¿Por qué mi conexión de osciloscopio disparó mi RCD?

Intentaba investigar una interfaz SPI en un medidor de línea eléctrica (modelo típico que mide voltaje, frecuencia, amperios, vatios).

Abrí el módulo y encontré los pines SPI rotos. Así que conecté el medidor y el osciloscopio, y conecté la sonda del osciloscopio al pin CLK, y la sonda a tierra al pin GND.

Un segundo o dos después de conectar el pin GND, las tapas de IC del dispositivo explotaron, y el RCD de la propiedad explotó y tuvo que reiniciarse.

¿Qué hice mal? ¿Cómo explotó esto el RCD?

La tierra de la sonda del osciloscopio está conectada a tierra (0V). Es probable que la "tierra" del medidor de potencia no sea realmente tierra. Es probable que la "tierra" de la placa esté realmente en el voltaje neutral o de línea, por lo que crearía un circuito entre neutro y tierra o línea y tierra, que el RCD detectó. Pero, sin un esquema de tablero, es difícil de depurar.

Para depurar el circuito, una sonda de voltaje diferencial sería lo mejor. De lo contrario, la tierra de la sonda podría conectarse a la punta de tierra del medidor de potencia.

GND en el contexto de un circuito electrónico generalmente se refiere al riel de referencia contra el cual se miden las cosas en ese circuito. Puede estar flotando y aislado, puede estar atado a la red eléctrica o, si tiene mala suerte, puede estar atado en otro lugar. La conexión a tierra en los conectores externos casi siempre estará flotante o conectada a tierra, pero una vez que saque el destornillador y comience a conectarse a los puertos que solo se utilizaron para el programa / prueba / depuración de fábrica o para conectar los módulos internos, todas las apuestas están apagadas .

Si está construyendo un medidor de potencia sin conexiones de datos externas, generalmente es más fácil conectar su "tierra de circuito" a la red eléctrica. De esa manera, solo necesita una fuente de alimentación sin transformador basada en condensador simple para alimentar el circuito (espero que para eso sean esas tapas grandes). Una resistencia en serie para medir la corriente y un divisor resistivo que va al neutro para medir el voltaje.

Incluso si tuviera una conexión de datos, estaría tentado de hacerlo de esta manera y luego optoaislar la conexión de datos.

Los ámbitos generalmente vinculan el suelo de sus entradas a la tierra de la red. Puede obtener ámbitos con entradas flotantes, pero son poco comunes y caros. También puede obtener sondas aisladas pero de nuevo caras.

Circuito a tierra conectado a la red eléctrica, alcance tierra a red eléctrica, el resultado es un cortocircuito de la red eléctrica a red eléctrica. EXPLOSIÓN.

Supongo que la forma en que se depuró este dispositivo durante el desarrollo fue alimentarlo desde un transformador de aislamiento de salida flotante. Una vez hecho esto, la tierra del circuito podría conectarse al osciloscopio sin causar un cortocircuito.

Los dispositivos pequeños alimentados por CA pueden usar la conexión en vivo o neutral para GND (CC a tierra).

Su cableado de CA probablemente tenga los cables de tierra (PE) vivos, neutros y protectores. Es posible que el neutro no tenga el mismo potencial que el PE (vivir obviamente no lo es).

El RCD compara la corriente que fluye en el cable con corriente con la corriente que fluye en el cable neutro (deben ser idénticos), si no coinciden (lo que significa que parte de la corriente fluye hacia PE), el RCD se disparará.

Su osciloscopio probablemente tenga el DC GND conectado a PE a través de su fuente de alimentación (también hay disponibles ámbitos especiales completamente aislados). Cuando conecta el alcance GND a GND de su medidor, probablemente conecte PE a vivo o neutro, lo que dispara el RCD.

La foto revela que el dispositivo utiliza un diseño de fuente de alimentación sin transformador, obviamente debido a la falta de un transformador y, además, los condensadores "X2" amarillos fácilmente reconocibles más el grupo de componentes en el lado derecho de la PCB superior que son representativos de los que se usan típicamente en ese tipo de fuente de alimentación. Si el dispositivo no ofrece ninguna conexión eléctrica externa (no aislada) a sus circuitos internos, el riel de "tierra" de la fuente de alimentación no necesita estar en el potencial de Tierra / Neutro y parece que este dispositivo realmente usa tal un riel de tierra "flotante".

Como es la norma, la entrada de "tierra" del osciloscopio está conectada a la Tierra y cuando conectó la "tierra" de su sonda de osciloscopio a la "tierra" en el dispositivo estaba efectivamente cortocircuitando ese riel "flotante" a Tierra / Neutro.

Si hubiera monitoreado su alcance después de conectar su sonda y antes de conectar su cable de tierra, es posible que haya notado la gran tensión presente en la sonda.

Lo que no está claro de inmediato sin conocer el diseño específico de la fuente de alimentación es por qué se dañaron los circuitos integrados. Presumiblemente, este no es un caso del circuito "tierra" simplemente conectado a la línea activa. Sería un ejercicio interesante rastrear el circuito de suministro de energía y ver exactamente cómo su conexión a tierra condujo al resultado que experimentó.

¡Es una lección clara e importante no hacer suposiciones sobre lo que es un "GND"! Eso se aplica en cualquier circunstancia, pero es aún más importante cuando este tipo de fuente de alimentación está en juego. Si bien no es una verificación exhaustiva, algunas verificaciones simples del medidor (verificación de continuidad mientras está desconectado, y tanto el voltaje de CA como el de CC mientras está encendido) siempre merecen la pena entre una tierra conocida y una tierra "sospechosa". Y si ha seguido adelante y conectado la sonda de su osciloscopio de todos modos, también vale la pena verificar que no esté sucediendo nada inesperado allí.