Heizung mit PWM über MOSFET steuern

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Ich versuche, eine Heizspule (Widerstand ~ 0,9 Ohm) mit PWM über einen MOSFET zu steuern. Der PWM-Modulator basiert auf LM393, der MOSFET ist IRFR3704 (20 V, 60 A).

Aktueller Schaltplan

Wenn ich 1k Widerstand anstelle der Heizung platziere, läuft alles gut und die Wellenformen an den Testpunkten CH1 und CH2 sind nahezu quadratisch. Wenn ich jedoch eine tatsächliche Heizung in das Schema einbaue, tritt eine Schwingung an der fallenden Impulsflanke in dem Moment auf, in dem die Spannung Vth überschreitet (Kanäle werden hier gemischt: Der gelbe Oszilloskopkanal ist mit dem Testpunkt CH2 und der Cyan-Kanal mit CH1 verbunden). Die Schwingungsamplitude ist etwas größer als die Batteriespannung und erreicht maximal 16 V. Ich bin hauptsächlich ein Mikrocontroller-Spezialist und meine Kenntnisse über diese Art von Schaltungen sind schlecht. Ist es ein Effekt der Heizinduktivität oder etwas anderes? Wie kann man sich dem widersetzen?

Oszilloskop-Screenshot

— s0me0ne
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Ich denke, es würde helfen, die Frequenz dieser Schwingungen zu sehen. Die Heizung könnte mit einem der MOSFET-Parasiten, wahrscheinlich der Drain-Source-Kapazität, in Resonanz stehen. Wofür sind R1 und R6? Der Opamp erzwingt trotzdem immer eine Spannung?

— Herr Mystère

Heizungen werden aufgrund der langen Zeitkonstanten häufig als Ein / Aus mit möglicherweise einer gewissen Hysterese gesteuert. PWM ist nicht üblich für Heizungen

— Scott Seidman

PLM wird ebenfalls verwendet (entspricht PWM auf einer langen Zeitbasis - Pulslängenmodulation - zum Beispiel wären 50% 5 Minuten lang eingeschaltet, 5 Minuten lang ausgeschaltet). PWM verwendet normalerweise den Frequenzgang der Last als Tiefpass, sodass er einem variierenden Gleichstromwert entspricht. PLM verwendet typischerweise den Frequenzgang des gesamten Systems (z. B. Heizung + Raum) als Zeitkonstante, um eine genauere Verfolgung des gewünschten Zustands als nur eine Hysterese zu erreichen.

— Pete Kirkham

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Es ist wahrscheinlich nicht hauptsächlich von der Induktivität.

Wahrscheinlicher ist, dass das Ziehen von fast 8 Ampere aus der Batterie einen signifikanten Einfluss auf die Batteriespannung hat, und dies ändert die Schaltschwellen um den Komparator, der das PWM-Signal erzeugt.

Sie müssen den LM393 und R3 wahrscheinlich von einer geräuschärmeren Versorgung speisen, entweder RC-gefiltert (z. B. 50 Ohm und 1000 uf) von der Batterie oder besser von einem 5-V-LDO-Regler (mit Entkopplung).

Sie können den Pullup-Widerstand R1 an die volle Batteriespannung anschließen, um den FET so hart wie möglich einzuschalten, selbst wenn der LM393 mit 5 V versorgt wird.

Und da die Spannungsspitzen die Batteriespannung überschreiten, muss die Induktivität einen gewissen Effekt haben, daher wird die Flyback-Diode definitiv empfohlen.

— Brian Drummond
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+1 für Flyback-Diodenempfehlung. Zusätzlich verbessert ein großer (> 10 kμF) Elektrolitätskondensator über der Batterie die Wellenformen.

— GR Tech

+1 Ein Vorgeschmack auf positives Feedback würde nicht schaden, aber zuerst die Regulierung der Topfspannung (zumindest).

