Timbre severo cuando se enciende el MOSFET de lado alto en el circuito de medio puente

Diseñé una PCB (pensada como un bloque de creación de prototipos) que tiene un controlador de compuerta lateral alto y bajo IR2113 que controla dos MOSFET de potencia IRF3205 (55 V, 8 mΩ, 110 A) en una configuración de medio puente:

Esquemático diseño de placa de circuito impreso Imagen de la configuración física.

Al probar el circuito con una carga, descubrí que, si bien el lado bajo cambia de manera bastante limpia, hay mucho zumbido en la salida del medio puente (X1-2) cada vez que se enciende el lado alto. Jugar con la configuración del tiempo muerto de la forma de onda de entrada e incluso eliminar la carga (un inductor con una resistencia de potencia en serie que simula un convertidor reductor síncrono conectado de X1-2 a X1-3) no redujo este zumbido. Las siguientes medidas se tomaron sin carga conectada (nada en X1-2 excepto la sonda del osciloscopio).

El sonar

Aparentemente, las inductancias y capacitancias parásitas son suficientes para causar eso, pero no puedo entender por qué el lado bajo funciona tan bien como lo hace. Para mí, ambas formas de onda del controlador de compuerta se ven lo suficientemente limpias, con los voltajes cambiando el voltaje de umbral de los MOSFET razonablemente rápido. No hay canal de disparo presente al cambiar. ¿Cuáles son las posibles causas del problema y qué medidas puedo tomar para reducir los síntomas?

Soy consciente de que hay muchas preguntas muy similares aquí y en otros sitios, pero las respuestas publicadas me parecieron inútiles para mi problema particular.

Editar

Si bien había un capacitor electrolítico de 2200uF en la entrada (X1-1 a X1-3) para suprimir los transitorios y el ruido, claramente no logró suprimir las altas frecuencias. Agregar un capacitor de 100nF (como lo sugiere Andy alias en la respuesta) en paralelo con el electrolítico redujo el timbre en la salida (X1-2 a tierra) a la mitad y el timbre en el suministro (X1-1 a tierra) por un factor de 10

condensadores

Esta es una excelente primera publicación.

Respuestas (4)

Intente probar en el riel de la fuente de alimentación. Apuesto a que ves esos picos ahí. Será debido a la longitud del cable entre el suministro de su banco y los MOSFET. Claramente, no lo verá en el lado inferior del FET porque su alcance está referenciado a ese riel, pero si volviera a sondear la fuente de alimentación, apuesto a que lo haría.

Pruebe una cerámica de 1uF o 10uF a través de los rieles de alimentación para cerrar los MOSFET.

+1 Hay formas más difíciles de aprender esto, que pueden conducir a pequeños montones de MOSFET ahumados.
Una tapa de poliéster metalizado de 100 nF redujo los picos de manera espectacular, pero no completamente. ¿Son los condensadores cerámicos más adecuados como tapas de derivación en aplicaciones como esta? Lamentablemente, no tengo cerámicas de alto valor en mi caja de piezas.
Lo que podría estar viendo ahora son posiblemente artefactos fuera del alcance. Intente conectar el visor directamente a través de la tapa con un bucle de conexión a tierra lo más corto posible. La inducción en el bucle se encuentra comúnmente. Deberías estar bien con esa gorra. ¿Qué tan grandes son los picos ahora?
En las frecuencias que estás viendo, sí, una cerámica será mejor que un poliéster.
@Andyaka Con la sonda conectada directamente a la tapa de 100nF, ya no importa qué interruptores FET, el timbre en la salida (X1-2) es el mismo y la ondulación en el suministro (X1-1 a X1-3) es reducido a dos voltios. ¿Alguna sugerencia sobre cómo atenuar aún más los picos de 20 MHz en la salida? ¿Es el diseño del tablero el culpable?
No sé, tendría que tener físicamente el tablero frente a mí e investigar un poco.
@Andyaka, sugiere una tapa de cerámica de 1uF o 10uF. ¿Hay algún tipo en particular que recomendarías? Me refiero a términos de paquete: SMD o a través del orificio, ¿y solo debo considerar el voltaje máximo en las líneas eléctricas para seleccionar el voltaje de las tapas? ¿Y las gorras de cine? .. por esto los valores son más baratos que la cerámica
El montaje de superficie de cerámica es la opción preferida.

Suponiendo que haya tratado con el bypass del riel de suministro como dijo Andy y haya reducido la velocidad de la puerta aumentando R1 R7 y haciendo algo para que se apague más rápido que se enciende. Si todavía suena, todavía hay dos cosas que probar: puede colocar diodos Shottky de 60 V a través de DS de los FET y puede colocar amortiguadores RC a través de DS de cada FET.

Ambas sugerencias funcionaron muy bien para mí. Estoy desarrollando un controlador de motor de CC sin escobillas de 14 V CC, 80 A con un controlador Texas DRV8305. Aquí hay un artículo útil sobre amortiguadores: ti.com/lit/an/slpa010/slpa010.pdf El uso de esa técnica de diseño para los amortiguadores y la colocación de un rectificador schottky en el transistor inferior resultó en una reducción del primer pico del timbre de 28 a 16V. El amortiguador redujo el tiempo de caída del timbre a la mitad de la amplitud de 300 ns a 125 ns. Los transistores son 2 x PSMN8R7-80PS en paralelo.

Creo que Andy, también conocido como, obtuvo la respuesta sobre esto, pero quería aclarar que el timbre es causado por la inductancia de los cables que conducen a los FETS y la capacitancia de la puerta de los FET. Esto crea un circuito LC que resuena a una frecuencia basada en la inductancia y la capacitancia de su circuito. Por lo general, el efecto se reduce mediante el uso de resistencias de amortiguamiento y reduciendo la longitud del cable tanto como sea posible.

Reduzca la resistencia del lado alto a 22E, lo más probable es que solucione el problema, esto a menudo es causado por cambiar los Mosfets a DIFÍCILES, tuve que aprender de la manera difícil

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