¿Cómo puedo reducir el ruido PWM de un motor de ventilador?

Como la mayoría de los MOSFET de potencia, el IRF3205 tiene una gran capacitancia de puerta que debe cargarse y descargarse, lo que requiere alrededor de 50 nC de carga para encenderse correctamente. En su circuito, esta carga se filtra a través de R1, distorsionando su agradable onda cuadrada de 12V en un diente de sierra que se vuelve más pequeño a medida que aumenta la frecuencia PWM. Para obtener una buena forma de onda de la unidad Gate a 20 KHz, debe reducir R1 a aproximadamente 500 Ω (para cargar la puerta más rápido) y R2 y R3 a aproximadamente 1k (para garantizar que Q1 se encienda por completo).

El 1N4001 es un diodo rectificador de frecuencia de red con acción de conmutación lenta, no apto para PWM de alta frecuencia. Debe usar un diodo Schottky clasificado para al menos 3A continuos.

El software PWM creado con DelayMicroseconds()no es muy preciso ya que no tiene en cuenta la sobrecarga del bucle, por lo que la frecuencia de PWM será más baja de lo esperado. Además, no debe tener ningún código de interrupción en ejecución (por ejemplo, temporizador, serie) o la forma de onda PWM sufrirá fallas que podrían ser audibles. Si aún puedes escucharlo, ¡no son 20 KHz!

Con una buena unidad de puerta, un diodo de retorno rápido y PWM de 20 KHz verdadero, debería obtener un funcionamiento silencioso del motor.

Probé el mismo proyecto, pero en otra escala: traté de administrar la velocidad de rotación del culler de la computadora. Entonces, el secreto es que Arduino por defecto tiene baja frecuencia en su salida PWM. Eso provoca ruido, que se puede oír. Entonces, la decisión es establecer la frecuencia correcta directamente a través de los registros AVR. Entonces, eche un vistazo aquí: https://www.arduino.cc/en/Tutorial/SecretsOfArduinoPWM bajo el título "Uso de los registros ATmega PWM directamente".

De hecho, resultó que el ruido desapareció usando PWM de alta frecuencia.

En conclusión, señalo lo siguiente:

• Utilizando el trabajo de Nick Gammon sobre temporizadores , pude obtener una frecuencia PWM que, según sus escritos, debería rondar los 25 kHz; esto hizo que el ruido desapareciera por completo

• El voltaje de puerta del MOSFET debe poder cargarse/descargarse rápidamente; el MOSFET se calentaría mucho; usando resistencias más pequeñas (100 ohmios), el problema se redujo pero no se resolvió en algunos ciclos de trabajo (gracias @Bruce Abbott)

• A frecuencias más altas, el motor no arrancaba, presumiblemente porque el MOSFET no se cargaba lo suficientemente rápido (me pregunto si sería posible usar dos transistores (NPN+PNP), para permitir una alternancia rápida y eficiente entre resistencia cero a tierra y resistencia cero a 12 V, lo que reduce la pérdida de calor y mejora la función del motor y permite una frecuencia PWM más alta)
• Con el siguiente código fuente, logré un funcionamiento muy silencioso, con un pequeño flujo de aire, con una corriente de 1,3 A (que era lo que buscaba: un funcionamiento bajo y constante con un funcionamiento ocasional de alta potencia)

Código fuente:

#include <TimerHelpers.h>

const byte timer0OutputB = 5;

void setup() {
  pinMode (timer0OutputB, OUTPUT); 
  TIMSK0 = 0;  // no interrupts
  Timer0::setMode (7, Timer0::PRESCALE_64, Timer0::CLEAR_B_ON_COMPARE);
  OCR0A = 10;   // count to 4, zero-relative
  OCR0B = 5;   // duty cycle
}

Espero que no hayas usado el diodo 1N4001 de 1 Amp para sujetar un motor de 7 A. La corriente de sobretensión está más cerca de 8~10x o 70A máx. a partir de PWM.

Aunque puede manejar corrientes de pulsos cortos mucho más altas que 1A, generalmente es mejor igualar la clasificación de corriente del motor o más.

Los valores nominales del diodo de abrazadera y del interruptor PWM deben exceder AMBOS valores nominales de corriente de sobretensión del motor para evitar el sobrecalentamiento y un funcionamiento estable y eficiente para el control de velocidad.

Esto se debe a que el diodo conduce la corriente inductiva del motor mientras el transistor está APAGADO. Debe elegir un diodo >10 veces la corriente nominal del motor, ya que cada pulso a bajas velocidades estará a la altura de esta corriente de sobretensión. De lo contrario, se calentará mucho.

Sugeriría algo como este diodo de potencia automotriz. $4.19(1) - Pero es mejor observar la respuesta en un osciloscopio y luego determinar si el ruido es electromagnético-acústico o mecánico-acústico.

• En el video, el ruido de las palas es excesivo y la resonancia del gabinete es evidente como un diseño de altavoz.

• un mejor diseño coloca el ventilador en un conducto del horno en una ubicación remota para que no haya ruido de fricción en la interfaz ni corrientes de Foucault con la rejilla de ventilación

• PFM con tiempos de retardo de 30-500 us, es una forma deficiente de controlar la velocidad del ventilador, aunque esto es útil para un regulador Boost SMPS, no para un controlador de velocidad de ventilador buck.

• deberías estar usando PWM por encima de 20kHz. ig 21 ~ 22 Khz y verifique los efectos de aliasing con el ruido del ventilador, pero debe ser muy silencioso en una cámara plena.