วิธีการต่อสู้กับเสียงรบกวนจากวงจรของฉันทำให้รางรถไฟ 12V ของฉันสกปรก

ฉันสร้างคอนโทรลเลอร์สำหรับพัดลม 12V DC มันเป็นพื้นแปลงเจ้าชู้ DC-DC ควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้า มันควบคุมแรงดันไฟฟ้าสำหรับพัดลมจาก 3V (ความเร็วต่ำสุดพัดลมดึง 60mA @ 3V) ถึง 12V (ความเร็วเต็มพัดลมดึง 240mA @ 12V) ตัวควบคุมนี้ทำงานได้ดีมันควบคุมความเร็วของพัดลมตามที่คาดไว้ ฉันพยายามทำการกรองบางอย่าง แต่ยังมีสัญญาณรบกวนที่สำคัญที่ทำให้เกิดปัญหากับรางรถไฟ 12V ของฉัน จะลดได้อย่างไร?

นี่คือวงจรของฉัน:

SW_SIGNAL เป็นเพียงสัญญาณ PWM ที่กำหนดรอบการทำงานโดยวงจรอื่น ๆ

ปัญหาอยู่ที่จุด A ตัวเหนี่ยวนำ L1 มีไว้เพื่อกรองสัญญาณรบกวนมันทำงานได้ แต่ไม่ดีอย่างที่ฉันคาดไว้:

สัญญาณที่จุด B:

ดังนั้นเสียงจะลดลงจาก 6V pp เป็น 0.6V pp แต่ 0.6V เป็นเสียงรบกวนมาก
มันเกี่ยวข้องกับการทำงานของตัวแปลงบั๊กไม่ใช่ตัวพัดลม ฉันพยายามใส่ตัวต้านทาน47Ω 17W แทนพัดลมและเสียงยังคงอยู่ ฉันกำลังใช้โพรบขอบเขตกับหน้าสัมผัสสปริงที่เล็กที่สุดเพื่อลดการวนซ้ำ
เสียงจะหายไปเฉพาะในกรณีที่มีรอบการทำงาน 100% PWM สิ่งที่ชัดเจนเพราะ PWM 100% หยุดการสลับ

ตัวเหนี่ยวนำที่ฉันใช้:

UPDATE:
นี่คือเลย์เอาต์ (ส่วนบนคือตัวแปลงบั๊ก, คอนเน็กเตอร์พัดลมที่ด้านซ้าย, อินพุตกำลังไฟ 12V ที่ด้านขวา): ฉันใช้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าทั่วไป ฉันไม่มีแผ่นข้อมูลสำหรับพวกเขา

ฉันได้เพิ่มตัวเก็บประจุเซรามิก 10uF ใน C1 และ C3
ฉันเพิ่มมูลค่า R2 จาก 0 R2 เป็น220Ω
เปลี่ยน D4 จาก US1G เป็น SS12 ความผิดพลาดของฉันฉันใช้ US1G ในตอนแรก
และเสียงรบกวนต่ำกว่า 10mV (ตัวต้านทานถูกใช้แทนพัดลม)

หลังจากฉันเสียบปลั๊กพัดลมแทนตัวต้านทานพลังงาน:

UPDATE2:
ฉันใช้ความถี่ในการสลับ 130kHz ในวงจรของฉัน และเพิ่มขึ้น / ลดลงเท่า 10ns

Yellow trace = เกตของทรานซิสเตอร์สลับ Q2
Blue trace = drain ของ Q2 (เวลาเพิ่มขึ้น 10ns)

ฉันเปลี่ยนความถี่เป็น 28kHz (ฉันจะต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำที่ใหญ่กว่าเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงนี้) และเพิ่มขึ้น / ลดลงเป็น 100ns (ฉันทำได้โดยการเพิ่มค่าตัวต้านทาน R2 เป็น1kΩ)

เสียงดังลดลงเหลือ 2mV pp

ตัวเก็บประจุ 1000uF C1 และ C3 อาจไม่สามารถจัดการกับการสลับเปลี่ยนความถี่สูงได้เป็นอย่างดี ค่าขนาดใหญ่ที่มีการตอบสนองความถี่สูงที่ดีเสมอ

