Как устранить «щелчки» полевика?

Question

[20strannik08]

Коммутирую нагрузку 7.5 ампер при 12 вольт, n-канальным мосфетом. Грею нихром, намотанный на трубу спиралькой. Открытие и закрытие мосфета происходит раз в секунду, и в эти моменты слышен какой-то щелчок. Субъективно, ухом не смог определить где и что именно щелкает, куда не прислушайся везде этот звук одинаковой интенсивности. Что можно сделать что бы его устранить? И нужно ли что то делать?

В остальном проблем нет. Нагрузку держит, не греется. Резистор с затвора на исток 18к, к самому затвору резистор не ставил, так как затвор через оптопару одключен(на ней гдето 100-200ом).

Comments

[Армянское Радио]

Какая нагрузка, какой блок питания?

[20strannik08]

Нагрузка 7.5 ампер при 12 вольт. Грею нихром, намотанный на трубу спиралькой.

Блок питания...какойто смутный китайский "Kurato", залитый в компаунд.

Answer 1

[Виктор]

UPD: Ответ полностью изменён.

...5 кусков 1мм нихрома запаралеленых, длиной в 5 метров.
...мне понадобилось около 8 витков

Из этих данных следует что ваша труба имеет солидный диаметр, около 200 мм. Похоже, этот ваш нагреватель - это ВЧ-трансформатор с коэффициентом трансформации 8:1, имеет довольно хорошо связанные магнитным потоком обмотки, и поэтому, даже несмотря на отсутствие магнитопровода, имеет неплохую эффективность. Главная его особенность - вторичная обмотка короткозамкнута, т.е. это трансформатор тока.
Если подключить такой транс к источнику тока 12 вольт через быстродействующий ключ, то в нём можно наблюдать всякие интересные эффекты. Главный из них - это то, что в первое мгновение этот ток будет многократно превышен, и лишь после рассеяния КЗ-тока во вторичной обмотке (т.е. в трубе) ток питания придёт к стационарному значению 7,5 ампер.

Каким образом этот пик тока может дать звук? Одно из объяснений дал в своём ответе VT100 - щёлкает не нагреватель, а БП, из-за перегрузки по току. Второй вариант ответа даю я - большой ток даёт сильное магнитное поле, из-за чего проявляется магнитострикционный эффект, деформирующий трубу и нихромовую обмотку (кстати, сильное поле заодно объясняет звук при выключении, за счёт накопленной в поле энергии, но вышеописанный процесс идёт в обратную сторону). Можно притянуть за уши и третий вариант - пик тока инициирует всякие резонансные эффекты на частотах, слышимых ухом человека, но тут для проверки надо измерить индуктивность нагревателя, а ещё лучше посмотреть запоминающим осциллоскопом.

Как устранить щелчок? По-моему, это элементарно: надо любым удобным способом устроить плавное нарастание тока. Например, если ваш полевой ключ имеет достаточный (т.е. многократный) запас по току и мощности, то открывать его плавно нарастающим на затворе напряжением (скажем, за 0,1...0,2 сек, этого должно быть достаточно), хотя даже с запасом по току/мощности это потребует установить ключ на радиатор. Можно также пропилить продольный паз в трубе, чтобы вторичный виток перестал быть короткозамкнутым.

Comments

[20strannik08]

Спираль намотана на металлическую трубу. Изоляция между трубой и нихромом термостокий герметик(твердый как камень). Сам нихром утоплен в этот герметик намертво.
Провод состоит гдето из 4-5 кусков 1мм нихрома запаралеленых, длиной в 5 метров. Такой большой кусок даже за 5 минут не успевает до 100 градусов дойти по нагреву( а его задача поддерживать температуру 70 градусов).

[Виктор]

20strannik08,

Спираль намотана на металлическую трубу.

1. Моё предположение о керамике неверное, и это сразу всё меняет. Придётся делать апдейт к ответу.
2. Металлическая - это какая? Сталь или что-то другое? От ответа на этот вопрос зависит выбор возможного источника звука.
3. Каков принцип намотки? Либо спираль изготовлена отдельно (как в старинных электроплитках), затем расположена на носителе спиралью второго уровня, либо нихром прямым проводом намотан на носитель, и тогда это не спираль, а обмотка. Во втором случае витков значительно больше.

