Zrobiłem sterownik dla wentylatora 12V DC. Jest to zasadniczo konwerter buck-DC sterowany napięciem. Reguluje napięcie wentylatora od 3 V (najniższa prędkość, wentylator pobiera 60 mA przy 3 V) do 12 V (pełna prędkość, wentylator pobiera 240 mA przy 12 V). Ten kontroler działa dobrze, kontroluje prędkość wentylatora zgodnie z oczekiwaniami. Próbowałem dokonać filtrowania, ale nadal jest znaczny hałas zanieczyszczający moją szynę 12V. Jak to zminimalizować?
Oto mój obwód:
SW_SIGNAL to tylko sygnał PWM, w którym cykl pracy jest ustalany przez inny obwód.
Problem jest w punkcie A. Induktor L1 ma filtrować ten szum, działa, ale nie tak dobrze, jak się spodziewałem:
Sygnał w punkcie B:
Hałas jest więc obniżany z 6 V pp do 0,6 V pp. Ale 0,6 V to ogromny hałas.
Jest to związane z działaniem konwertera złotówki, a nie samego wentylatora. Próbowałem umieścić opornik 47Ω 17W zamiast wentylatora, a szum jest nadal obecny. Użyłem sond z najmniejszym stykiem sprężynowym, aby zminimalizować pętlę.
Hałas zanika tylko w przypadku cyklu pracy 100% PWM, co jest oczywiste, ponieważ 100% PWM przestaje się przełączać.
Cewki indukcyjne, których używam:
AKTUALIZACJA:
To jest układ (górna część to konwerter buck, złącze wentylatora po lewej stronie, wejście zasilania 12V po prawej stronie):
Użyłem ogólnych kondensatorów elektrolitycznych. Nie mam dla nich arkusza danych.
Dodałem kondensatory ceramiczne 10uF do C1 i C3.
Mam zwiększoną wartość R2 z 0Ω do 220Ω.
Zmieniono D4 z US1G na SS12. Mój błąd, pierwotnie użyłem US1G.
Hałas spadł poniżej 10 mV (rezystor zastosowano zamiast wentylatora).
Po podłączeniu wentylatora zamiast rezystora mocy:
AKTUALIZACJA 2:
W moim obwodzie korzystałem z częstotliwości przełączania 130 kHz. A czasy narastania / opadania wynosiły 10ns.
Żółty ślad = bramka tranzystora przełączającego Q2.
Niebieski ślad = drenaż Q2 (czas narastania 10ns).
Zmieniłem częstotliwość na 28 kHz (z powodu tej zmiany będę musiał użyć większego induktora) i zwiększyłem czasy narastania / opadania do 100ns (osiągnąłem to poprzez zwiększenie wartości rezystora R2 do 1kΩ).
Hałas spadł do 2 mV pp.
Odpowiedzi:
Kondensatory C1 i C3 1000uF mogą nie być w stanie bardzo dobrze poradzić sobie z przejściowymi przełączeniami o wysokiej częstotliwości . Limity dużej wartości zawsze mają bardzo złe pasmo wysokich częstotliwości.
Proponuję spróbować zastąpić 1000uF kondensatorami o niskim ESR 47 - 220 uF i przekonać się, jak to idzie. Może także umieść kondensator ceramiczny (100 nF - 470 nF) równolegle z oboma.
Sugeruję również obejrzenie tego filmu z dziennika EEVBlog Dave'a na temat zaślepek, chociaż nie do końca twoja sytuacja, nieidealność kondensatorów wyjaśniona w tym filmie dotyczy również twojego problemu.
źródło
Możesz spróbować zwiększyć wartość R2. Spowoduje to zmniejszenie wartości dV / dT na bramie i spowolnienie krawędzi, gdy przełącznik mosfet się przełączy. 10 omów to zazwyczaj dobre miejsce na rozpoczęcie, ale może być konieczne eksperymentowanie.
źródło
Dodanie do innych odpowiedzi po aktualizacji układu PCB:
Bez płaszczyzny uziemienia, aby stworzyć podłoże o niskiej indukcyjności, każda ścieżka oznaczona „GND” będzie miała dość wysoką indukcyjność, około 7nH / cm dla ścieżki o szerokości 1 mm.
Zatem czapki są nieefektywne przy filtrowaniu HF, ponieważ małe cewki indukcyjne (znane również jako ślady) są połączone szeregowo z czapkami, zwiększając ich impedancję HF. Ceramiczna nasadka SMD ma znacznie niższą indukcyjność niż elektrolityczną, nie z powodu magii, ale po prostu dlatego, że jest mniejsza, więc będzie lepsza przy odsprzęganiu HF ... jednak indukcyjność śladów jest nadal szeregowa.
