Управление нагревателем с помощью ШИМ через MOSFET

9

Я пытаюсь управлять нагревательной катушкой (сопротивление ~ 0,9 Ом) с помощью ШИМ, используя МОП-транзистор. ШИМ-модулятор основан на LM393, MOSFET - IRFR3704 (20 В, 60 А).

Текущая схема

Если я помещаю резистор 1 кОм вместо нагревателя, все работает нормально, а формы сигналов на контрольных точках CH1 и CH2 почти квадратные. Но когда я помещаю в схему настоящий нагреватель, колебание происходит на падающем фронте импульса в тот момент, когда напряжение пересекает Vth (каналы здесь смешаны: желтый канал осциллографа подключен к контрольной точке CH2, а голубой канал - к CH1). Амплитуда колебаний несколько больше, чем напряжение аккумулятора, и достигает максимума 16В. Я в основном специалист по микроконтроллерам, и мои знания о схемах такого рода плохие. Это влияние индуктивности нагревателя или что-то еще? Как противостоять этому?

Скриншот осциллографа

— s0me0ne
источник

Я думаю, что это поможет увидеть частоту этих колебаний, нагреватель может резонировать с одним из паразитных MOSFET, вероятно, емкость сток-исток. Для чего нужны R1 и R6? В любом случае операционный усилитель постоянно вызывает напряжение?

— Мистер Мистер

Нагреватели часто управляются как вкл / выкл, возможно, с некоторым гистерезисом из-за длительных постоянных. ШИМ не распространен для обогревателей

— Скотт Сейдман

Также используется PLM (эквивалентно ШИМ на большой временной основе - модуляция длительности импульса - например, 50% будет включено на 5 минут, выключено на 5 минут). ШИМ, как правило, использует частотную характеристику нагрузки, чтобы действовать как низкочастотный диапазон, поэтому он эквивалентен переменному значению постоянного тока; PLM обычно использует частотную характеристику всей системы (например, обогреватель + помещение) в качестве постоянной времени, чтобы обеспечить более точное отслеживание желаемого состояния, чем просто гистерезис.

— Пит Киркхэм,

8

Это, вероятно, не в основном от индуктивности.

Более вероятно, что напряжение, близкое к 8 А, от батареи оказывает существенное влияние на напряжение батареи, и это изменяет пороги переключения вокруг компаратора, генерирующего сигнал ШИМ.

Вам, вероятно, нужно питать LM393 и R3 от источника с более низким уровнем шума, либо RC, отфильтрованный (скажем, 50 Ом и 1000 мкФ) от батареи, или, возможно, лучше, от регулятора LDO 5 В (с развязкой).

Вы можете сохранить нагрузочный резистор R1 подключенным к полному напряжению батареи, чтобы включить FET как можно сильнее, даже если LM393 питается от 5В.

И поскольку пики напряжения превышают напряжение батареи, индуктивность должна иметь некоторый эффект, поэтому диод с обратной связью определенно рекомендуется.

— Брайан Драммонд
источник

+1 за рекомендацию обратного диода. Кроме того, большой (> 10 кОм) электролитический конденсатор на батарее улучшит формы сигнала.

— GR Tech

+1 Вкус положительной обратной связи не помешает, но сначала нужно отрегулировать напряжение (как минимум).

— Спехро Пефхани

Добавление конденсатора 2200 мкФ параллельно к батарее и питание компаратора от LDO сделали свое дело. Я все еще вижу небольшое колебание в переходном периоде, но я думаю, что я не могу полностью избавиться от него, когда задействованы высокие уровни. Спасибо!

— s0me0ne

2

Это очень вероятно индуктивность. Mosfet отключается очень быстро, и вы получаете скачок напряжения V = L (di / dt). Это включает защиту Zener в вашем Mosfet, а затем ток проходит вокруг остальной части вашей цепи

Диод с обратной связью может помочь.

Установите диод параллельно нагревательному элементу с катодом, подключенным к положительной клемме.

Теперь при его отключении ток через диод найдет безвредный путь.

Осторожный. Диод будет нагреваться с каждым циклом.

От вашего осциллографа след колебания составляет около 100 мкс

Ток = около 10А

V диода прямого смещения = 0,7 В

E = VIT = 700 мДж (я знаю, что этот счет обманывает, вероятно, он составляет менее половины этой суммы)

P = E * F (F = частота переключения)

если F = 1 кГц, то P = 700 мВт

Чтобы выбрать диод, умножьте его номинальную мощность в ваттах на частоту переключения в кГц.

— Johnno
источник

2

Я вижу очень существенный недостаток в вашей схеме: LM393 имеет выход с открытым коллектором. Поэтому, когда выходной сигнал становится «высоким», он фактически становится только «не низким» и поднимается через R1 = 10k. Ток заряда в затвор MOSFET также подается через R1, поэтому включение происходит очень медленно. Это не проблема для фиктивной нагрузки 1k, но при значительном токе нагрузки паразитные свойства MOSFET (например, эффект Миллера) могут вызвать проблемы, которые вы наблюдаете.

Вам нужно изменить схему, чтобы зарядить затвор MOSFET намного быстрее через низкоимпедансный тракт, возможно, через биполярный драйвер тотемного полюса, см. Замечание по применению TI «Руководство по проектированию и применению для высокоскоростных цепей привода затвора MOSFET» (SLUP169) для справки.

— в режиме реального времени
источник

Очень полезное примечание к приложению, спасибо за указание на него! Я думаю, что после реализации описанных методов я могу устранить оставшуюся часть колебаний, хотя 95% проблемы было окончательно решено путем добавления LDO. Грустно, я не могу принять два ответа одновременно 8 (

— s0me0ne

1

введите описание изображения здесь добавить небольшую положительную обратную связь (через резистор), чтобы обеспечить небольшой гистерезис (при настройке точки с помощью R3 на линии точек пилообразной пластины

например, резистор 10 МБ между узлом 3 и 1 U1, положительная обратная связь для гистерезиса - безопасное колебание мощности (аккумулятор)

добавить диод + фильтр RC на питание R3

измените напряжение батареи, установите другую точку поворота на R3 и создайте колебание Q1

а в цепи питания положительной обратной связи - частота колебаний

(извините за язык)

http://en.wikipedia.org/wiki/Schmitt_trigger

— Грегор
источник