Шум земли Опции

[javalenok]

Никогда бы ни подумал, что даже управление затвором транзюка, который вообще никаких токов не коммутирует, может выводить землю из равновесия.

Составил тестовую схему из 4-х компонент:
1) линейный регулятор, который из 20 вольт делает 5в;
2) генератор 5-ти вольтовых импульсов, частотой 16Мгц/256;
3) драйвер IR4427 для
4) управления затвором полевика IRFB31N20D, ёмкостью целых 2нФ.

Конденцаторы 4.7 мкФ керамика имеются на первичном питании 20 вольт и отрегулированных 5 вольт.

Драйвер питается 20-ю вольтами, на оба его входа подаются прямоугольники генератора
.

Один из выходов драйвера через 10-ти-омный резистор управляет затвором полевика. И вот какая разница проскакивает между землёй первичного питания источника 20 вольт и стоком транзистора (эти точки разлучены проводом сантиметров 6 сопротивлением 0.5 ом):


Что за хрень обнаруживается каждые четыре с небольшим секунды? В увеличеном масштабе времени она выглядит так:


На 10 миллисекундном разрешении можно заметить, что эти пички являются "волнами", и при этом эти волны сами состоят из пичков. Увеличиваем масштаб далее:

Первое фото получено в Start-Stop режиме осциллографа, на нём перемежаются положительные и отрицательные пички. На самом деле, если обратиться к режиму захвату можно убедится, что на самом деле чередуются серии разнополярных пичков. На самом мелком наносекундном масштабе они выглядят так:




Можно видеть, что пички появляются в момент переднего фронта. Если смотреть напряжение затвора, то передний фронт получается слегка приглаженный. Спадающий фронт -- резкий и никаких пичков на земле в этот момент не происходит. Откуда двойные стандарты? Если затвор -- ёмкость, то она должна быть одинаковая для заряда и разряда.

Неужели то, что мы видим, -- падение напряжения на сопротивлении общего провода? Включение ещё отдного керамич. кондёра 4.7 прямо на ноги питания драйвера успокаевает положительные пички разва в два. Отрицательные отсаются без изменений. Волны пичков также бегают и по 20 вольтной линии питания. Уменьшенными их можно наблюдать и на 5 вольтовой линии.


Первоначально проблема проявилась в импульсном блоке питания, где использовалася точно такой силовой каскад. Подозрение пало на current sense ШИМ-контроллера, который от этих плясок на земле выключал подачу мощности. Понижение питания драйвера (напряжение, подаваемое на затвор) с 20 вольт до 7 вольт уменьшило пляски на земле и ШИМ-контроллер перестал обрубать импульсы в самом их начале.

Если такие шумы возникают от управления затвором, то что же происходит при коммутации мощности.

Сообщение отредактировал javalenok - Jun 22 2006, 20:47

[Bludger]

Мне нравится выражение - "каждый сантиметр"... Видите ли, сегодня расстояние между драйвером и гейтом должно измеряться миллиметрами, но никак не сантиметрами! О чем и твердят все апплекухи - минимальный импиданс цепи управления! Все очень просто - ток управления в 2А за 50ns создаст на каждой наногенри индуктивности цепи управления напряжение в 40mV. А одна наногенри - это очень и очень мало... Поэтому для адекватной работы устройства драйвер подтыкают ключу под самые яйца, туда же вешают кондер, а землю делают граунд плэйном, и тоже с продуманной конфигурацией иногда. Вообще, землю в SMPS делать проводниками противопоказано - только большие медные полигоны, и как можно более широкие провода где бегают импульсные токи - это все для снижения индуктивности контуров..

Дело в том что конденсаторы (даже керамические) имеют небольшую индуктивность а значит отфильтровать такие острые всплески одним конденсатором тяжело, поэтому ставят несколько параллельно. Лучше всего для этого применять танталовые конденсаторы они имеют пониженную индуктивность.

Не поэтому.. Керамика обладает практически нулевым ESR, в отличии от тантала, и добротность контуров становится гораздо ниже. В шунтировании драйвера как раз керамика гораздо лучше, но при грамотной топологии...

Занялся импульсными блоками - привыкай к чудесам!

Респект!!! Можно цитировать?

[javalenok]

Спасибо, это ценная информация. Провод, соеденяющий драйвер с затвором тоже сантиметровых длинн. Но сейчас на повестке -- земля. Мне не нравится, что она убегает. А от более резкого управелния шип на земле ещё более заострится.

Как раз задавался вопросом, почему в высокочастотных (dV/dt) проводниках наблюдается скин-эффект и чем его можно побороть. Заменить провод плоскостью -- как раз оно. Индуктивность проводника это идея. А ведь выше предлагали её бусиной увеличивать...

Сообщение отредактировал javalenok - Jun 24 2006, 14:39

[Bludger]

Спасибо, это ценная информация. Провод, соеденяющий драйвер с затвором тоже сантиметровых длинн. Но сейчас на повестке -- земля. Мне не нравится, что она убегает. А от более резкого управелния шип на земле ещё более заострится.

Как раз задавался вопросом, почему в высокочастотных (dV/dt) проводниках наблюдается скин-эффект и чем его можно побороть. Заменить провод плоскостью -- как раз оно. Индуктивность проводника это идея. А ведь выше предлагали её бусиной увеличивать...

Вообще стараются выделить отдельную землю под силовую часть - опять же граунд плэйном. В некоторых чипах даже делают два отдельных вывода земли. Такой подход минимизирует влияние грязи и падения на земле для чуствительных схем. Посмотрите, в юнитродовских семинарах за прошлый год есть топик, посвященный паразитам печатных плат, там как раз дается оценка индуктивности проводников при разной конфигуразции.
А бусина для другого предназначена - что бы вывести резонансы паразитных контуров в область низких частот.. В цепи управления же проще поставить резюк. При выводном или чрезмерно свободном монтаже он сбивает паразиную болтанку на гейте, но при современном плотном поверхостном монтаже оказывается не нужным..
А чем Вам скин то в проводах помешал? Посмотрите, вот здесь пара полезных статей - про управление полевиками, и про скин- и проксимити эффект: http://www.bludger.narod.ru/smps/smps.htm

[javalenok]

А чем Вам скин то в проводах помешал?

Да ничем, гадаю. Слышал что на высоких он вылазит, а помеха именно такая. Потом вы ещё с генри и проводом в виде плоскости...