12V rayımı kirleten devremden gelen gürültü ile nasıl başa çıkılır?

12V DC fan için bir kontrolör yaptım. Temelde voltajla kontrol edilen bir DC-DC dönüştürücüsüdür. Fan için voltajı 3V'tan (en düşük hız, fan 60mA @ 3V'a çeker) ila 12V'a (tam hız, fan 240mA @ 12V çeker) düzenler. Bu kontrolör iyi çalışıyor, fan hızını beklendiği gibi kontrol ediyor. Biraz filtreleme yapmaya çalıştım ama 12V rayımı kirleten hala önemli miktarda gürültü var. Nasıl en aza indirilir?

İşte benim devrem:

SW_SIGNAL, görev döngüsünün diğer devre tarafından ayarlandığı sadece bir PWM sinyalidir.

Sorun A noktasındadır. İndüktör L1 bu gürültüyü filtrelemek içindir, çalışır ancak beklediğim kadar iyi değil:

B noktasındaki sinyal:

Böylece ses 6V pp'den 0.6V pp'ye düşürüldü, ancak 0.6V çok büyük bir gürültü.
Bu fan dönüştürücünün çalışması ile ilgilidir, fanın kendisiyle değil. Fan yerine 47Ω17W'luk bir direnç koymaya çalıştım ve gürültü hala orada. Döngüyü en aza indirgemek için en küçük yay temaslı kapsam probları kullanıyordum.
Gürültü yalnızca% 100 PWM görev döngüsü olduğunda ortadan kalkar, çünkü% 100 PWM anahtarlamayı durdurur.

Kullandığım indüktörler:

GÜNCELLEME:
Bu, düzenin (üst kısım, kova dönüştürücü, sol tarafta fan konektörü, sağ tarafta 12V güç girişidir): Genel elektrolitik kondansatörler kullandım. Onlar için veri sayfam yok.

C1 ve C3'e 10 uF seramik kapasitörler ekledim.
R2'nin değerini 0Ω'dan 220 increased'ye yükselttim.
D4, US1G'den SS12'ye değiştirildi. Benim hatam, aslında US1G'yi kullandım.
Gürültü 10mV altına düştü (fan yerine direnç kullanıldı).

Güç direnci yerine fanı taktıktan sonra:

UPDATE2:
Devremde 130kHz anahtarlama frekansı kullanıyordum. Ve yükselme / düşme süreleri 10ns idi.

Sarı iz = anahtarlama transistörü Q2'nin kapısı.
Mavi iz = Q2'nin boşaltılması (10ns yükselme süresi).

Frekansı 28kHz olarak değiştirdim (bu değişiklik nedeniyle daha büyük indüktör kullanmam gerekecek) ve yükselme / düşme sürelerini 100ns'e yükselttim (direnç R2 değerini 1kΩ'ye yükselterek başardım).

Gürültü 2mV pp'ye düştü.

1000uF kapasitörleri C1 ve C3, bu gibi yüksek frekanslı anahtarlama geçici işlemlerini çok iyi idare edemeyebilir . Büyük değerli kapaklar her zaman çok kötü yüksek frekans yanıtına sahiptir.

1000uF'yi 47 - 220 uF düşük ESR kapasitörleriyle değiştirmeyi deniyorum ve bunun nasıl yürüdüğünü görün. Belki her ikisine paralel bir seramik kondansatör (100 nF - 470 nF) de yerleştirebilirsiniz.

Ayrıca, bu videoyu Dave'in EEVBlog'unu bypass kapakları hakkında izlemenizi öneririm , tam olarak sizin durumunuz olmasa da, bu videoda açıklanan kapasitörlerin idealsizlikleri de probleminiz için geçerli.

R2'nin değerini yükseltmeyi deneyebilirsiniz. Bu, kapıdaki dV / dT'yi azaltır ve mosfet değiştiğinde kenarları yavaşlatır. 10 ohm, genellikle başlamak için iyi bir yerdir, ancak denemeniz gerekebilir.

PCB mizanpaj güncellemenizden sonra diğer cevapları eklemek için:

Düşük endüktanslı bir toprak oluşturmak için bir toprak düzlemi olmadan, "GND" etiketli her iz 1 mm genişliğinde bir iz için yaklaşık 7nH / cm olan oldukça yüksek bir endüktansa sahip olacaktır.

Bu yüzden kapaklar HF'yi filtreleme konusunda yetersizdir, çünkü küçük indüktörler (izler olarak da bilinir) kapaklarla seri halindedir, HF empedanslarını arttırır. Bir SMD seramik başlığın bir elektrolitikten çok daha düşük bir endüktansı vardır, sihirden dolayı değil, sadece daha küçük olduğundan, HF dekuplajında ​​daha iyi olur ... ancak izlerin indüktansı hala seridir.

