通过 MOSFET 使用 PWM 控制加热器

电器工程 场效应管 脉宽调制 比较器 振荡
2022-01-19 07:35:13

我正在尝试使用 MOSFET 控制带有 PWM 的加热器线圈(电阻约为 0.9 欧姆)。PWM调制器基于LM393,MOSFET为IRFR3704(20V,60A)。

当前示意图

如果我用 1k 电阻代替加热器,一切运行良好,测试点 CH1 和 CH2 的波形几乎是方形的。但是当我在方案中放置一个实际的加热器时,在电压穿过 Vth 的那一刻脉冲的下降沿会发生振荡(这里混合了通道:黄色示波器通道连接到测试点 CH2,青色通道连接到 CH1)。振荡幅度略大于电池电压,最大值达到 16V。我主要是微控制器专家,我对这种电路的了解很差。是加热器电感的影响还是其他原因?如何反对?

示波器截图

4个回答

可能不是主要来自电感。

更有可能的是,从电池中拉出接近 8 安培的电流会对电池电压产生显着影响,这会改变生成 PWM 信号的比较器周围的开关阈值。

您可能需要从低噪声电源为 LM393 和 R3 供电,或者从电池进行 RC 滤波(比如 50 欧姆和 1000 uf),或者更好,从 5V LDO 稳压器(带去耦)。

即使 LM393 由 5V 供电,您也可以保持上拉电阻器 R1 连接到完整的电池电压以尽可能硬地打开 FET。

由于电压峰值超过电池电压,电感肯定会产生一些影响,因此绝对推荐使用反激二极管。

很可能是电感。mosfet 关闭得非常快,你会得到一个 V = L(di/dt) 电压尖峰。这会打开你的 MOSFET 中的齐纳保护,然后电流会在电路的其余部分流动

反激二极管可能会解决问题。

将二极管与加热器元件并联,阴极连接到正极端子。

现在,当它关闭时,电流将通过二极管找到一条无害的路径。

小心。二极管会随着每个循环而升温。

从你的示波器轨迹来看,振荡时间约为 100us

电流 = 约 10A

二极管正向偏置 V = 0.7V

E = VIT = 700 uJ(我知道这个计算是作弊的,它可能不到这个数量的一半)

P = E*F (F = 开关频率)

如果 F = 1kHZ 那么 P = 700mW

要选择您的二极管,请将其额定功率(以瓦特为单位)乘以您的开关频率(以 kHz 为单位)。

我可以在您的电路中看到一个非常重要的缺陷:LM393 有一个集电极开路输出。因此,当输出变为“高”时,它实际上只变为“非低”并通过 R1=10k 上拉。流入 MOSFET 栅极的充电电流也通过 R1 提供,因此开启速度极慢。这对于 1k 虚拟负载来说不是问题,但是在负载电流很大的情况下,MOSFET 寄生效应(例如米勒效应)可能会导致您观察到的那种问题。

您需要修改电路以通过低阻抗路径(可能通过双极图腾柱驱动器)更快地为 MOSFET 栅极充电,请参阅 TI 应用说明“高速 MOSFET 栅极驱动电路的设计和应用指南”(SLUP169)以供参考。

在此处输入图像描述添加小的正反馈(通过电阻器)以提供小滞后(通过 R3 在锯齿波形点线上的点设置

例如,节点 3 和 1 U1 之间的电阻器 10MB 正反馈用于 histerese - 电源(电池)的安全波动

在电源 R3 上添加二极管 + 滤波器 RC

改变电压电池在 R3 上设置另一个开关点并产生摆动 Q1

并通过电源 - 振荡频率产生正反馈电路

(对不起语言)

http://en.wikipedia.org/wiki/Schmitt_trigger