Chauffage de contrôle avec PWM via MOSFET

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J'essaie de contrôler une bobine de chauffage (résistance ~ 0,9 Ohm) avec PWM en utilisant un MOSFET. Le modulateur PWM est basé sur LM393, le MOSFET est IRFR3704 (20V, 60A).

Schéma actuel

Si je place une résistance 1k à la place du chauffage, tout fonctionne bien et les formes d'onde aux points de test CH1 et CH2 sont presque carrées. Mais lorsque je place un élément chauffant réel dans le schéma, l'oscillation se produit sur le front descendant de l'impulsion au moment où la tension traverse Vth (les canaux sont mélangés ici: le canal jaune de l'oscilloscope est connecté au point de test CH2 et le canal cyan à CH1). L'amplitude d'oscillation est légèrement supérieure à la tension de la batterie et atteint 16 V à son maximum. Je suis surtout un spécialiste des microcontrôleurs et ma connaissance de ce type de circuits est faible. Est-ce un effet de l'inductance du chauffage ou autre chose? Comment s'y opposer?

Capture d'écran de l'oscilloscope

— s0me0ne
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Je pense qu'il serait utile de voir la fréquence de ces oscillations, le radiateur peut résonner avec l'un des parasites MOSFET, probablement la capacité drain-source. À quoi servent R1 et R6? L'ampli op force toujours une tension de toute façon?

— Monsieur Mystère

Les radiateurs sont souvent contrôlés en marche / arrêt avec peut-être une certaine hystérésis, en raison des longues constantes de temps impliquées. Le PWM n'est pas courant pour les radiateurs

— Scott Seidman

Le PLM est également utilisé (équivalent au PWM sur une longue base de temps - modulation de la longueur d'impulsion - par exemple, 50% serait activé pendant 5 minutes, désactivé pendant 5 minutes). Le PWM utilise généralement la réponse en fréquence de la charge pour agir comme un passe-bas, il est donc équivalent à une valeur DC variable; PLM utilise généralement la réponse en fréquence de l'ensemble du système (par exemple, chauffage + pièce) comme constante de temps pour donner un suivi plus proche de l'état souhaité que ne le ferait une hystérésis.

— Pete Kirkham

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Ce n'est probablement pas principalement dû à l'inductance.

Plus probablement, tirer près de 8 ampères de la batterie a un effet significatif sur la tension de la batterie, et cela modifie les seuils de commutation autour du comparateur générant le signal PWM.

Vous devez probablement alimenter les LM393 et R3 à partir d'une source de bruit plus faible, soit filtrée RC (disons 50 ohms et 1000 uf) de la batterie, ou peut-être mieux, à partir d'un régulateur LDO 5V (avec découplage).

Vous pouvez garder la résistance de rappel R1 connectée à la pleine tension de la batterie pour activer le FET aussi fort que possible, même avec le LM393 alimenté en 5V.

Et comme les pics de tension dépassent la tension de la batterie, l'inductance doit avoir un certain effet, la diode flyback est donc fortement recommandée.

— Brian Drummond
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+1 pour la recommandation de diode flyback. De plus, un grand condensateur électrolytique (> 10kμF) à travers la batterie améliorera les formes d'onde.

— GR Tech

+1 Un goût de rétroaction positive ne ferait pas de mal, mais la régulation de la tension du pot (au moins) d'abord.

— Spehro Pefhany

L'ajout d'un condensateur de 2200 uF en parallèle à la batterie et l'alimentation d'un comparateur à partir de LDO ont fait l'affaire. Je vois toujours une petite oscillation en transition, mais je pense que je ne peux pas m'en débarrasser complètement de toute façon lorsque des hautes carences sont impliquées. Je vous remercie!

— s0me0ne

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C'est très probablement l'inductance. Le mosfet s'éteint très rapidement et vous obtenez un pic de tension V = L (di / dt). Cela active la protection zener de votre mosfet, puis le courant circule dans le reste de votre circuit

Une diode fly-back pourrait faire l'affaire.

Mettez la diode en parallèle avec l'élément chauffant avec la cathode connectée à la borne positive.

Maintenant, quand il est éteint, le courant trouvera un chemin inoffensif via la diode.

Prudent. La diode chauffera à chaque cycle.

À partir de votre trace d'oscilloscope, le temps d'oscillation est d'environ 100us

Courant = environ 10A

V de diode polarisée en direct = 0,7 V

E = VIT = 700 uJ (je sais que ce calc est de la triche, c'est probablement moins de la moitié de ce montant)

P = E * F (F = fréquence de commutation)

si F = 1kHZ alors P = 700mW

Pour sélectionner votre diode, multipliez sa puissance nominale en watts par votre fréquence de commutation en kHz.

— Johnno
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Je peux voir un défaut très important dans votre circuit: le LM393 a une sortie à collecteur ouvert. Ainsi, lorsque la sortie passe à «haut», elle ne devient effectivement «pas basse» et est remontée via le R1 = 10k. Le flux de courant de charge dans la porte MOSFET est également fourni via R1, donc la mise en marche est extrêmement lente. Ce n'est pas un problème pour la charge factice 1k, mais avec un courant de charge important, les parasites MOSFET (par exemple, l'effet Miller) peuvent causer des problèmes du type de celui que vous observez.

Vous devez modifier votre circuit pour charger la porte MOSFET beaucoup plus rapidement via un chemin à faible impédance, peut-être via un pilote de totem bipolaire, voir la note d'application TI "Guide de conception et d'application pour les circuits de commande de porte MOSFET haute vitesse" (SLUP169) pour référence.

— temps réel
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Une note d'application très utile, merci de l'avoir pointée! Je pense qu'après avoir mis en œuvre les techniques décrites, je peux éliminer le reste de l'oscillation, bien que 95% du problème ait finalement été résolu en ajoutant un LDO. Triste, je ne peux pas accepter deux réponses à la fois 8 (

— s0me0ne

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entrez la description de l'image ici ajouter une petite rétroaction positive (par résistance) pour fournir une petite hystérésis (dans le réglage du point par R3 sur la ligne de point de la forme de sécurité en dents de scie

par exemple, résistance 10 Mo entre le noeud 3 et 1 U1 rétroaction positive pour histerese - fluctuation sécurisée de l'alimentation (batterie)

ajouter diode + filtre RC sur alimentation R3

changer la batterie de tension définir un autre point de commutation sur R3 et générer un flap Q1

et en résultat circuit de rétroaction positive par alimentation - fréquence d'oscillation

(désolé pour la langue)

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

— Gregor
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