我可以通过 1 米电缆发送 PWM 吗?

电器工程 电路板 脉宽调制 电磁兼容 LED驱动器 rs485
2022-02-05 22:53:56

我正在做一个项目,我需要在距离另一个 PCB (= PCB_MCU) 1 米的 PCB (= PCB_LED) 上驱动两个 LED。

PCB_MCU 包括一个带有两个 LED 驱动器的微控制器。每个 LED 驱动器都是一个恒流降压驱动器。它的输出电流取决于 MCU 要求它输出什么。LED 驱动器只是将 PWM 应用到 LED 的阴极上。

更多信息:

  • PWM 约为 2 kHz
  • LED 的阈值电压约为。3伏
  • 我需要 3 根电线插入电缆:每个 LED 1 个 PWM 和公共 VCC

我有几个问题:

  • 它会起作用吗?
  • 如果是这样,它是否符合 EMC 标准?
  • 如果不是,是否意味着我需要将差分线插入电缆?

您认为在两端使用 RS485 收发器就足够了吗?我已经这样做了,以便在主机和一些从机之间进行通信,但他们使用 UART 进行通信,这不是简单的 PWM。

谢谢 :)

4个回答

PWM 频率并不那么重要,重要的是控制 PWM 的开关的上升时间。假设它是某种 MOSFET,可以假设 100ns 到 10ns 甚至更短的非常快的上升时间。

对于合理的线规范围,1 米的导线具有 ~1.5µH 至 ~1.8µH 的自感。如果您将电源线和接地线直接相邻运行,则该电感会少一些,这将抵消一些磁场,从而降低电感。

不幸的是,LED 仍然是二极管,并且它们具有一些非常讨厌的电容和非线性电压与电流行为,因此再加上 PWM 开关可能的快速上升时间将导致电缆在每次关闭转换时振铃高频谐波含量。

不可能说基本的振铃频率是多少,它取决于电缆和 LED,但它会在几乎全 LED 电流时振铃,然后在几微秒内衰减,类似于:

在此处输入图像描述

振铃频率可能会从个位数 MHz 开始,然后具有谐波含量,一直到开关上升时间所指示的最大谐波。1 米电缆作为有效辐射器的谐波实际功率可能相当低,但考虑到电流水平,可能仍然令人担忧。

如果您不想冒任何风险,或者您需要通过 FCC(如果是这种情况,请不要偷工减料,这是一个失败的代价高昂的测试!),那么您最好的选择是简单地缓解 PWM 边缘让他们慢一点。敲击时铃会响起,但通过用枕头敲击它会在更长的时间内分散力量,它会保持安静。这正是我们想要在这里做的。与电缆电感相互作用的 LED 电容就是响铃,所以如果我们避免用力敲击它,它就不会响铃。

对于我认为不再是一两个安培的电流,我认为最好的选择是久经考验的真正 RC 缓冲器:

在此处输入图像描述

这会将振铃作为电阻器中的热量消散,因此对效率的影响很小。但图中的缓冲器将耗散数十 mW,因为它仅在发生开关事件时才耗散功率。在 2kHz 时,这种情况并不常见。它将几乎完全消除振铃:

在此处输入图像描述

对于 2 个非常便宜的无源元件来说还不错!

务必将它们放置在 1 米电缆的 LED 侧,如果将其放在 LED 驱动器侧,它不会有任何好处。

这应该是一个评论,但太长了,所以我决定把它作为一个答案。

我的理解是,你有两个 PCB,一个只有 LED,另一个有 MCU 和 LED 各自的 LED 驱动器。因此,LED 驱动器的输出通过 1 米长的电缆连接到 LED。最好查看图表和示意图(如果可能)

这不能简化为“通过 1 米电缆发送 PWM 信号”,因为有开关电流流过电缆。您还应该在问题正文中指出这些电流的最大峰值。

一根 1 米长的电缆可以成为 75 MHz 的良好四分之一波单极天线。根据 PWM 信号的上升时间,PWM 信号可能包含 75MHz 的谐波,这些谐波会被辐射出来。辐射的幅度取决于开关电流的上升时间和峰值(使用 75 kHz PWM 和非常低的占空比开关 10 A 电流可能足以从 1 米的距离干扰您的无线电)此外,电缆接收到的任何 75 MHz 信号可能会或可能不会干扰驱动程序的性能。在不知道您将使用什么品牌/型号/类型的 LED 驱动器的情况下,很难说关于辐射抗扰度性能。

也许您应该将降压转换器和 LED 移至 PCB_LED,并通过缓冲器/低阻抗驱动器从 PCB_MCU 发送低压低电流 PWM 控制信号。

每个 LED 驱动器都是一个恒流降压驱动器。它的输出电流取决于 MCU 要求它输出什么。LED 驱动器只是将 PWM 应用到 LED 的阴极上。

我不明白你是如何驱动这些 LED 的。要么是恒流降压驱动器,要么是 PWM。它不是同时发生的。

恒流降压转换器实际上只是后接电感的 PWM。你有那个电感器吗?

如果您在 LED 和 PWM 驱动器之间有一个(足够大的)电感器,则您通过电缆发送(大约)恒定电流,而不是 PWM。如果您不这样做,那么您应该考虑添加它 - 它不仅会降低 EMI,而且还应该减少任何明显的闪烁并提高 LED 的寿命,因为它们将以恒定(例如)40% 的亮度驱动,而不是在 100%(或更多)和 0% 之间交替。

请注意,根据 PWM 驱动器,您可能还需要在电感器旁边添加一个二极管。当 PWM 关闭时,电感器需要能够继续推动电流通过 LED。电流将通过 LED、电感器、PWM 驱动器和正轨循环。一些 PWM 驱动器可以像这样让电流通过它们;有些不会。如果不知道您是如何创建这个 PWM 信号的,就不可能说出来。

考虑为每个 LED 使用单独的 VCC,而不是共用 VCC 线。在这种情况下,每条 VCC 线中的返回电流将完全匹配其相关 PWM 线中的电流,但方向相反。现在可以通过使用双绞线大大降低 EMI。Cat5 或 Cat6 通信电缆价格低廉。

事实是,简单地将所有三根线用一个公共 VCC 绞合可能有助于降低 EMI。