12Vレールを汚染する回路からのノイズと戦う方法は？

12V DCファン用のコントローラーを作りました。基本的には、電圧で制御される降圧DC-DCコンバーターです。ファンの電圧を3V（最低速度、3Vで60mA消費）から12V（最高速度、12Vで240mA消費）に調整します。このコントローラーはうまく機能し、予想通りにファンの速度を制御します。フィルタリングを試みましたが、12Vレールを汚染する大きなノイズがまだあります。最小化する方法は？

これが私の回路です。

SW_SIGNALは、デューティサイクルが他の回路によって設定されるPWM信号です。

問題はポイントAにあります。インダクタL1はそのノイズをフィルタリングするためのもので、動作しますが、期待したほど良くありません。

ポイントBの信号：

したがって、ノイズは6V ppから0.6V ppに低下しますが、0.6Vは大きなノイズです。
ファン自体ではなく、降圧コンバーターの動作に関連しています。ファンの代わりに47Ω17Wの抵抗を配置しようとしましたが、ノイズはまだ残っています。ループを最小化するために、最小のスプリング接点を持つスコーププローブを使用していました。
100％PWMがスイッチングを停止するため、ノイズは100％PWMデューティサイクルがある場合にのみなくなります。

私が使用しているインダクタ：

更新：
これはレイアウトです（上部は降圧コンバーター、左側のファンコネクタ、右側の12V電源入力です）： 一般的な電解コンデンサーを使用しました。それらのデータシートはありません。

C1とC3に10uFセラミックコンデンサを追加しました。
R2の値を0Ωから220Ωに増やしました。
D4をUS1GからSS12に変更しました。私の間違い、私は元々US1Gを使用していました。
そして、ノイズは10 mV未満になりました（ファンの代わりに抵抗が使用されました）。

電源抵抗の代わりにファンを差し込んだ後：

更新2：
私は自分の回路で130kHzのスイッチング周波数を使用していました。また、立ち上がり/立ち下がり時間は10nsでした。

黄色のトレース=スイッチングトランジスタQ2のゲート。
青いトレース= Q2のドレイン（10nsの立ち上がり時間）。

周波数を28kHzに変更し（この変更のためにより大きなインダクタを使用する必要があります）、立ち上がり/立ち下がり時間を100nsに増やしました（抵抗R2の値を1kΩに増やすことで実現しました）。

ノイズは2mV ppまで減少しました。

1000uFコンデンサC1およびC3は、このような高周波スイッチング過渡現象を十分に処理できない場合があります。大きな値のキャップには、常に非常に悪い高周波応答があります。

1000uFを47〜220 uFの低ESRコンデンサに置き換えてみて、それがどうなるかを確認することをお勧めします。多分も配置セラミック両方と平行に-コンデンサ（470 nFの100のNF）。

バイパスキャップに関するデイブのEEVBlogからこのビデオを見ることもお勧めします。正​​確には状況ではありませんが、このビデオで説明されているコンデンサの非理想性は問題にも当てはまります。

R2の値を増やしてみてください。これにより、ゲートのdV / dTが減少し、MOSFETが切り替わるときにエッジが遅くなります。通常、10オームを開始するのに適していますが、実験が必要な場合があります。

PCBレイアウトの更新後に他の回答に追加：

低インダクタンスグランドを作成するためのグランドプレーンがない場合、「GND」とラベル付けされたすべてのトラックは、1mm幅のトラックで約7nH / cmの非常に高いインダクタンスを持ちます。

このように、キャップはHFのフィルタリングに非効率的です。これは、コンデンサと直列にインダクタ（トレースとも呼ばれる）がほとんどないため、HFインピーダンスが増加するためです。SMDセラミックキャップは、魔法によるものではなく、単純に小さいため、電解質よりもはるかに低いインダクタンスを持っています。したがって、HFデカップリングの方が優れています。しかし、トレースのインダクタンスは依然として直列です。

また、GNDには高速のdi / dt電流があるため、GNDトレースに沿った電位は場所によって異なります。覚えておいてください：

e = L di / dt

di = 100mA、dt = 20ns（高速スイッチングFET）、L = 6nH / cm、したがってe = 10nHのトレースインダクタンスごとに約50mV ...正確には「低ノイズ」ではありません。

...したがって、グランドプレーンのないこのようなPCBでは、脂肪の大電流が関与する場合、通常は何も測定することはできません。信号の形状は、グランドをプローブする場所によって大きく変化するためです。

お気づきのように、解決策は、最初にyoru回路にHFおよび高di / dt電流を持たないようにすることです。これは、抵抗を使用してFETスイッチングを遅くすることで実現されます。

PWMが十分に遅い場合（30 kHzなど）、とにかくスイッチング損失は非常に小さくなります。

これには、高いdi / dtパルスをファンワイヤに送信しないという特別な利点があります。これにより、アンテナとして機能し、ノイズが場所全体に放射されるのを防ぎます。これは、広帯域無線妨害装置を構築する優れた方法です...

L3とC5が何もしないとは思わないでください。これらのインダクタの自己共振周波数は通常非常に低く（データシートを参照）、対象のノイズ周波数ではコンデンサです。また、100µFの出力コンデンサはインダクタです。そして、すべてのトレースはインダクタ、特にグランドです。これは、出力 "GND"の電圧が0Vではないことを意味しますが、HFノイズも含まれます。これにより、ワイヤにHFコモンモードノイズが追加されます。

同様に、LEDを多重化するか、マトリックスキーボードをスキャンする場合は、5nsのエッジを持つドライバーを使用しないでください！これらは基本的に巨大なアンテナです。立ち上がり時間が5〜10nsの方形信号は、スイッチング周波数に関係なく、1〜10 MHzを超える厄介な高調波が発生します。

そのため、効率をさらに向上させたい場合を除き、常にできるだけ遅く切り替えてください！EMIの問題を回避するのは経験則です。

通常、ファンと同じ電源から繊細な電子機器を実行することはありません。

通常、制御電子回路は5Vで動作します。したがって、12Vを5Vにステップダウンするレギュレーター（実際に低リップルが必要な場合は線形レギュレーター）が必要です。12V電源が7V程度まで低下しない限り、安定した5V電源を使用できます。

ダイオードD2を取り外します。これにより、MOSFETがオフになったときに発生するフィルタリングが無効になります。

これには、スパイクを吸収するのに十分な大きさのコンデンサC3が必要です。

RAIDエンクロージャーでこの問題に直面しました。このような回路-ハイサイドチョッパーFET、ダイオードなどがありました。約30KHzでスイッチングしました。その結果、多くのPWMノイズがディスクドライブの+ 12Vの破壊に打撃を与えました。

示されているこの回路は、降圧コントローラのように動作しようとしますが、実際にはこれは必要ありません。

とにかく、「邪悪な」チョッパーのために私がしたことは次のとおりです。

1. キャップをモーターと直列に入れます。これについてはもう少し詳しく説明します。
2. FETをキャップ全体に配線します。

クレイジーに聞こえますが、動作します。キャップ/ FETコンボは、ファン電流、したがって速度を調整する一種の可変抵抗として機能します。

FETがオフの場合、キャップはモーターを介して充電されます。オンになると、キャップはFETを介して放電し、モーターはレール電圧まで引き上げられます。これが行うことは、大電流過渡ループをFETとコンデンサに局所化することです。

ほとんどのフィルタリングを取り除くことができ、キャップのサイズをたとえば33uF程度まで小さくすることさえできます。