Conducción de LED PWM de dos canales con un problema de carga de 12 A (las señales se afectan entre sí)

Estoy diseñando un controlador LED PWM de dos canales. Conmutará tiras LED de 24V a 12 amperios. Cada tira tiene dos chips LED blancos. Cada canal complementa el ciclo de trabajo del otro (es decir, mientras que el ciclo de trabajo de un canal es del 20 %, el del otro es del 80 %). Por lo tanto, puedo ajustar el CCT (temperatura de color correlacionada).

Diseñé y codifiqué el circuito. No tengo suficientes tiras de LED que proporcionen 12 A, por lo que estoy usando dos reóstatos para la carga.

El esquema del circuito del controlador se muestra a continuación:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Estoy monitoreando las señales PWM de Drenaje a Fuente en un osciloscopio. Cuando cambio los ciclos de trabajo de los canales, el que tiene el ciclo de trabajo más ancho crea picos de voltaje sobre la señal del más estrecho y cambia el nivel de voltaje de la señal del otro en su propio tiempo de conmutación. (Las fotos de la pantalla del osciloscopio se encuentran a continuación).

0% amarillo (CH1) - 100% azul (CH2)

0% amarillo (CH1) - 100% azul (CH2)


10% Amarillo - %90 Azul

10% Amarillo - %90 Azul


30% Amarillo - 70% Azul

30% Amarillo - 70% Azul


50% Amarillo - 50% Azul

50% Amarillo - 50% Azul


70% Amarillo - 30% Azul

70% Amarillo - 30% Azul


90% Amarillo - 10% Azul

90% Amarillo - 10% Azul


100% Amarillo - 0% Azul

100% Amarillo - 0% Azul


¿Cómo puedo eliminar estos efectos disruptivos de que ambos se conecten entre sí? Traté de diseñar un amortiguador de acuerdo con NXP AN11160 . Pero no eliminó este efecto.

El esquema de mi etapa de potencia es:etapa reguladora

Dos reguladores utilizados en la etapa de potencia. LM317 ha bajado la entrada de 20-30 V CC a ~ 10 V CC para impulsar las puertas de MOSFET. L78L33 para alimentar la MCU y otros circuitos integrados.

Mi diseño de pcb es:PCB_Layout

La configuración de mi sonda es: SondasNUEVA configuración:cable de tierra acortado

Forma de onda de la fuente de alimentación al cambiar:señal PS azul


Puedo suprimir los picos de voltaje agregando una resistencia entre la puerta de los mosfets de potencia y el drenaje de los mosfets del controlador. Mi drenaje a la fuente de señales de M1/M2 es:

Señales de CH1 y CH2

Mi otro problema es el ruido audible con carga pesada. C1 y C2 en el circuito son tapas de cerámica 4u7 y aunque los ciclos de trabajo de PWM son diferentes del 100 %, las tapas hacen un ruido audible. La frecuencia de conmutación es de 400 Hz, es decir, por debajo de los límites audibles. Intenté usar tapas electrolíticas de aluminio en lugar de cerámicas. Sin embargo, los capacitores electrolíticos se calentaron y explotaron después de un tiempo.

¿Cómo puedo solucionar el ruido audible?

Mostrar diseño. Muestra la configuración de la sonda del osciloscopio.
@winny, agregué el diseño de PCB y la configuración de las sondas de osciloscopio arriba.
El pequeño pico se debe a que los cables de tierra de las sondas son demasiado largos. Eche un vistazo aquí: electronics.stackexchange.com/questions/136123/… . Pero su principal problema es la regulación de la carga. Mida Vsup con un canal en su alcance.
Acorté el cable de conexión a tierra de la sonda, pero los picos siguen apareciendo. También agregué una foto de la señal de la fuente de alimentación. El PS se ajustó con una entrada de 23,5 V CC a una carga de 10,9 A. La forma de onda del voltaje PS parece variar entre 21 y 25 VCC mientras los dos mosfets están cambiando...
Excelente sondeo! ¡Esa caída es significativa! Necesita una mejor regulación/menor impedancia. ¿Cuánto de eso es resistivo?

Respuestas (2)

  1. El voltaje parece aumentar en el momento en que ambos canales están apagados, por lo que su fuente de alimentación tiene una regulación de carga deficiente o tiene demasiada resistencia en los cables que conectan la fuente de alimentación con su circuito.

