Riscaldatore di controllo con PWM tramite MOSFET

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Sto cercando di controllare una batteria di riscaldamento (resistenza ~ 0,9 Ohm) con PWM usando un MOSFET. Il modulatore PWM si basa su LM393, MOSFET è IRFR3704 (20 V, 60 A).

Schema attuale

Se posiziono la resistenza 1k al posto del riscaldatore, tutto funziona bene e le forme d'onda nei punti di test CH1 e CH2 sono quasi quadrate. Ma quando inserisco un vero riscaldatore nello schema, l'oscillazione si verifica sul fronte di discesa dell'impulso nel momento in cui la tensione attraversa Vth (i canali sono miscelati qui: il canale giallo dell'oscilloscopio è collegato al testpoint CH2 e il canale ciano a CH1). L'ampiezza dell'oscillazione è leggermente maggiore della tensione della batteria e raggiunge i 16 V al massimo. Sono principalmente uno specialista di microcontrollori e la mia conoscenza di questo tipo di circuiti è scarsa. È un effetto dell'induttanza del riscaldatore o qualcos'altro? Come contrastarlo?

Schermata dell'oscilloscopio

— s0me0ne
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Penso che aiuterebbe a vedere la frequenza di queste oscillazioni, il riscaldatore potrebbe risuonare con uno dei parassiti MOSFET, probabilmente capacità di drain-source. A cosa servono R1 e R6? L'opamp sta forzando una tensione comunque in ogni momento?

— Mister Mystère,

I riscaldatori sono spesso controllati come accesi / spenti con forse qualche isteresi, a causa delle costanti di lungo periodo coinvolte. PWM non è comune per i riscaldatori

— Scott Seidman,

Viene anche utilizzato il PLM (equivalente a PWM su una base di tempo lunga - modulazione della lunghezza dell'impulso - ad esempio il 50% sarebbe attivo per 5 minuti, spento per 5 minuti). PWM utilizza in genere la risposta in frequenza del carico per fungere da passa basso, quindi è equivalente a un valore DC variabile; Il PLM utilizza in genere la risposta in frequenza dell'intero sistema (ad es. Riscaldatore + stanza) come costante di tempo per fornire un tracciamento più vicino allo stato desiderato rispetto alla sola isteresi.

— Pete Kirkham,

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E ' probabilmente non è per lo più dalla induttanza.

Più probabilmente, il fatto di avvicinarsi a 8 A dalla batteria ha un effetto significativo sulla tensione della batteria e questo modifica le soglie di commutazione attorno al comparatore generando il segnale PWM.

Probabilmente dovrai alimentare l'LM393 e l'R3 da un'alimentazione a basso rumore, o con filtro RC (diciamo 50 ohm e 1000 uf) dalla batteria, o forse meglio, da un regolatore LDO a 5 V (con disaccoppiamento).

È possibile mantenere la resistenza di pullup R1 collegata alla piena tensione della batteria per accendere il FET il più duro possibile, anche con l'LM393 fornito da 5V.

E poiché i picchi di tensione superano la tensione della batteria, l'induttanza deve avere un certo effetto, quindi il diodo flyback è decisamente consigliato.

— Brian Drummond
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+1 per raccomandazione diodo flyback. Inoltre, un grande condensatore elettrolitico (> 10kμF) attraverso la batteria migliorerà le forme d'onda.

— GR Tech

+1 Un assaggio di feedback positivo non farebbe male, ma prima regola la regolazione della tensione del piatto.

— Spehro Pefhany,

L'aggiunta di un condensatore da 2200uF in parallelo alla batteria e l'alimentazione di un comparatore da LDO ha funzionato. Vedo ancora qualche piccola oscillazione durante la transizione, ma penso di non riuscire a liberarmene completamente quando sono coinvolte alte carenze. Grazie!

— sabato

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È molto probabilmente l'induttanza. Il mosfet si spegne molto velocemente e si ottiene un picco di tensione V = L (di / dt). Questo attiva la protezione zener nel tuo mosfet e quindi la corrente scorre attorno al resto del tuo circuito

Un diodo fly-back potrebbe fare il trucco.

Mettere il diodo in parallelo con l'elemento riscaldante con il catodo collegato al terminale positivo.

Ora quando è spento la corrente troverà un percorso innocuo attraverso il diodo.

Attento. Il diodo si surriscalda ad ogni ciclo.

Dalla traccia dell'oscilloscopio il tempo di oscillazione è di circa 100us

Corrente = circa 10A

V del diodo polarizzato in avanti = 0,7 V.

E = VIT = 700 uJ (So che questo calc sta tradendo, probabilmente meno della metà di questo importo)

P = E * F (F = frequenza di commutazione)

se F = 1kHZ quindi P = 700mW

Per selezionare il diodo, moltiplicare la potenza nominale in Watt per la frequenza di commutazione in kHz.

— Johnno
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Vedo un difetto molto significativo nel tuo circuito: l'LM393 ha un'uscita a collettore aperto. Quindi quando l'uscita diventa "alta" va effettivamente solo "non bassa" e viene tirata su tramite R1 = 10k. Anche il flusso di corrente di carica nel gate MOSFET viene fornito tramite R1, quindi l'accensione è estremamente lenta. Questo non è un problema per il carico fittizio 1k, ma con una corrente di carico significativa i parassiti MOSFET (ad es. Effetto Miller) possono causare problemi del tipo che si osserva.

È necessario modificare il circuito per caricare il gate MOSFET molto più velocemente tramite un percorso a bassa impedenza, magari tramite un driver totem bipolare, consultare la nota applicativa TI "Guida alla progettazione e all'applicazione per i circuiti di azionamento del gate MOSFET ad alta velocità" (SLUP169) per riferimento.

— tempo reale
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Una nota applicativa molto utile, grazie per averlo indicato! Penso che dopo aver implementato le tecniche descritte, posso eliminare il resto dell'oscillazione, sebbene il 95% del problema sia stato finalmente risolto aggiungendo un LDO. Triste, non posso accettare due risposte alla volta 8 (

— s0me0ne,

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inserisci qui la descrizione dell'immagine aggiungere un piccolo feedback positivo (tramite resistenza) per fornire una piccola isteresi (nella regolazione del punto da R3 sulla linea del punto della forma del dente di sega

per esempio resistenza 10 MB tra nodo 3 e 1 U1 feedback positivo per histerese - fluttuazione sicura sull'alimentazione elettrica (batteria)

aggiungere diodo + filtro RC sull'alimentazione R3

cambiare la tensione della batteria impostare un altro punto di commutazione su R3 e generare lo sbattimento Q1

e di conseguenza circuito di feedback positivo per alimentazione - frequenza di oscilazione

(scusa per la lingua)

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

— Gregor
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