• 回复
  • 收藏
  • 点赞
  • 分享
  • 发新帖

电阻加热电路,电压跌落大,请教解决办法。谢谢

设计了一个加热电路,用功率电阻给某个元件加热,实际工作中,发现电源电压跌落过大,导致电路中的陶瓷电容振动,干扰到了被加热元件(用于测振动)。具体电路如下:

实际测试时,在C52上并了1个220uF的电解电容,PWM由单片机直接产生,测试时使用桌面电源,30V/3A,开启加热和不开启加热时的波形如下:

CH2为PWM波形(50Hz),CH1为VPP(C52)上的电压跌落波形,可以看出,在开启的时候,电压跌落接近100mV;因体积受限,不能增加太多电容。也尝试过增加PWM频率(40KHz)),电压跌落会好很多,基本上接近20mV,但是因为频率过高后,同样也会干扰到测量元件。

去掉电解电容后的波形,和上面的波形差不多。如下图:

也尝试过并2个220uf的电解电容,改善不明显。

请教各位电源高手,有什么办法可以解决这个问题?非常感谢!

全部回复(16)
正序查看
倒序查看
小巩
LV.11
2
2016-09-11 23:44
电阻多大功率,
0
回复
2016-09-12 09:19
有几种方法:1、换1个有外取样的电源,将电压取样线接至VPP、PGND处;2、拆开电源,找出输出电压反馈电路,将反馈电路接输出正负的连接断开,用引线接至VPP、PGND处;3、电源线用粗的双绞线,要尽量短,此种方法效果最差。
0
回复
2016-09-12 10:11
可以考虑换掉陶瓷电容,避免压电效应引起的振动。
0
回复
2016-09-12 21:45
@ymyangyong
可以考虑换掉陶瓷电容,避免压电效应引起的振动。

非常感谢各位;这里一并回复。

to“小巩”电阻是0.5W的电阻,1210封装;还是体积等原因的限制,这里要超功率使用才会达到比较好的效果。

to“yaojinc1962”,电源部分都是自己设计的,这个模块离主电源有1.2m的距离,不能使用特别粗的线,机器要运动,太硬太粗的线与结构有一定的冲突。

to版主:下面就是准备换掉大陶瓷电容,但是板子上不可避免的会使用各种小的陶瓷电容,同样也会振动。

 

0
回复
2016-09-14 09:04
@zhangjie0203
非常感谢各位;这里一并回复。to“小巩”电阻是0.5W的电阻,1210封装;还是体积等原因的限制,这里要超功率使用才会达到比较好的效果。to“yaojinc1962”,电源部分都是自己设计的,这个模块离主电源有1.2m的距离,不能使用特别粗的线,机器要运动,太硬太粗的线与结构有一定的冲突。to版主:下面就是准备换掉大陶瓷电容,但是板子上不可避免的会使用各种小的陶瓷电容,同样也会振动。 
1.2M的电源线?难怪加载时电压要跌落,那是线压降。要是自己做的电源就简单了,增加2根电压取样线(可用很细的线)直接连接至VPP、PGND处即可。
0
回复
2016-09-14 11:31
从电路图上看功率也不大,不如在PWM信号后接RC电路实现D/A转换让MOS管工作于线性区,这样加热元件中没有脉冲电流即便后面是高灵敏的传感元件也不会受到影响。
0
回复
2016-09-15 15:52
@yaojinc1962
1.2M的电源线?难怪加载时电压要跌落,那是线压降。要是自己做的电源就简单了,增加2根电压取样线(可用很细的线)直接连接至VPP、PGND处即可。

谢谢回复,测量时我是测试的C52两端,220uf的电解电容也是并在C52两端。

从你的建议中,我想可以考虑在加热附近做一个DC-DC,将16.8V转成如12V之类的电压加热,这样DC-DC或许能快速跟上负载的变化,跌落或许会小一点,后面可以做实验测试下。

现在的主要疑问是:为什么加了这么大的电容(离加热部分很近),加热所需的电流这么小的情况下会有如此大的跌落? 我能想到的是电容的ESR会有影响,但如果是ESR影响,我并了2个220uf电容又无明显改善,解释不通,还希望各位电源高手解惑。

0
回复
2016-09-15 15:55
@boy59
从电路图上看功率也不大,不如在PWM信号后接RC电路实现D/A转换让MOS管工作于线性区,这样加热元件中没有脉冲电流即便后面是高灵敏的传感元件也不会受到影响。

谢谢版主回复,这个方法试过,在1K的后面并了0.01uf电容,当时想的是为了MOS开关变缓一点。也尝试过让16.8V经过一个开关电源电路变成可变的线性电压输出后接加热电阻,让电流缓慢变化。

但是有个问题,加热电路是做恒温用(抱歉前面未说明),温度低于40°加热,超过40°加热停止,还是存在流过电阻电流不连续的情况,本质上还是要解决加热开启时电压跌落的问题。

0
回复
2016-09-16 17:22
@zhangjie0203
谢谢版主回复,这个方法试过,在1K的后面并了0.01uf电容,当时想的是为了MOS开关变缓一点。也尝试过让16.8V经过一个开关电源电路变成可变的线性电压输出后接加热电阻,让电流缓慢变化。但是有个问题,加热电路是做恒温用(抱歉前面未说明),温度低于40°加热,超过40°加热停止,还是存在流过电阻电流不连续的情况,本质上还是要解决加热开启时电压跌落的问题。

以前恰好做个这种类型的加热电路,温度稳定在40±0.02°之内变化很缓(增加一个运放性能会更好),被加热器件是高灵敏传感器对温度和电流磁场都很敏感,从最终结果看这种简单的加热装置没有对传感器造成不利影响。因为是工作在线性区所以是没有电流突变的。

参数需要调整一下:比如电阻取值1k-100k,电容取值0.1uF-10uF,根据PWM的频率、动态、纹波要求来调整,PWM频率从几k到几十k均可。

0
回复
2016-09-18 16:54
@boy59
以前恰好做个这种类型的加热电路,温度稳定在40±0.02°之内变化很缓(增加一个运放性能会更好),被加热器件是高灵敏传感器对温度和电流磁场都很敏感,从最终结果看这种简单的加热装置没有对传感器造成不利影响。因为是工作在线性区所以是没有电流突变的。参数需要调整一下:比如电阻取值1k-100k,电容取值0.1uF-10uF,根据PWM的频率、动态、纹波要求来调整,PWM频率从几k到几十k均可。

 谢谢版主回复!

