Як боротися із шумом, який забруднює мій 12V рельс?

Я зробив контролер для 12В вентилятора постійного струму. Це в основному ємнісний перетворювач постійного струму, керований напругою. Він регулює напругу для вентилятора від 3В (найнижча швидкість, вентилятор тягне 60mA @ 3V) до 12V (повна швидкість, вентилятор витягує 240mA @ 12V). Цей контролер працює добре, він контролює швидкість вентилятора, як очікувалося. Я спробував зробити деяку фільтрацію, але все ще є якийсь значний шум, що забруднює мою рейку 12В. Як мінімізувати це?

Ось моя схема:

SW_SIGNAL - це лише сигнал ШІМ, де робочий цикл встановлюється іншим ланцюгом.

Проблема в точці А. Індуктор L1 призначений для фільтрації цього шуму, він працює, але не настільки добре, як я очікував:

Сигнал у точці B:

Таким чином, шум знижується з 6 В до 0,6 В, але 0,6 В - це величезний шум.
Це пов'язано з роботою перетворювача долара, а не самого вентилятора. Я спробував поставити резистор на 47 Ом 17 Вт замість вентилятора і шум все ще є. Я використовував датчики з найменшим пружинним контактом, щоб мінімізувати цикл.
Шум згасає лише у тому випадку, коли є 100% робочий цикл ШІМ, що очевидно, тому що 100% ШІМ припиняє комутацію.

Індуктори, які я використовую:

ОНОВЛЕННЯ:
Це макет (у верхній частині - перетворювач долара, роз'єм вентилятора з лівого боку, вхід напруги 12В в правій частині): я використовував загальні електролітичні конденсатори. Я не маю для них даних.

Я додав керамічні конденсатори 10uF до C1 та C3.
Я збільшив значення R2 з 0Ω до 220Ω.
Змінено D4 з US1G на SS12. Моя помилка, я використовував US1G спочатку.
А шум пішов під 10мВ (замість вентилятора використовувався резистор).

Після того як я включив вентилятор замість силового резистора:

UPDATE2:
Я використовував частоту комутації 130 кГц у своїй схемі. І час підйому / падіння був 10н.

Жовтий слід = затвор комутаційного транзистора Q2.
Блакитний слід = злив Q2 (час підйому на 10н).

Я змінив частоту до 28 кГц (мені потрібно буде використовувати більший індуктор через цю зміну), і збільшив час підйому / падіння до 100ns (я досяг цього, збільшуючи значення резистора R2 до 1kΩ).

Шум знизився до 2мВ pp.

Конденсатори 1000uF C1 і C3 можуть не дуже добре впоратися з такими високочастотними комутаційними перехідними процесами. Кришки великого значення завжди мають дуже погану характеристику високої частоти.

Я пропоную спробувати замінити 1000uF на низькі коефіцієнти ESR 47 - 220 мкФ і подивитися, як це відбувається. Може також розмістити керамічний конденсатор (100 нФ - 470 нФ) паралельно обом.

Я також пропоную переглянути цю відеоформа EEVBlog Дейва про байпасні ковпачки, хоча це не зовсім ваша ситуація, неідеальність конденсаторів, що пояснюються в цьому відео, також стосується вашої проблеми.

Ви можете спробувати збільшити значення R2. Це зменшить dv / dT на воротах і сповільнить краї, коли перемикач MOSFET. 10 Ом, як правило, хороше місце для початку, але, можливо, доведеться експериментувати.

Додавання до інших відповідей після оновлення макета ПК:

Без площини заземлення для створення землі з низькою індуктивністю кожна доріжка з маркуванням "GND" матиме досить високу індуктивність, близько 7 нГ / см для доріжки шириною 1 мм.

Таким чином, кришки неефективні при фільтрації ВЧ, оскільки мало індукторів (також відомих як сліди) є послідовно з кришками, збільшуючи їх ВЧ-опір. Керамічна кришка SMD має набагато нижчу індуктивність, ніж електролітична, не завдяки магії, а просто тому, що вона менша, тому вона буде краща при роз'єднанні ВЧ ... проте індуктивність слідів все ще послідовно.