  2. Los picos de voltaje generalmente no son peligrosos aquí y son causados ​​​​por el apagado rápido de los transistores M1 y M2. Para mitigar, puede agregar una resistencia de 100..1k entre la compuerta M1/M2 y el circuito del controlador (es decir, el drenaje de M4/M6).

@Ivd, los picos de voltaje son críticos para mí. Porque uso IC de detección de corriente (INA302) en la entrada para la detección de corriente. Cuando INA302 detecta más de 21 A que fluyen a través de la resistencia de detección (0R001), el controlador inicia la secuencia de interrupción para eliminar el PWM. Mis reóstatos ajustaron 2 ohmios y aproximadamente 15 A de corriente fluyen por el controlador mientras la entrada es de ~ 30 V CC. Aunque hay 5-6A hasta el nivel límite de corriente, la protección SC se activa debido a los picos de tensión. por lo tanto, es necesario suprimir los picos como sea posible. Intentaré agregar una resistencia entre la puerta de los mosfets de potencia y el drenaje de los mosfets del controlador.
Conecté una resistencia 270R entre la compuerta M1/M2 y el drenaje M4/M6 y suprimió los picos de voltaje en el período de apagado de los mosfets. Gracias por su consejo.

Si entiendo correctamente, se está preguntando sobre el paso de voltaje (encerrado en un círculo rojo) y no realmente sobre el pico (flecha roja).

ingrese la descripción de la imagen aquí

La frecuencia es baja (~400 Hz) y este paso tiene una duración significativa de una fracción de milisegundo, por lo que no estamos tratando con cosas de alta velocidad. Entonces estoy pensando en resistencia, no en inductancia. O una fuente de alimentación que se comporta mal.

Lo primero que debe verificar sería una simple caída de voltaje óhmico sobre el cobre de la pcb. Observe que el gran vertido de cobre rojo tiene muchas pistas que lo cortan, lo que lo hace mucho más delgado de lo que parece, y la corriente tiene que recorrer un camino bastante complicado...

ingrese la descripción de la imagen aquí

Puede investigar probando el voltaje con su alcance entre la tierra real en el lado izquierdo de la PCB y la terminal de origen de los FET. ¿Tienes alguna caída de voltaje sospechosa? Luego puedes soldar alambre de cobre así, para ver si funciona mejor:

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También verifique la ondulación del voltaje en la fuente de alimentación, pero dado que está usando una corriente alta, importa dónde sondee. La resistencia del cable agregará una caída de voltaje. Si mide una ondulación de voltaje mucho más baja en la salida del suministro que en su placa, entonces algo tiene una resistencia más alta de lo anticipado y tendrá que encontrarlo. Si la ondulación es muy alta en los terminales de salida de la fuente de alimentación, entonces... la fuente de alimentación tiene una impedancia de salida demasiado alta.

Mi otro problema es el ruido audible con carga pesada. C1 y C2 en el circuito son tapas de cerámica 4u7 y aunque los ciclos de trabajo de PWM son diferentes del 100 %, las tapas hacen un ruido audible.

¿Por qué pusiste estos límites en la salida? No realizarán ningún suavizado en absoluto y cortan la parte de CA de su señal PWM, lo que generará una gran corriente de ondulación (es por eso que sus electrolíticos se fríen). lo mejor seria quitarlos...

También la fase de sus señales es incorrecta:

Cada canal complementa el ciclo de trabajo del otro (es decir, mientras que el ciclo de trabajo de un canal es del 20 %, el del otro es del 80 %).

Esto no es lo que sucede en la pantalla de la mira telescópica... Parece que ambos colores LED están encendidos al mismo tiempo.

Si desea que ambas salidas sean complementarias, debe cambiar la fase de las señales (o invertir una salida) para asegurarse de que solo una esté activa en un momento dado...

Con las señales tal como están actualmente, y ambos colores LED encendidos al mismo tiempo, consumirá el doble de corriente, es decir, 24 amperios. Si usó una fuente de alimentación de 15 A pensando que la corriente instantánea nunca excedería los 12 A porque ambos LED no están encendidos al mismo tiempo, entonces esta puede ser la causa de su alto voltaje de ondulación...