Ek olarak, GND'nizde hızlı di / dt akımları bulunduğundan, GND izleri boyunca potansiyel her yerde değişecektir. Hatırlamak:

e = L di / dt

di = 100mA, dt = 20ns (hızlı anahtarlama FET), cm başına L = 6nH, bu nedenle e = 10nH iz indüktansı başına yaklaşık 50mV ... tam olarak "düşük gürültü" değil.

... böylece, yüksek akımlara sahip yağlar söz konusu olduğunda, topraklama uçağı olmayan bir PCB üzerinde, herhangi bir şeyi ölçmek imkansızdır, çünkü sinyal şekli, zemini araştırdığınız yere bağlı olarak çok değişecektir.

Sizin de fark ettiğiniz gibi, çözüm, yoru devresinde HF ve yüksek di / dt akımlara sahip olmak değildir ve bu, FET anahtarlaması bir dirençle yavaşlatılarak elde edilir.

PWM'niz yeterince yavaşsa (örneğin, 30 kHz), anahtarlama kayıpları yine de çok küçük olacaktır.

Bu, fan tellerine yüksek di / dt darbeleri göndermeme özelliğine sahiptir ve bu, anten gibi davranmalarını ve yerin her tarafına yayılan gürültüyü yaymalarını sağlar; bu, geniş bantlı bir radyo sıkışması oluşturmak için mükemmel bir ...

L3 ve C5'in bir şey yapacağını düşünmeyin bile: Bu indüktörlerin kendi kendine rezonans frekansı genellikle oldukça düşüktür (veri sayfasını kontrol edin), yani ilgili gürültü frekanslarında kondansatörlerdir. Ayrıca 100µF çıkış başlığınız bir indüktördür. Ve tüm izler indüktör, özellikle toprak, yani "GND" çıkışındaki voltaj 0V değil, aynı zamanda HF gürültüsüne de sahip olacak, bu da tellerinize bazı HF ortak mod gürültüsü katacaktır.

Aynı şekilde, LED'leri çoğaltırsanız veya bir matris klavyesini tararsanız, 5ns kenarlı bir sürücü kullanmayın! Bunlar temelde dev antenlerdir. 5-10ns yükselme süresi olan bir kare sinyal, anahtarlama frekansı ne olursa olsun 1-10 MHz'nin üzerinde kötü harmoniklere sahip olacaktır.

Yani ... verimlilikte bu ekstra% oranı istemiyorsanız, daima elinizden geldiğince yavaş geçin! EMI problemlerinden kaçınmak için iyi bir kuraldır.

Genelde, hassas elektroniğinizi fan ile aynı güç kaynağından çekmezsiniz.

Daha genel olarak, kontrol elektroniği 5V'da çalışır. Bu yüzden 12V'u 5V'a düşüren bir regülatöre (gerçekten düşük dalgalanma istiyorsanız doğrusal bir regülatöre) sahip olacaksınız. 12V beslemesi 7V'a kadar düşmediği sürece, hala sağlam bir 5V beslemeye sahip olacaksınız.

D2 diyotunu çıkarın. Bu, mosfet kapandığında meydana gelen filtrelemeyi öldürür.

Bu, C3 kapasitörünün, sivri uçları emecek kadar büyük olmasını gerektirir.

Bu sorunla bir süre önce bir RAID kasasıyla karşılaştım. Bunun gibi bir devresi vardı - yüksek taraf kıyıcı FET, diyot vb. Yaklaşık 30KHz'de değişti. Sonuç, disk sürücülerindeki + 12V gıcırtılı hasara yol açan çok sayıda PWM gürültüsü oldu.

Gösterilen bu devre bir kova denetleyicisi gibi davranmaya çalışır, ancak bunun için gerçekten gerekli değildir.

Her neyse, işte 'şeytan helikopteri için yaptığım şey:

1. Kapağı motorla seri halde yerleştirin. Biraz daha bu konuda daha fazla.
2. FET'i başlığın karşısına geçirin.

Kulağa çılgınca geliyor ama işe yarıyor. Başlık / FET combo, fan akımını ve dolayısıyla hızını modüle eden değişken bir direnç işlevi görür.

FET kapalıyken, kapak motordan şarj olur. Açık olduğunda, kapak FET içinden boşalır ve motor ray voltajına çekilir. Bunun yaptığı, yüksek akım geçici döngüsünü FET ve başlığa yerelleştirmek.

Filtrelemenizin çoğundan kurtulabileceğinizi ve hatta kapağın boyutunu 33 uF'ye kadar azaltabileceğinizi göreceksiniz.