Wie kann ich das PWM-Geräusch eines Gebläsemotors reduzieren?

Wie die meisten Leistungs-MOSFETs hat der IRF3205 eine große Gate-Kapazität, die geladen und entladen werden muss und etwa 50 nC Ladung benötigt, um richtig einzuschalten. In Ihrer Schaltung sickert diese Ladung durch R1 und verzerrt Ihre schöne 12-V-Rechteckwelle in einen Sägezahn, der kleiner wird, wenn die PWM-Frequenz erhöht wird. Um eine gute Gate-Antriebswellenform bei 20 kHz zu erhalten, sollten Sie R1 auf etwa 500 Ω reduzieren (um das Gate schneller aufzuladen) und R2 und R3 auf etwa 1 k (um sicherzustellen, dass Q1 vollständig eingeschaltet wird).

Die 1N4001 ist eine Netzfrequenz-Gleichrichterdiode mit langsamem Schaltverhalten - nicht geeignet für Hochfrequenz-PWM. Sie sollten eine Schottky-Diode verwenden, die für mindestens 3 A Dauerstrom ausgelegt ist.

Software-PWM, die mit erstellt wurde, DelayMicroseconds()ist nicht sehr genau, da sie den Loop-Overhead nicht berücksichtigt, sodass die PWM-Frequenz niedriger ist als erwartet. Außerdem darf kein Interrupt-Code laufen (z. B. Timer, seriell) oder die PWM-Wellenform wird unter Störungen leiden, die hörbar sein könnten. Wenn Sie es noch hören können, sind es nicht 20 kHz!

Mit einem guten Gate-Treiber, einer schnellen Flyback-Diode und echter 20-kHz-PWM sollten Sie einen leisen Motorbetrieb erhalten.

Ich habe dasselbe Projekt versucht, aber in einem anderen Maßstab: Ich habe versucht, die Rotationsgeschwindigkeit des Computers zu steuern. Das Geheimnis ist also, dass Arduino standardmäßig eine niedrige Frequenz an seinem PWM-Ausgang hat. Das verursacht Geräusche, die Sie hören können. Die Entscheidung liegt also darin, die richtige Frequenz direkt über AVR Registries einzustellen. Schauen Sie also hier: https://www.arduino.cc/en/Tutorial/SecretsOfArduinoPWM unter dem Titel „Using the ATmega PWM registers direct“.

Tatsächlich stellte sich heraus, dass das Rauschen mit Hochfrequenz-PWM verschwand.

Abschließend stelle ich Folgendes fest:

• Mit Nick Gammons Arbeit an Timern konnte ich eine PWM-Frequenz erhalten, die laut seinen Schriften bei etwa 25 kHz liegen sollte; Dadurch verschwand das Rauschen vollständig

• Die Gate-Spannung des MOSFET muss schnell laden/entladen können; der MOSFET würde sehr heiß werden; Bei Verwendung kleinerer Widerstände (100 Ohm) wurde das Problem reduziert, aber für einige Arbeitszyklen nicht gelöst (danke @Bruce Abbott)

• Bei höheren Frequenzen würde der Motor nicht starten, vermutlich weil der MOSFET nicht schnell genug aufgeladen würde (ich frage mich, ob es möglich wäre, zwei Transistoren (NPN + PNP) zu verwenden, um schnell und effizient zwischen Nullwiderständen zu wechseln gegen Masse und Nullwiderstand gegen 12 V, wodurch der Wärmeverlust reduziert und die Motorfunktion verbessert und PWM mit höherer Frequenz ermöglicht wird)
• Mit dem folgenden Quellcode habe ich einen sehr leisen Betrieb mit einem kleinen Luftstrom bei 1,3 A Strom erreicht (was ich angestrebt hatte: ein niedriger Dauerbetrieb mit gelegentlichem Hochleistungsbetrieb)

Quellcode:

#include <TimerHelpers.h>

const byte timer0OutputB = 5;

void setup() {
  pinMode (timer0OutputB, OUTPUT); 
  TIMSK0 = 0;  // no interrupts
  Timer0::setMode (7, Timer0::PRESCALE_64, Timer0::CLEAR_B_ON_COMPARE);
  OCR0A = 10;   // count to 4, zero-relative
  OCR0B = 5;   // duty cycle
}

Ich hoffe, Sie haben nicht die 1-Ampere-1N4001-Diode verwendet, um einen 7-A-Motor zu klemmen. Der Stoßstrom liegt näher bei 8~10x oder 70A max, beginnend mit PWM.

Obwohl es kurze Impulsströme von viel mehr als 1 A verarbeiten kann, ist es normalerweise besser, den Nennstrom des Motors oder mehr zu erreichen.

Die Bemessungswerte der Klemmdiode und des PWM-Schalters müssen BEIDE den Bemessungsstoßstrom des Motors übersteigen, um eine Überhitzung und einen effizienten stabilen Betrieb für die Drehzahlregelung zu vermeiden.

Dies liegt daran, dass die Diode den induktiven Strom des Motors leitet, während der Transistor ausgeschaltet ist. Sie müssen eine Diode wählen, die größer als das 10-fache des Motornennstroms ist, da jeder Impuls bei niedrigen Drehzahlen diesem Stoßstrom entspricht. Sonst wird es sehr heiß.

Ich würde so etwas wie diese Kfz-Leistungsdiode vorschlagen . 4,19 $ (1) - Aber es ist besser, die Reaktion auf einem Oszilloskop zu beobachten und dann festzustellen, ob das Rauschen elektromagnetisch-akustisch oder mechanisch-akustisch ist.

• Aus dem Video geht hervor, dass das Klingengeräusch übermäßig ist und die Gehäuseresonanz wie bei einem Lautsprecherdesign deutlich wird.

• Ein besseres Design platziert den Lüfter in einem Ofenkanal an einem entfernten Ort, so dass es keine Reibungsgeräusche oder Wirbelströme an der Schnittstelle zum Lüftungsgitter gibt

• PFM mit Verzögerungszeiten von 30-500 us ist eine schlechte Möglichkeit, die Lüftergeschwindigkeit zu steuern, obwohl dies für einen Boost-SMPS-Regler nützlich ist, nicht für einen Buck-Lüfterdrehzahlregler.

• Sie sollten PWM über 20 kHz verwenden. ig 21~22Khz und prüfen Sie auf Aliasing-Effekte mit Lüftergeräuschen, aber in einem Plenum sollte es sehr leise sein.