Dodatkowo, ponieważ w twoim GND masz szybkie prądy di / dt, potencjał wzdłuż śladów GND będzie różny w każdym miejscu. Zapamiętaj:
e = L di / dt
di = 100mA, dt = 20ns (szybki przełączający FET), L = 6nH na cm, a więc e = około 50mV na 10nH indukcyjności śladowej ... niezupełnie „niskoszumowy”.
... tak więc na takiej płytce drukowanej bez płaszczyzny uziemienia, gdy w grę wchodzą wysokie prądy tłuszczowe, zwykle nic nie można zmierzyć, ponieważ kształt sygnału bardzo się zmieni w zależności od tego, gdzie sondujesz ziemię.
Jak zauważyłeś, rozwiązaniem jest, aby na początku nie mieć żadnych wysokich częstotliwości i wysokich prądów di / dt w obwodzie yoru, a osiąga się to poprzez spowolnienie przełączania FET opornikiem.
Jeśli PWM jest wystarczająco wolny (powiedzmy 30 kHz), straty przełączania i tak będą bardzo małe.
Ma to tę dodatkową zaletę, że nie wysyła dużych impulsów di / dt do przewodów wentylatora, co uniemożliwia im działanie jako anteny i promieniowanie szumów w całym miejscu, co byłoby doskonałym sposobem na zbudowanie szerokopasmowego urządzenia zakłócającego radio ...
Nawet nie myśl, że L3 i C5 zrobią cokolwiek: częstotliwość samorezonansowa tych cewek jest zwykle dość niska (sprawdź arkusz danych), co oznacza, że przy interesujących częstotliwościach szumu są kondensatorami. Również twoja nasadka wyjściowa 100µF jest cewką indukcyjną. Wszystkie ślady są cewkami indukcyjnymi, szczególnie uziemieniem, co oznacza, że napięcie na wyjściu „GND” nie wynosi 0 V, ale będzie miało również pewien szum HF, to także doda trochę szumu w trybie wspólnym HF na twoich przewodach.
Podobnie, jeśli multipleksujesz diody LED lub skanujesz klawiaturę matrycową, nie używaj sterownika z krawędziami 5ns! Są to w zasadzie ogromne anteny. Kwadratowy sygnał z czasem narastania 5-10ns będzie miał nieprzyjemne harmoniczne znacznie powyżej 1-10 MHz bez względu na częstotliwość przełączania.
Więc ... chyba że chcesz dodatkowego procentu wydajności, zawsze zmieniaj tak wolno, jak tylko możesz. Dobrą zasadą jest unikanie problemów z EMI.
źródło
Zazwyczaj wrażliwa elektronika nie byłaby zasilana z tego samego źródła zasilania, co wentylator.
Częściej elektronika sterująca działa przy napięciu 5 V. Miałbyś więc regulator (regulator liniowy, jeśli chcesz naprawdę niskiej tętnienia) zmniejszający napięcie 12V do 5V. Dopóki napięcie 12 V nie spadnie do około 7 V, nadal będziesz mieć solidne zasilanie 5 V.
źródło
Usuń diodę D2. To zabija filtrowanie, które ma miejsce, gdy mosfet się wyłącza.
Wymaga to, aby kondensator C3 był wystarczająco duży, aby pochłonąć kolec.
źródło
Problem ten napotkałem jakiś czas temu z obudową RAID. Miał taki obwód - wysokowydajny przerywacz FET, dioda itp. Przełączał się przy około 30 kHz. Rezultatem było wiele hałasu PWM wyrzucanego na siejące spustoszenie dyski + 12V.
Ten pokazany obwód próbuje zachowywać się jak kontroler buck, ale tak naprawdę nie jest to konieczne.
W każdym razie oto, co zrobiłem dla „złego” helikoptera:
Brzmi szalenie, ale działa. Kombinacja cap / FET działa jako rodzaj zmiennej rezystancji, która moduluje prąd wentylatora, a tym samym jego prędkość.
Gdy FET jest wyłączony, nasadka ładuje się przez silnik. Gdy jest włączony, nasadka rozładowuje się przez FET, a silnik jest wciągany do napięcia szyny. To polega na zlokalizowaniu wysokoprądowej przejściowej pętli do FET i kapturka.
Przekonasz się, że możesz pozbyć się większości filtrów, a nawet zmniejszyć rozmiar nasadki do, powiedzmy, 33uF lub więcej.
źródło