12V 레일을 오염시키는 회로의 노이즈를 방지하는 방법은 무엇입니까?

12V DC 팬용 컨트롤러를 만들었습니다. 기본적으로 전압으로 제어되는 벅 DC-DC 컨버터입니다. 팬의 전압을 3V (최저 속도, 60mA @ 3V를 끌어 당김)에서 12V (최대 속도, 팬은 240mA @ 12V를 끌어 당김)까지 조절합니다. 이 컨트롤러는 제대로 작동하며 예상대로 팬 속도를 제어합니다. 필터링을 시도했지만 12V 레일을 오염시키는 심각한 노이즈가 여전히 있습니다. 그것을 최소화하는 방법?

내 회로는 다음과 같습니다.

SW_SIGNAL은 PWM 신호이며 듀티 사이클은 다른 회로에 의해 설정됩니다.

문제는 지점 A에 있습니다. 인덕터 L1은 해당 노이즈를 필터링하기위한 것으로, 작동하지만 예상 한대로 좋지 않습니다.

지점 B에서의 신호 :

따라서 잡음은 6V pp에서 0.6V pp로 낮아 지지만 0.6V는 큰 잡음입니다.
팬 자체가 아닌 벅 컨버터의 작동과 관련이 있습니다. 팬 대신 47Ω 17W 저항을 넣으려고했는데 잡음이 여전히 있습니다. 루프를 최소화하기 위해 스프링 접촉이 가장 작은 스코프 프로브를 사용하고있었습니다.
100 % PWM 듀티 사이클이있는 경우에만 잡음이 사라집니다. 100 % PWM이 스위칭을 중지하기 때문입니다.

내가 사용하는 인덕터 :

업데이트 :
이것은 레이아웃입니다 (위 부분은 벅 컨버터, 왼쪽의 팬 커넥터, 오른쪽의 12V 전원 입력) : 일반 전해 커패시터를 사용 했습니다 . 데이터 시트가 없습니다.

C1 및 C3에 10uF 세라믹 커패시터를 추가했습니다.
R2의 값을 0Ω에서 220Ω으로 증가 시켰습니다.
D4를 US1G에서 SS12로 변경했습니다. 내 실수로 원래 US1G를 사용했습니다.
그리고 잡음은 10mV 미만이었습니다 (팬 대신 저항이 사용됨).

전원 저항 대신 팬을 연결 한 후 :

업데이트 2 :
회로에서 130kHz 스위칭 주파수를 사용하고있었습니다. 그리고 상승 / 하강 시간은 10ns였습니다.

황색 트레이스 = 스위칭 트랜지스터 Q2의 게이트.
청색 트레이스 = Q2의 드레인 (10ns 상승 시간).

주파수를 28kHz로 변경하고 (이 변경으로 인해 더 큰 인덕터를 사용해야 함) 상승 / 하강 시간을 100ns로 늘 렸습니다 (저항 R2의 값을 1kΩ으로 증가시켜 달성했습니다).

소음이 2mV pp로 감소했습니다.

1000uF 커패시터 C1 및 C3은 이러한 고주파 스위칭 과도 상태를 잘 처리하지 못할 수 있습니다. 큰 값의 캡은 항상 매우 나쁜 고주파수 응답을 갖습니다.

1000uF를 47-220uF의 낮은 ESR 커패시터 로 교체하여 어떻게 진행되는지 살펴보십시오. 세라믹 커패시터 (100nF-470nF)를 둘 다 병렬로 배치 할 수도 있습니다 .

바이 패스 캡에 관한 Dave의 EEVBlog에서이 비디오를 시청 하는 것이 좋습니다 . 비록 여러분의 상황은 아니지만이 비디오에서 설명하는 커패시터의 비 이상성 은 문제에 적용됩니다.

R2의 가치를 높이려고 시도 할 수 있습니다. 그러면 게이트에서 dV / dT가 감소하고 MOSFET이 전환 될 때 가장자리가 느려집니다. 10 옴은 일반적으로 시작하기에 좋은 곳이지만 실험해야 할 수도 있습니다.

PCB 레이아웃 업데이트 후 다른 답변에 추가 :

낮은 인덕턴스 접지를 생성하기위한 접지 평면이 없으면 "GND"라고 표시된 모든 트랙은 1mm 폭의 트랙에 대해 약 7nH / cm의 인덕턴스를 갖습니다.

