Aquecedor de controle com PWM através do MOSFET

Estou tentando controlar uma bobina do aquecedor (resistência ~ 0,9 Ohm) com PWM usando um MOSFET. O modulador PWM é baseado em LM393, o MOSFET é IRFR3704 (20V, 60A).

Se eu colocar um resistor de 1k no lugar do aquecedor, tudo corre bem e as formas de onda nos pontos de teste CH1 e CH2 são quase quadradas. Mas quando coloco um aquecedor real no esquema, a oscilação ocorre na extremidade descendente do pulso no momento em que a tensão cruza Vth (os canais são misturados aqui: o canal do osciloscópio amarelo é conectado ao ponto de teste CH2 e o canal ciano ao CH1). A amplitude da oscilação é um pouco maior que a tensão da bateria e atinge 16V no máximo. Sou principalmente um especialista em microcontroladores e meu conhecimento desse tipo de circuito é fraco. É um efeito da indutância do aquecedor ou algo mais? Como se opor?

É provavelmente não principalmente a partir da indutância.

Provavelmente, puxar para perto de 8 A da bateria tem um efeito significativo na tensão da bateria e isso altera os limites de comutação em torno do comparador que gera o sinal PWM.

Você provavelmente precisará alimentar o LM393 e o R3 a partir de um suprimento de ruído mais baixo, filtrado por RC (digamos 50 ohms e 1000 uf) da bateria, ou talvez melhor, de um regulador LDO de 5V (com desacoplamento).

Você pode manter o resistor pull-up R1 conectado à tensão total da bateria para ligar o FET o mais forte possível, mesmo com o LM393 fornecido de 5V.

E como os picos de tensão excedem a tensão da bateria, a indutância deve ter algum efeito, de modo que o diodo de retorno é definitivamente recomendado.

Provavelmente é a indutância. O mosfet desliga muito rápido e você obtém um pico de tensão V = L (di / dt). Isso ativa a proteção zener no seu mosfet e, em seguida, a corrente circula pelo resto do seu circuito

Um diodo fly-back pode fazer o truque.

Coloque o diodo em paralelo com o elemento aquecedor com o cátodo conectado ao terminal positivo.

Agora, quando desligada, a corrente encontrará um caminho inofensivo através do diodo.

Cuidado. O diodo aquece a cada ciclo.

No traço do osciloscópio, o tempo de oscilação é de aproximadamente 100us

Atual = cerca de 10A

V do diodo polarizado para a frente = 0,7V

E = VIT = 700 uJ (eu sei que esse cálculo está enganando, provavelmente menos da metade dessa quantidade)

P = E * F (F = frequência de comutação)

se F = 1kHZ então P = 700mW

Para selecionar seu diodo, multiplique sua potência em Watts pela frequência de chaveamento em kHz.

Percebo uma falha muito significativa em seu circuito: o LM393 possui uma saída de coletor aberto. Portanto, quando a saída fica "alta", efetivamente fica apenas "não baixa" e é puxada para cima via R1 = 10k. O fluxo da corrente de carga na porta do MOSFET também é fornecido via R1, portanto, a ativação é extremamente lenta. Isso não é um problema para a carga fictícia de 1k, mas com uma corrente de carga significativa, os parasitas MOSFET (por exemplo, efeito Miller) podem causar problemas do tipo que você observa.

Você precisa modificar seu circuito para carregar a porta MOSFET muito mais rapidamente por um caminho de baixa impedância, talvez por um driver de totem bipolar, consulte a Nota de aplicação da TI "Guia de design e aplicação para circuitos de acionamento de porta MOSFET de alta velocidade" (SLUP169) para referência.

adicione pequeno feedback positivo (por resistor) para fornecer histerese leve (na configuração de ponto por R3 na linha de ponto da forma de onda dente de serra

por exemplo, resistor de 10 MB entre o nó 3 e 1 feedback positivo U1 para histerese - flutuação segura no fornecimento de energia (bateria)

adicione diodo + filtro RC na fonte R3

mudar a voltagem da bateria, defina outro ponto de oscilação no R3 e gire o Q1

e, como resultado, circuito de feedback positivo por alimentação - frequência de oscilação

(desculpe pelo idioma)

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