Как бороться с шумом от моей схемы, загрязняющей мою 12-вольтовую шину?

Конденсаторы C1 и C3 емкостью 1000 мкФ могут не справиться с такими высокочастотными импульсными переходными процессами. Колпачки с большими значениями всегда имеют очень плохую высокочастотную характеристику.

Я предлагаю попробовать заменить 1000 мкФ конденсаторами с низким ESR 47 - 220 мкФ и посмотреть, что из этого выйдет. Возможно также поставить керамический конденсатор (100 нФ - 470 нФ) параллельно обоим.

Я также предлагаю посмотреть это видео из EEVBlog Дейва о байпасных конденсаторах, хотя это не совсем ваша ситуация, неидеальность конденсаторов, описанная в этом видео, также применима к вашей проблеме.

Вы можете попробовать увеличить значение R2. Это уменьшит dV/dT на затворе и замедлит фронты при переключении MOSFET. 10 Ом обычно хорошо для начала, но вам, возможно, придется поэкспериментировать.

Добавление к другим ответам после обновления макета печатной платы:

Без заземляющего слоя для создания заземления с низкой индуктивностью каждая дорожка с маркировкой «GND» будет иметь довольно высокую индуктивность, около 7 нГн/см для дорожки шириной 1 мм.

Таким образом, конденсаторы неэффективны при фильтрации ВЧ, потому что маленькие индукторы (также известные как дорожки) включены последовательно с конденсаторами, увеличивая их ВЧ-импеданс. Керамический конденсатор SMD имеет гораздо меньшую индуктивность, чем электролитический, не из-за волшебства, а просто потому, что он меньше, поэтому он будет лучше при ВЧ-развязке ... однако индуктивность дорожек по-прежнему включена последовательно.

Кроме того, поскольку у вас есть быстрые токи di/dt в вашем GND, потенциал на дорожках GND будет варьироваться повсюду. Помните:

е=L ди/дт

di = 100 мА, dt = 20 нс (быстро переключающийся полевой транзистор), L = 6 нГн на см, таким образом, e = около 50 мВ на 10 нГн индуктивности дорожки ... не совсем «малошумящий».

... таким образом, на такой печатной плате без заземляющего слоя, когда задействованы большие токи, обычно невозможно что-либо измерить, потому что форма сигнала будет сильно меняться в зависимости от того, где вы пробуете землю.

Как вы заметили, решение состоит в том, чтобы с самого начала не иметь никаких ВЧ и высоких токов di/dt в вашей цепи, и это достигается путем замедления переключения полевого транзистора с помощью резистора.

Если ваш ШИМ достаточно медленный (скажем, 30 кГц), потери при переключении в любом случае будут очень малы.

Это имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что импульсы с высоким значением di/dt не посылаются в провода вентилятора, что предотвращает их работу в качестве антенн и распространение шума повсюду, что было бы отличным способом создания широкополосного радиоглушителя...

Даже не думайте, что L3 и C5 что-то сделают: собственная резонансная частота этих катушек индуктивности обычно довольно низкая (см. техническое описание), что означает, что на интересующих частотах шума они являются конденсаторами. Кроме того, ваш выходной конденсатор на 100 мкФ является индуктором. И все дорожки являются катушками индуктивности, особенно земля, что означает, что напряжение на выходе «GND» не равно 0 В, но также будет иметь некоторый ВЧ шум, это также добавит некоторый ВЧ синфазный шум на ваши провода.

Точно так же, если вы мультиплексируете светодиоды или сканируете матричную клавиатуру, не используйте драйвер с фронтом 5 нс! Это в основном огромные антенны. Прямоугольный сигнал с временем нарастания 5-10 нс будет иметь неприятные гармоники выше 1-10 МГц независимо от частоты переключения.

Так что... если вам не нужен дополнительный процент эффективности, всегда переключайтесь так медленно, как только сможете! Это хорошее эмпирическое правило, позволяющее избежать проблем с электромагнитными помехами.

Как правило, чувствительная электроника не будет работать от того же источника питания, что и вентилятор.

Чаще всего управляющая электроника работает от 5В. Таким образом, у вас будет регулятор (линейный регулятор, если вы хотите действительно низкие пульсации), понижающий 12 В до 5 В. Если напряжение питания 12 В не упадет примерно до 7 В, у вас все равно будет надежное питание 5 В.

Я столкнулся с этой проблемой некоторое время назад с корпусом RAID. У него была такая схема - полевой транзистор с прерывателем высокого напряжения, диод и т. д. Он переключался примерно на 30 кГц. В результате много ШИМ-шума набрасывалось на +12 В, нанося ущерб дисководам.

Показанная схема пытается вести себя как понижающий контроллер, но на самом деле в этом нет необходимости.

Во всяком случае, вот что я сделал для «злого» чоппера:

1. Поставьте крышку последовательно с двигателем. Подробнее об этом чуть позже.
2. Проведите полевой транзистор через крышку.

Звучит безумно, но это работает. Комбинация конденсатора и полевого транзистора действует как переменное сопротивление, которое модулирует ток вентилятора и, следовательно, его скорость.

Когда полевой транзистор выключен, крышка заряжается через двигатель. Когда он включен, крышка разряжается через полевой транзистор, и двигатель подтягивается к напряжению на шине. Что это делает, так это локализует сильноточный переходный контур на полевом транзисторе и крышке.

Вы обнаружите, что можете избавиться от большей части фильтрации и даже уменьшить размер конденсатора, скажем, до 33 мкФ или около того.

Снимите диод D2. Это убивает фильтрацию, которая происходит, когда MOSFET выключается.

Для этого требуется, чтобы конденсатор C3 был достаточно большим, чтобы поглотить всплеск.