¿Cómo combatir el ruido de mi circuito contaminando mi carril de 12V?

Es posible que los condensadores de 1000uF C1 y C3 no puedan manejar tan bien los transitorios de conmutación de alta frecuencia . Las tapas de gran valor siempre tienen una respuesta de alta frecuencia muy mala.

Sugiero intentar reemplazar los 1000uF con condensadores ESR bajos de 47 - 220 uF y ver cómo funciona. Tal vez también coloque un capacitor cerámico (100 nF - 470 nF) en paralelo con ambos.

También sugiero ver este video del EEVBlog de Dave sobre los capacitores de derivación, aunque no es exactamente su situación, las no-idealidades de los capacitores que se explican en este video también se aplican a su problema.

Puede intentar aumentar el valor de R2. Esto disminuirá el dV/dT en la puerta y ralentizará los bordes cuando el mosfet cambie. 10 ohmios suele ser un buen lugar para comenzar, pero es posible que deba experimentar.

Agregando a las otras respuestas después de la actualización de su diseño de PCB:

Sin un plano de tierra para crear una tierra de baja inductancia, cada pista con la etiqueta "GND" tendrá una inductancia bastante alta, alrededor de 7 nH/cm para una pista de 1 mm de ancho.

Por lo tanto, las tapas son ineficientes para filtrar HF, porque pequeños inductores (también conocidos como trazas) están en serie con las tapas, lo que aumenta su impedancia de HF. Una tapa de cerámica SMD tiene una inductancia mucho más baja que un electrolítico, no debido a la magia sino simplemente porque es más pequeña, por lo que será mejor en el desacoplamiento de HF... sin embargo, la inductancia de las pistas sigue estando en serie.

Además, dado que tiene corrientes di/dt rápidas en su GND, el potencial a lo largo de las trazas de GND variará en todas partes. Recuerda:

e=L di/dt

di = 100 mA, dt = 20 ns (FET de conmutación rápida), L = 6 nH por cm, por lo tanto, e = alrededor de 50 mV por 10 nH de traza de inductancia... no exactamente "de bajo ruido".

... por lo tanto, en una placa de circuito impreso sin un plano de tierra, cuando se involucran grandes corrientes, generalmente es imposible medir nada, porque la forma de la señal cambiará mucho dependiendo de dónde pruebe la tierra.

Como notó, la solución es no tener ninguna corriente de alta frecuencia y di/dt alta en su circuito para empezar, y esto se logra ralentizando la conmutación FET con una resistencia.

Si su PWM es lo suficientemente lento (digamos, 30 kHz), las pérdidas de conmutación serán muy pequeñas de todos modos.

Esto tiene el beneficio adicional de no enviar pulsos altos de di/dt a los cables del ventilador, lo que evita que actúen como antenas e irradien ruido por todos lados, lo que sería una excelente manera de construir un bloqueador de radio de banda ancha...

Ni siquiera piense que L3 y C5 harán algo: la frecuencia de resonancia propia de estos inductores suele ser bastante baja (consulte la hoja de datos), lo que significa que en las frecuencias de ruido de interés, son condensadores. Además, su límite de salida de 100 µF es un inductor. Y todos los rastros son inductores, especialmente la tierra, lo que significa que el voltaje en la salida "GND" no es 0V, pero también tendrá algo de ruido HF, esto también agregará algo de ruido de modo común HF en sus cables.

Del mismo modo, si multiplexa LED o escanea un teclado de matriz, ¡no use un controlador con bordes de 5 ns! Estas son básicamente antenas enormes. Una señal cuadrada con un tiempo de subida de 5 a 10 ns tendrá armónicos desagradables muy por encima de 1 a 10 MHz sin importar la frecuencia de conmutación.

Así que... a menos que desee ese % extra en eficiencia, ¡siempre cambie tan lento como pueda! Es una buena regla general para evitar problemas de EMI.

Por lo general, no haría funcionar sus dispositivos electrónicos sensibles con la misma fuente de alimentación que el ventilador.

Por lo general, la electrónica de control funciona a 5V. Por lo tanto, tendría un regulador (un regulador lineal si desea una ondulación realmente baja) reduciendo los 12 V a 5 V. A menos que el suministro de 12 V caiga hasta alrededor de 7 V, aún tendrá un suministro de 5 V sólido como una roca.

Enfrenté este problema hace un tiempo con un gabinete RAID. Tenía un circuito como este: FET de chopper de lado alto, diodo, etc. Cambiaba a unos 30 KHz. El resultado fue una gran cantidad de ruido PWM que se envió a los +12 V y causó estragos en las unidades de disco.

Este circuito que se muestra intenta comportarse como un controlador buck, pero no es realmente necesario para esto.

De todos modos, esto es lo que hice para el helicóptero 'malvado':

1. Coloque la tapa en serie con el motor. Más sobre esto en un momento.
2. Conecte el FET a través de la tapa.

Suena loco pero funciona. El combo cap/FET actúa como una especie de resistencia variable que modula la corriente del ventilador y, por lo tanto, su velocidad.

Cuando el FET está apagado, la tapa se carga a través del motor. Cuando está encendido, la tapa se descarga a través del FET y el motor se eleva al voltaje del riel. Lo que esto hace es localizar el bucle transitorio de alta corriente en el FET y la tapa.

Descubrirá que puede deshacerse de la mayor parte de su filtrado e incluso reducir el tamaño de la tapa a, digamos, 33 uF más o menos.

Retire el diodo D2. Eso mata el filtrado que ocurre cuando el mosfet se apaga.

Esto requiere que el capacitor C3 sea lo suficientemente grande para absorber el pico.