— Spehro Pefhany

Das Hinzufügen eines 2200uF-Kondensators parallel zur Batterie und das Versorgen eines Komparators über LDO haben den Trick getan. Ich sehe immer noch eine kleine Schwingung im Übergang, aber ich denke, ich kann sie sowieso nicht vollständig loswerden, wenn es um hohe Carrents geht. Danke!

— s0me0ne

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Es ist sehr wahrscheinlich die Induktivität. Der Mosfet schaltet sich sehr schnell aus und Sie erhalten eine Spannungsspitze von V = L (di / dt). Dies schaltet den Zenerschutz in Ihrem Mosfet ein und dann fließt der Strom um den Rest Ihres Stromkreises

Eine Flyback-Diode könnte den Trick machen.

Stellen Sie die Diode parallel zum Heizelement, wobei die Kathode an den Pluspol angeschlossen ist.

Wenn es jetzt ausgeschaltet wird, findet der Strom einen harmlosen Pfad über die Diode.

Vorsichtig. Die Diode erwärmt sich bei jedem Zyklus.

Von Ihrer Oszilloskopspur beträgt die Oszillationszeit ungefähr 100us

Strom = ungefähr 10A

V der Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt = 0,7 V.

E = VIT = 700 uJ (Ich weiß, dass dieser Kalk betrügt, wahrscheinlich weniger als die Hälfte dieses Betrags)

P = E * F (F = Schaltfrequenz)

wenn F = 1 kHz, dann ist P = 700 mW

Um Ihre Diode auszuwählen, multiplizieren Sie ihre Nennleistung in Watt mit Ihrer Schaltfrequenz in kHz.

— Johnno
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Ich sehe einen sehr bedeutenden Fehler in Ihrer Schaltung: Der LM393 hat einen Open-Collector-Ausgang. Wenn der Ausgang also "hoch" geht, geht er effektiv nur "nicht niedrig" und wird über R1 = 10k hochgezogen. Der Ladestromfluss in das MOSFET-Gate wird ebenfalls über R1 bereitgestellt, so dass das Einschalten extrem langsam ist. Dies ist kein Problem für die 1k-Dummy-Last, aber bei erheblichem Laststrom können die MOSFET-Parasiten (z. B. Miller-Effekt) Probleme verursachen, wie Sie sie beobachten.

Sie müssen Ihre Schaltung modifizieren, um das MOSFET-Gate über einen niederohmigen Pfad, möglicherweise über einen bipolaren Totempfahltreiber, viel schneller aufzuladen. Weitere Informationen finden Sie im TI-Anwendungshinweis "Entwurfs- und Anwendungshandbuch für Hochgeschwindigkeits-MOSFET-Gate-Ansteuerschaltungen" (SLUP169). als Referenz.

— Echtzeit
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Ein sehr nützlicher Anwendungshinweis, danke, dass Sie darauf hingewiesen haben! Ich denke, nachdem ich die beschriebenen Techniken implementiert habe, kann ich den Rest der Schwingung eliminieren, obwohl 95% des Problems schließlich durch Hinzufügen eines LDO gelöst wurden. Traurig, dass ich nicht zwei Antworten gleichzeitig akzeptieren kann 8 (

— s0me0ne

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Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Fügen Sie eine kleine positive Rückkopplung (durch den Widerstand) hinzu, um eine kleine Hysterese zu erzielen (in der Punkteinstellung durch R3 auf der Punktlinie der Sägezahn-Wellenform)

Zum Beispiel Widerstand 10 MB zwischen Knoten 3 und 1 U1 positive Rückkopplung für histerese - sichere Schwankung der Stromversorgung (Batterie)

Diode + Filter RC an Versorgung R3 hinzufügen

Spannungsbatterie ändern einen weiteren Schaltpunkt auf R3 setzen und Klappen Q1 erzeugen

und im Ergebnis positive Rückkopplungsschaltung durch Versorgungsfrequenz der Schwingung

(Entschuldigung für die Sprache)

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

— Gregor
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