따라서, 작은 인덕터 (트레이스라고도 함)가 캡과 직렬로 연결되어 HF 임피던스가 증가하기 때문에 캡은 HF 필터링에 비효율적입니다. SMD 세라믹 캡은 전해액보다 인덕턴스가 훨씬 낮습니다. 마법 때문이 아니라 더 작기 때문에 HF 디커플링에서 더 좋을 것입니다. 그러나 트레이스의 인덕턴스는 여전히 직렬입니다.

또한 GND에 빠른 di / dt 전류가 있기 때문에 GND 트레이스의 전위는 모든 곳에서 다양합니다. 생각해 내다:

e = L di / dt

di = 100mA, dt = 20ns (고속 스위칭 FET), cm 당 L = 6nH, 따라서 e = 미량 인덕턴스 10nH 당 약 50mV ... 정확히 "저잡음"이 아닙니다.

... 접지 평면이없는 PCB의 경우, 고전류가 발생하는 경우 신호를 측정하는 위치에 따라 신호 모양이 많이 변경되므로 일반적으로 측정 할 수 없습니다.

아시다시피, 솔루션은 먼저 요루 회로에 HF 및 높은 di / dt 전류가 없어야하며 이는 저항으로 FET 스위칭 속도를 늦춤으로써 달성됩니다.

PWM이 충분히 느리면 (예 : 30kHz) 스위칭 손실이 매우 작습니다.

이것은 팬 와이어에 높은 di / dt 펄스를 보내지 않으면 서 안테나 역할을하지 않고 모든 곳에서 노이즈를 방출하지 못하게하여 광대역 라디오 방해 전파를 구축하는 훌륭한 방법입니다 ...

L3과 C5는 아무것도하지 않을 것이라고 생각하지 마십시오.이 인덕터의 자기 공진 주파수는 일반적으로 상당히 낮습니다 (데이터 시트 확인). 이는 관심 노이즈 주파수에서 커패시터입니다. 또한 100µF 출력 캡은 인덕터입니다. 그리고 모든 트레이스는 인덕터, 특히 접지입니다. 즉, 출력 "GND"의 전압이 0V가 아니지만 일부 HF 노이즈도 발생하므로 전선에 HF 공통 모드 노이즈도 추가됩니다.

마찬가지로, LED를 다중화하거나 매트릭스 키보드를 스캔하는 경우 5ns 에지 드라이버를 사용하지 마십시오! 이들은 기본적으로 거대한 안테나입니다. 5-10ns의 상승 시간을 가진 사각형 신호는 스위칭 주파수에 관계없이 1-10MHz 이상의 고조파를 갖습니다.

따라서 ... 효율성에서 추가 %를 원하지 않는 한 항상 도망 갈 수있는만큼 느리게 전환하십시오! EMI 문제를 피하는 것이 좋습니다.

일반적으로 민감한 전자 장치는 팬과 동일한 전원 공급 장치에서 작동하지 않습니다.

더 일반적으로, 제어 전자 장치는 5V에서 작동합니다. 따라서 12V를 5V로 낮추는 레귤레이터 (리플 레귤레이터가 필요한 경우 선형 레귤레이터)가 있습니다. 12V 전원이 약 7V까지 떨어지지 않는 한 여전히 견고한 5V 전원이 유지됩니다.

다이오드 D2를 제거하십시오. 이것은 mosfet가 꺼질 때 발생하는 필터링을 죽입니다.

이것은 커패시터 (C3)가 스파이크를 흡수하기에 충분히 커야한다.

RAID 엔클로저에서이 문제에 직면했습니다. 하이 사이드 초퍼 FET, 다이오드 등과 같은 회로가 있습니다. 약 30KHz로 전환되었습니다. 그 결과 디스크 드라이브의 + 12V 쇄도에 많은 PWM 노이즈가 발생했습니다.

이 회로는 벅 컨트롤러처럼 작동하려고 시도했지만 실제로는 필요하지 않습니다.

어쨌든, 여기 '악한'단속기를 위해 내가 한 일이 있습니다.

1. 캡을 모터와 직렬 로 놓습니다. 이것에 조금 더 있습니다.
2. 캡에 FET를 배선하십시오.

미친 듯이 들리지만 작동합니다. 캡 / FET 콤보는 팬 전류와 그 속도를 조절하는 가변 저항의 일종으로 작동합니다.

FET가 꺼져 있으면 캡이 모터를 통해 충전됩니다. 켜져 있으면 캡이 FET를 통해 방전되고 모터가 레일 전압으로 올라갑니다. 이것이하는 일은 고전류 과도 루프를 FET와 캡에 국한시키는 것입니다.

대부분의 필터링을 제거 할 수 있으며 캡의 크기를 33uF 정도로 줄일 수도 있습니다.