ฉันแนะนำให้ลองเปลี่ยน 1,000uF ด้วยตัวเก็บประจุESR ต่ำที่ 47 - 220 uF และดูว่ามันจะเป็นอย่างไร อาจวางตัวเก็บประจุเซรามิก (100 nF - 470 nF) ควบคู่กับทั้งคู่

ฉันขอแนะนำให้ดูวิดีโอนี้ในรูปแบบ EEVBlog ของ Daveเกี่ยวกับการบายพาสแบบแคปแม้ว่าจะไม่ตรงกับสถานการณ์ของคุณ แต่ตัวเก็บประจุที่ไม่ใช่อุดมคติที่อธิบายไว้ในวิดีโอนี้ก็นำไปใช้กับปัญหาของคุณเช่นกัน

คุณอาจลองเพิ่มค่าของ R2 สิ่งนี้จะลด dV / dT บนเกตและชะลอความเร็วเมื่อมอสเฟตสลับ 10 โอห์มมักเป็นจุดเริ่มต้นที่ดี แต่คุณอาจต้องทำการทดสอบ

การเพิ่มคำตอบอื่น ๆ หลังจากอัปเดตเค้าโครง PCB ของคุณ:

หากไม่มีระนาบกราวด์เพื่อสร้างพื้นเหนี่ยวนำต่ำทุกแทร็กที่มีป้ายกำกับ "GND" จะมีการเหนี่ยวนำค่อนข้างสูงประมาณ 7nH / cm สำหรับแทร็กกว้าง 1 มม.

ดังนั้นตัวกรองจึงไม่มีประสิทธิภาพในการกรอง HF เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็ก (หรือที่รู้จักในชื่อร่องรอย) อยู่ในลำดับเดียวกับตัวแคปทำให้เพิ่มความต้านทาน HF ฝาเซรามิก SMD มีการเหนี่ยวนำที่ต่ำกว่าอิเล็กโทรไลต์ไม่ได้เกิดจากเวทย์มนตร์ แต่เพียงเพราะมันมีขนาดเล็กกว่าดังนั้นมันจะดีกว่าที่ HF decoupling ... แต่การเหนี่ยวนำของร่องรอยยังคงอยู่ในซีรีย์

นอกจากนี้เนื่องจากคุณมีกระแส di / dt อย่างรวดเร็วใน GND ของคุณศักยภาพในการติดตามของ GND จะแตกต่างกันไปทุกที่ โปรดจำไว้ว่า:

e = L di / dt

di = 100mA, dt = 20ns (การสลับอย่างรวดเร็ว FET), L = 6nH ต่อ cm ดังนั้น e = ประมาณ 50mV ต่อ 10nH ของการเหนี่ยวนำการติดตาม ... ไม่ใช่ "สัญญาณรบกวนต่ำ"

... ดังนั้นบน PCB ดังกล่าวที่ไม่มีระนาบกราวด์เมื่อไขมันสูงเข้ามาเกี่ยวข้องมันมักจะเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดสิ่งใดเพราะรูปร่างของสัญญาณจะเปลี่ยนไปมากขึ้นอยู่กับที่คุณสำรวจพื้นดิน

ดังที่คุณสังเกตเห็นวิธีแก้ปัญหาคือไม่ให้มีกระแส HF และ di / dt ใด ๆ ในวงจร yoru เริ่มต้นและสิ่งนี้ทำได้โดยการชะลอการสลับ FET ด้วยตัวต้านทาน

หาก PWM ของคุณช้าพอ (เช่น 30 kHz) การสลับการสูญเสียจะมีขนาดเล็กมากอยู่ดี

สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างมากเมื่อไม่ส่งสัญญาณ di / dt สูงในสายพัดลมซึ่งป้องกันไม่ให้มันทำหน้าที่เป็นเสาอากาศและส่งเสียงดังไปทั่วสถานที่ซึ่งจะเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการสร้าง jammer วิทยุ wideband ...

