PWM e tensão de saída

enquanto o concurso 555 já se foi há muito tempo, ainda estou depurando meu dispositivo, onde já abandonei o próprio 555 :-)

No momento, estou dirigindo o ventilador do PC a partir de um sinal PWM (30kHz) da atmel uC.

Estou ligando o P-MOSFET com um simples "driver" do transistor 1-BJT. A saída é filtrada com uma tampa de indutor de 22uH + 330uF. Certamente eu tenho diodo de propina no lugar.

O problema que tenho é que, enquanto tenho 256 "níveis" de PWM, estou obtendo a maior parte da diferença de saída em algum lugar no intervalo de 1 a 20. Parece que até pulsos curtos têm o "poder" de acionar o ventilador em potência máxima.

1) Como posso torná-lo "menos" poderoso? Terei fãs mais poderosos com pouca potência?

2) No dreno do mosfet, vejo 1-3Mhz tocando com alguma amplitude de 5V e, enquanto tudo funciona, eu não gosto (sem tocar na fonte ou no portão). O que causa e como devo combatê-lo?

Atualização: R1 - 1kOhm R2 - 47Ohm MOSFET - é PMOSFET da placa-mãe O diodo é um Schottky de tamanho médio, com queda de 0,2V.

Eu acho que você está sendo mordido pela física do fã.

A potência em um fluxo de ar em movimento é proporcional ao cubo da velocidade do ar, e a velocidade de rotação de uma hélice de passo fixo (ou seja, ventilador) é diretamente proporcional à velocidade do ar. Isso significa que, para dobrar a velocidade do ar do seu ventilador (ou sua taxa de rotação), você precisa colocar oito vezes mais energia. Ou, inversamente, para reduzir a velocidade pela metade, você precisa apenas de um oitavo da potência. Se você chamar a velocidade do ar no ciclo de trabalho de 100% de 'velocidade máxima', ocorrerá 'meia velocidade' em 1/8 do nível de potência; no ciclo de trabalho de 12,5%. De forma ainda mais dramática, o quarto de velocidade estaria em 1/8 disso , em apenas 1,5625% do ciclo de trabalho. Em outras palavras, qualquer velocidade que você obtenha nos ciclos de trabalho mais baixos é quase tudo o que você obterá, porque a força no ar em movimento é muito não linear.

Editado com base no esquema:

Você basicamente tem um conversor de buck lá. O canal P está agindo como o canal N do lado alto que você costuma ter em troca. Duvido que o FET esteja ligando tão solidamente quanto um canal N com drive lateral alto faria, mas ainda está agindo como um fanfarrão.

Se você não possui um bom controle de velocidade, provavelmente possui um ventilador que opera apenas em uma faixa de entrada DC limitada (10-12V) ou o canal P do lado alto está dissipando parte da tensão de entrada, limitando a tensão máxima DC que o fã pode ver.

Ou reorganize o fanfarrão para que o FET esteja no lado inferior e use um canal N lá.

Se você tiver HF tocando no MOSFET, poderá tentar diminuir a comutação aumentando a resistência do gate em série ou adicionar um circuito snubber RC de alta frequência através da fonte do gate para suprimir os anéis.

Há um tempo atrás fiz um circuito semelhante, basicamente um PWM com um filtro LC na saída. Este é, em essência, um conversor DC / DC reversível. Vou direto ao ponto: não funcionou.

O principal problema é que a tampa estava carregando completamente quando o PWM estava ligado e não descarregando completamente quando o PWM estava desligado - portanto, basicamente alimentando o ventilador 100% do tempo. Além disso, lembre-se de que a maioria dos ventiladores de 12V gira quando desligados apenas de 4V.

Minha sugestão é remover o filtro LC e ver se isso melhora as coisas (deveria). Se você não está tentando passar nos testes da FCC, está pronto. Se você estiver tentando passar nos testes, basta adicionar uma pequena tampa (1 uF ou menos). Além das emissões EMI, não há muitas razões para filtrar as coisas para um fã.

Como alternativa, se você deixar o filtro LC lá, o que você realmente está fazendo não é PWM usando o ventilador, mas controlando a velocidade variando a tensão. Para que isso funcione, você deve aumentar o tamanho do indutor e / ou aumentar a frequência PWM. Basicamente, você deseja fazer com que este conversor DC / DC buck de comutação funcione corretamente.

O ciclo de trabalho PWM variável, na tentativa de obter uma saída de tensão linear (ou quase linear), funciona quando você suaviza a carga e a descarga de uma "saída" que gera e baixa a corrente na mesma taxa. Normalmente, você veria isso com uma saída bipolar (com isso eu quero dizer polaridade, não BJT) alimentando um filtro R / C.

O que você construiu é um circuito de injeção de carga de ciclo variável (uma espécie de conversor buck) - você não controla a tensão porque a taxa de descarga do seu filtro é controlada pela carga, não pelo circuito PWM. Você está operando em um circuito aberto aqui - e, além de uma pequena janela, você não terá corrente suficiente e a voltagem será zero, ou terá corrente demais e terá voltagem total.

Suponho que um truque rápido para obter o resultado desejado seja ter um totem FET que puxe o lado esquerdo de L1 para o chão. Não tenho certeza se sua fonte de alimentação de 12V vai agradecer por isso.

"Mordido pela física do fã" parece provável.

Você pode recalcular sua escala de acordo com a lei do quadrado inverso p / 4πr ^ 2. Mas você precisará de mais de 8 bits de resolução PWM para fazer esse trabalho.