下午做了实验,在采用PWM做DA这种方式后,纹波确有减小(以前我PWM占空比有开到100%,实际还是当开关用),但是有几个问题,还请版主解惑:

1、这种方法的问题之一就是,在线性区内,MOS的电阻范围很大,如过MOS电阻过大,已经比加热大了很多,这样加热效率太低,此时纹波最小;如过MOS内阻小,加热效率高,但纹波又变大了,和把MOS当开关用没有太大区别;

2、MOS的Vgs门限是一个范围,个体差异的原因,同样的Vgs,可能有的已经处于开关状态了,有的还在线性状态;保守的做法就是让PWM占空比都小一点,但是这样就同样出现加热效率的问题;我使用的2N7002K的Vgs门限范围是1.0~2.3V;但PWM经过DA后使Vgs=2.08V时,MOS的电阻约为148欧;当Vgs=1.9V,MOS的电阻约为1950欧,这个变化太大了。

 

这种方法我跟实用性不大,对MOS有很高的要求。

 

我现在比较疑惑的是 电压 跌落的本质原因是什么?只有找到了本质原因,才能彻底解决问题,还请版主指点,非常感谢!

0
回复
hjhlql
LV.7
12
2016-09-18 19:36
看你的电路功率不大,要求很高吗,如果不是很高,搞个431,一小三极,一个电阻,一个负温电阻,一个电位器就行了,稳定的温度可以达到正负一度的精度。大电流可以采用34063+P沟MOS也很好用。
0
回复
2016-09-19 09:59
@hjhlql
看你的电路功率不大,要求很高吗,如果不是很高,搞个431,一小三极,一个电阻,一个负温电阻,一个电位器就行了,稳定的温度可以达到正负一度的精度。大电流可以采用34063+P沟MOS也很好用。
温度要求到不高,±1°即可;关键是对电源部分的影响要小,也即加热产生的纹波要越小越好!
0
回复
2016-09-19 17:21
@zhangjie0203
 谢谢版主回复!下午做了实验,在采用PWM做DA这种方式后,纹波确有减小(以前我PWM占空比有开到100%,实际还是当开关用),但是有几个问题,还请版主解惑:1、这种方法的问题之一就是,在线性区内,MOS的电阻范围很大,如过MOS电阻过大,已经比加热大了很多,这样加热效率太低,此时纹波最小;如过MOS内阻小,加热效率高,但纹波又变大了,和把MOS当开关用没有太大区别;2、MOS的Vgs门限是一个范围,个体差异的原因,同样的Vgs,可能有的已经处于开关状态了,有的还在线性状态;保守的做法就是让PWM占空比都小一点,但是这样就同样出现加热效率的问题;我使用的2N7002K的Vgs门限范围是1.0~2.3V;但PWM经过DA后使Vgs=2.08V时,MOS的电阻约为148欧;当Vgs=1.9V,MOS的电阻约为1950欧,这个变化太大了。 这种方法我跟实用性不大,对MOS有很高的要求。 我现在比较疑惑的是电压跌落的本质原因是什么?只有找到了本质原因,才能彻底解决问题,还请版主指点,非常感谢!

功耗效率问题取决于供电电压,最理想电压下MOS管的最大功耗为最大加热功率的1/4。

D/A转换处可以做一下处理,比如0-100%的占空比对应1.0-2.3V,这种用法要形成反馈环路有了反馈MOS管的一致性可以忽视(如12楼)

关于纹波本质,怀疑电容内阻就换成低内阻电容或n多小电容并联,怀疑导线过长的就加粗导线。

0
回复
yaojinc1962
LV.6
15
2016-09-20 08:30
@zhangjie0203
谢谢回复,测量时我是测试的C52两端,220uf的电解电容也是并在C52两端。从你的建议中,我想可以考虑在加热附近做一个DC-DC,将16.8V转成如12V之类的电压加热,这样DC-DC或许能快速跟上负载的变化,跌落或许会小一点,后面可以做实验测试下。现在的主要疑问是:为什么加了这么大的电容(离加热部分很近),加热所需的电流这么小的情况下会有如此大的跌落?我能想到的是电容的ESR会有影响,但如果是ESR影响,我并了2个220uf电容又无明显改善,解释不通,还希望各位电源高手解惑。
你想多了,跌落电压主要由线压降造成。找个稳压电源将电压取样(电压反馈)直接接至C25两端就行。
0
回复
hjhlql
LV.7
16
2016-09-21 19:58
@zhangjie0203
温度要求到不高,±1°即可;关键是对电源部分的影响要小,也即加热产生的纹波要越小越好!
我说的二种我都做过,很稳,用了二只MC34063+P沟MOS我是用的10-24V铅酸电池或开关电源给暖脚宝供电的,功率可达最大80W,温度还很稳定,一只34063做限流用,一只34063做温度控制用。
0
回复
2016-09-21 20:52
看图形你的加热电路有电感成分存在,要做成无感负载。
0
回复