Крім того, оскільки у вашому GND є швидкі струми di / dt, потенціал вздовж слідів GND буде змінюватися в усьому світі. Пам'ятайте:

e = L di / dt

di = 100mA, dt = 20ns (швидке перемикання FET), L = 6nH на см, таким чином e = приблизно 50mV на 10nH слідової індуктивності ... не зовсім "низький рівень шуму".

... таким чином, на такій друкованій платі без площини заземлення, коли в жирах залучаються великі струми, зазвичай неможливо нічого виміряти, тому що форма сигналу сильно зміниться залежно від місця випробування землі.

Як ви зауважили, рішення полягає в тому, щоб не почати ВЧ і високих ді / дт струмів в ланцюзі йору, а це досягається уповільненням перемикання FET за допомогою резистора.

Якщо ваша ШІМ досить повільна (скажімо, 30 кГц), втрати при комутації все одно будуть дуже малі.

Це має додаткову перевагу: не надсилати високі ді / дт імпульси у дроти вентилятора, що заважає їм діяти як антени і випромінювати шум повсюдно, що було б чудовим способом побудови широкосмугового радіоперешкоду ...

Навіть не думайте, що L3 і C5 нічого не зроблять: частота саморезонансу цих індукторів зазвичай досить низька (перевірте таблицю), що означає, що на частотах шуму, що цікавлять, вони є конденсаторами. Також ваш вихідний ковпачок 100 мкФ є індуктором. І всі сліди - це індуктори, особливо земля, що означає, що напруга на виході "GND" не 0В, але також буде мати високий шум високого струму, це також додасть шум загального режиму HF на ваших проводах.

Так само, якщо ви мультиплексуєте світлодіоди або скануєте матричну клавіатуру, не використовуйте драйвер із ребром 5ns! Це в основному величезні антени. Квадратний сигнал із часом підйому 5-10с матиме неприємні гармоніки вище 1-10 МГц незалежно від частоти комутації.

Отже ... якщо ви не хочете, щоб цей додатковий відсоток ефективності, завжди перемикайте так повільно, як ви можете піти! Добре правило, щоб уникнути проблем з ІМС.

Зазвичай ви не запускаєте вашу чутливу електроніку від того ж блоку живлення, що і вентилятор.

Більш зазвичай керуюча електроніка працює на 5В. Таким чином, у вас буде регулятор (лінійний регулятор, якщо ви хочете по-справжньому низько пульсаційний), зменшуючи 12В до 5В. Якщо напруга 12 В не знизиться до 7В, у вас все ще буде надійний 5В живлення.

Зніміть діод D2. Це вбиває фільтрацію, яка відбувається, коли MOSFET вимикається.

Для цього потрібно, щоб конденсатор С3 був досить великим, щоб поглинати шип.

Нещодавно я зіткнувся з цим питанням із додатком RAID. У нього була така схема - високий бічний подрібнювач FET, діод і т. Д. Він перемикався приблизно на 30 КГц. Результатом стало багато ШІМ-шуму, що наштовхувався на + 12В, що спричиняє хаос на дисководах.

Ця схема показала спроби поводитись як контролер долара, але це насправді не потрібно для цього.

У будь-якому випадку, ось що я зробив для «злого» чопера:

1. Поставте кришку послідовно з мотором. Детальніше про це трохи.
2. Проводите FET через ковпачок.

Звучить божевільно, але це працює. Комбінація кришки / FET виступає як різновид змінного опору, який модулює струм вентилятора, а отже, і його швидкість.

Коли FET вимкнено, ковпачок заряджається через двигун. Коли він включений, ковпачок розряджається через FET, а двигун підтягується до напруги в рейці. Для цього потрібно локалізувати перехідний цикл сильного струму до FET та кришки.

Ви побачите, що можете позбутися більшої частини фільтрування і навіть зменшити розмір кришки до, скажімо, 33uF або близько того.