[20strannik08]

Виктор,
2. Металлическая труба, из нержавейки(магнитится). Стенки тонкие, где-то 0.5мм или тоньше.
3. Нихром намотан именно "прямым проводом", как Вы выразились. Но кол-во витков маленькое, т.к. для 7.5а при 12в это 1.6ом, мне понадобилось около 8 витков

P.S. Пробовал на затвор полевика 300ом резистор ставить ничего не изменилось. И заметил что если на выходе после полевика поставить конденсатор электролит на 100мкф, то щелчок усиливается. Сам щелчок происходит как при открытии мосфета так и при его закрытии. Один щелчок резкий, а второй затухающий. Если убрать нагрузку с полевика, щелчки пропадают.

Так же попробовал подключить другое подобное нагревательное устройство(1.3ом), но оно намотано через мягкие теплоизоляторы, и там труба из нержавейки, которая не магнитится(из за мягких изоляторов, подвижность самого нихрома не создает звуки), но щелчки так же были, но немного тише.

[Виктор]

20strannik08, эх, чего ж вы такие важные подробности сразу в вопрос не включили? Мне теперь не дополнять свой ответ придётся, а полностью его переписать, благо движок Тостера позволяет такую вольность. Итак...

[20strannik08]

Виктор, Спасибо за ответ. Прошу прощения, за то что многое сразу не написал.

Из этих данных следует что ваша труба имеет солидный диаметр, около 200 мм.

На самом деле 80мм в диаметре и длинной где-то в 30см, но сути это не меняет.

Похоже, этот ваш нагреватель - это ВЧ-трансформатор с коэффициентом трансформации 8:1, имеет довольно хорошо связанные магнитным потоком обмотки, и поэтому, даже несмотря на отсутствие магнитопровода, имеет неплохую эффективность. Главная его особенность - вторичная обмотка короткозамкнута, т.е. это трансформатор тока.

Да наверное истина где-то тут рядом, либо так как вы написали, либо он просто превратился в электромагнит. Ранее он работал на китайском диммере, труба издавала слабый писк от шима, и генерировала помехи, как в питании так и по "воздуху", от помех избавится простым конденсатором не получалось(как и более сложными путями тоже не получилось) и я унес всю электронику подальше. Позже вернул электронику назад, но от китайских устройств и диммера избавился, и повешал все эти задачи на микроконтроллер, а частоту занизил до 1-2гц и это помогло.

Как устранить щелчок? По-моему, это элементарно: надо любым удобным способом устроить плавное нарастание тока. Например, если ваш полевой ключ имеет достаточный (т.е. многократный) запас по току и мощности, то открывать его плавно нарастающим на затворе напряжением (скажем, за 0,1...0,2 сек, этого должно быть достаточно),

Не подскажите способ реализации плавного открытия и закрытия? Путем увеличения номиналов резисторов на затвор и исток достаточно будет? Запас по току у транзистора большой, больше чем у самого блока питания.

[Виктор]

20strannik08,

Не подскажите способ реализации плавного открытия и закрытия?

Спасибо за подробности, хотя многие были излишними. Плавное открытие-закрытие полевого ключа легко реализуется подачей управляющего сигнала на затвор через интегрирующую RC-цепочку:

Острые фронты и спады она превращает в плавные (это показано на рисунке). Чтобы это происходило, надо взять величину резистора в 5...20 килоом, конденсатор чем больше, тем плавнее (для 0,1...0,2 сек понадобится примерно 30...100 микрофарад, можно подбирать). Резистор между затвором и истоком надо оставить, но увеличить его до сотен килоом, чтобы не мешал конденсатору заряжаться и разряжаться.
И ещё раз повторю - такое управление ключом переводит его из ключевого режима в аналоговый, и на нём начинает рассеиваться приличная мощность (десятки ватт), пусть и недолго (0,1...0,2 сек). Так что не забудьте посадить его на термопасте на кусок меди достаточной массы. Вполне сгодится и любой радиатор от компового процессора, без вентилятора.

Answer 2

[VT100]

Сам нихром утоплен в этот герметик намертво.

Тогда - ставлю на то, что при переходном процессе щёлкает сердечник трансформатора или дросселя в БП.

Comments

[20strannik08]

Была такая мысль тоже, но пока до конца не уверен. А чем это можно вылечить? Конденсатор до полевика помочь сможет? или еще что то?

Поскольку сам БП залит компаундом, не совсем понятно какие электролиты там стоят на выходе...

[VT100]

А чем это можно вылечить?

С учётом идеи Виктор - только затягиванием включения (например - RC-цепь в затворе полевика, с соответствующим учётом мощности рассеяния на нём при переходном процесе), разрывом трубы и сменой её материала на непроводящий.

[20strannik08]

VT100, А есть ли способы, "затянуть" так же и закрытие полевика?

[VT100]

Затянется и то и другое.