavelmente conecta o PE ao vivo ou neutro, que dispara o RCD.

A foto revela que o dispositivo usa um projeto de fonte de alimentação sem transformador - obviamente devido à falta de um transformador, além dos capacitores "X2" amarelos facilmente reconhecíveis, além do grupo de componentes no lado direito da PCB superior, que são representativos daqueles tipicamente usados ​​nesse tipo de fonte de alimentação. Se o dispositivo não oferece nenhuma conexão elétrica externa (não isolada) ao seu circuito interno, o trilho "terra" da fonte de alimentação não precisa estar no potencial Terra / Neutro e parece que esse dispositivo realmente usa tais um trilho terrestre "flutuante".

Como é a norma, a "terra" de entrada do osciloscópio é conectada à Terra e, quando você conectou a "terra" da sua sonda de osciloscópio à "terra" do dispositivo, estava efetivamente causando um curto-circuito naquele trilho "flutuante" para Terra / Neutro.

Se você tivesse monitorado seu osciloscópio depois de conectar sua sonda e antes de conectar o fio terra, você pode ter notado a grande tensão presente na sonda.

O que não está claro imediatamente sem conhecer o design específico da fonte de alimentação é o motivo pelo qual os CIs foram danificados. Presumivelmente, este não é o caso do "aterramento" do circuito simplesmente estar ligado à linha ativa. Seria um exercício interessante rastrear o circuito da fonte de alimentação e ver exatamente como sua conexão à terra levou ao resultado que você experimentou.

É uma lição clara e importante para não fazer suposições sobre o que é um "GND"! Isso se aplica a qualquer circunstância, mas é ainda mais importante quando esse tipo de fonte de alimentação está em jogo. Embora não seja uma verificação exaustiva, algumas verificações simples do medidor (verificação de continuidade enquanto desconectada e tensão CA e CC durante a alimentação) sempre valem a pena entre um terra conhecido e um terra "suspeito". E se você seguiu em frente e conectou a sonda do osciloscópio de qualquer maneira, também vale a pena verificar se não há nada de inesperado acontecendo lá.