降低 LED PWM 噪声:哪个是最佳选择?

电器工程 引领 脉宽调制 噪音 去耦电容 缓冲器
2022-01-16 11:53:22

用微控制器驱动 LED 应该很容易。但是当研究噪音时,事情会变得复杂......

作为可变电源中使用的瞬时电压指示器(将用于模拟学生设计的卫星的光伏阵列),我使用了一些由 PWM(~31 KHz)控制的 LED。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

在 PCB 的第一次修订后,我意识到每个 LED 在 5V 线路中产生 200 mVpp:

噪音截图

我的问题:减少这种噪音的最佳方法是什么?为什么?

根据我的(小)设计经验,我可以提供以下可能性。考虑到实际组件(电容器中的 ESR 等),哪个最有效?还有什么建议吗?几个的组合?

(注意:改变 PWM 频率不是一个好的选择,因为相同的信号会驱动其他设备)

a) 去耦电容

示意图

模拟这个电路

b) 低通滤波器

(电阻与 MOSFET 的栅极电容形成 RC 低通滤波器,去除开关的高频分量)

示意图

模拟这个电路

c) 缓冲器

示意图

模拟这个电路

2个回答

您的 a) 解决方案是一个很好的解决方案,只需确保电容器尽可能靠近电阻器/LED/晶体管分支。从 100nF 值开始,看看它是如何工作的。如果纹波对您的喜好仍然太大,请添加一个与 100nF 并联的电解电容。100nF 会抑制高频分量,电解电容对低频分量会更好。

正如@pjc50 在其中一条评论中所说,b) 中所示的栅极串联电阻也是避免振铃的好习惯。我个人会选择一个较低的值,比如 100Ω。它将抑制振铃并避免晶体管在线性模式下花费太多时间(=散热)。

a) 接近我的第一选择。使用合适的电容值,通过走线电阻和电感的电流应该几乎恒定,纹波非常小。

但是,您仍然会有通过 Rlim 的开关电流。此外,必须使用 Rtrace 和 Ltrace 将电容器尺寸设置为转角频率低于 30kHz 的低通电容器。

如果将旁路电容器放在 Rlim 之后,则通过 Rlim 的电流也基本恒定,并且旁路电容器可以更小和/或具有低得多的截止频率,而不会使其尺寸过大。

b)根据数据表,2N7000 的输入电容为 60pF 。1/RC 频率约为 1.7MHz。PCB 走线仍会辐射射频。

c) 这看起来像是一个缓冲电路,旨在保护开关触点免受感应反冲的影响。不是你真正需要的,它会消耗一些功率并可能增加辐射的射频噪声,因为它会在每个周期对电容器进行充电/放电。

所以我的投票是修改 a) 从 LED 的阳极到 NMOS 的源极的旁路电容器。使引线尽可能短。

编辑:评论很好地说明了第一个 PWM 脉冲上的电容器电流尖峰,所以我将把它添加到我的答案中:

我必须承认我在考虑 PWM 已经运行的“稳态”,在这种情况下,电流和电压将是恒定的。但你是对的,当它第一次打开时,该电容器将通过 LED 和 NMOS 倾倒。我想这是一个权衡。我试图保持开关瞬态尽可能短,尽可能少的电线和组件。如果你能找到一个 C 值和一个 LED 一起允许这些初始电流尖峰而不会损坏,那很好。如果不是,那么我想我会选择 b) 并使互连尽可能短。