อย่าคิดว่า L3 และ C5 จะทำอะไรเลย: ความถี่ในการสั่นพ้องของตัวเหนี่ยวนำเหล่านี้มักจะค่อนข้างต่ำ (ตรวจสอบแผ่นข้อมูล) ซึ่งหมายถึงความถี่เสียงที่น่าสนใจพวกมันคือตัวเก็บประจุ นอกจากนี้ฝาปิดเอาต์พุต 100µF ของคุณยังเป็นตัวเหนี่ยวนำ และร่องรอยทั้งหมดเป็นตัวเหนี่ยวนำโดยเฉพาะอย่างยิ่งบนพื้นดินซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าของเอาต์พุต "GND" ไม่ใช่ 0V แต่จะมีสัญญาณรบกวน HF ด้วยเช่นนี้จะเพิ่มสัญญาณรบกวนโหมด HF ทั่วไปบนสายของคุณ

ในทำนองเดียวกันถ้าคุณมัลติเพล็กซ์ LED หรือสแกนแป้นพิมพ์เมทริกซ์อย่าใช้ไดรเวอร์ด้วยขอบ 5ns! เสาอากาศเหล่านี้มีขนาดใหญ่โดยทั่วไป สัญญาณสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีเวลาเพิ่มขึ้น 5-10ns จะมีฮาร์โมนิกที่น่ารังเกียจสูงกว่า 1-10 MHz ไม่ว่าจะมีความถี่ในการสลับ

ดังนั้น ... หากคุณไม่ต้องการประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น% ให้เปลี่ยนช้าที่สุดเท่าที่จะทำได้! เป็นกฎง่ายๆที่จะหลีกเลี่ยงปัญหา EMI

โดยทั่วไปแล้วคุณจะไม่ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนของคุณจากแหล่งจ่ายไฟเดียวกันกับพัดลม

โดยทั่วไปแล้วชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จะทำงานที่ 5V ดังนั้นคุณจะมีตัวควบคุม (ตัวควบคุมเชิงเส้นถ้าคุณต้องการระลอกคลื่นต่ำจริง ๆ ) ก้าว 12V ลงไปที่ 5V ยกเว้นว่าแหล่งจ่ายไฟ 12V จะลดลงจนถึงประมาณ 7V คุณจะยังคงมีแหล่งจ่ายไฟ 5V ที่แข็งแกร่ง

ลบไดโอด D2 นั่นจะฆ่าตัวกรองที่เกิดขึ้นเมื่อ mosfet ปิดลง

สิ่งนี้ต้องการให้ตัวเก็บประจุ C3 มีขนาดใหญ่พอที่จะรับแรงได้

ฉันพบปัญหานี้เมื่อไม่นานมานี้พร้อมกับตู้ RAID มันมีวงจรเช่นนี้ - สับ FET, ไดโอดสูง ฯลฯ มันเปลี่ยนที่ประมาณ 30KHz ผลที่ได้คือเสียง PWM จำนวนมากที่ถูกเตะเข้าสู่ + 12V ทำให้เกิดความเสียหายบนดิสก์ไดรฟ์

วงจรนี้แสดงความพยายามในการทำงานเหมือนตัวควบคุมบั๊ก แต่มันไม่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้

อย่างไรก็ตามนี่คือสิ่งที่ฉันทำเพื่อสับ 'ชั่ว':

1. ใส่หมวกเป็นชุดด้วยมอเตอร์ เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในอีกสักหน่อย
2. ต่อสาย FET เข้ากับฝาปิด

ฟังดูบ้า แต่ก็ใช้งานได้ คำสั่งผสมหมวก / FET ทำหน้าที่เป็นชนิดของความต้านทานผันแปรซึ่งปรับเปลี่ยนกระแสพัดลมและทำให้ความเร็ว

เมื่อ FET ดับฝาปิดจะชาร์จประจุผ่านมอเตอร์ เมื่อเปิดใช้งานหมวกจะปล่อยผ่าน FET และมอเตอร์จะถูกดึงขึ้นไปตามแรงดันไฟฟ้าของราง สิ่งนี้ทำคือการแปลวงรอบสูงปัจจุบันชั่วคราวเพื่อ FET และหมวก

คุณจะพบว่าคุณสามารถกำจัดตัวกรองส่วนใหญ่ของคุณได้และแม้แต่ลดขนาดของฝาให้เป็น 33uF หรือมากกว่านั้น