PWM LED dimmer geeft spanningspieken (kicad & scope)

[Kanze]

Ik heb een kleine PWM LED dimmer gebouwd met een ESP32 en enkele FDD8447L mosfets. Tijdens de ontwerp en testfase gebruikte ik een stripje van amper 50cm en direct aangesloten op terminals op het PCB'tje. Werkt zoals het hoort. Hieronder het origineel ontwerp.



In huis drijft de dimmer echter LEDs die tot 30 meter weg staan (2x 15m kabels en dan nog met een striplengte van enkele meters. Na plaatsing merkte ik dat de dimmer werkte maar dat de mosfets geluid maakten. De scope toont in dit geval tussen Drain en Source van de mosfet een grote spanningspiek die vervolgens weg ebt. Hieronder kijken we naar het moment dat de mosfet sluit.



Ik dacht dat dit om een inductieve spanningspiek ging en plaatste daarom een 1N4148 diode over de strip. Dit moest noodgedwongen aan de dimmer en dus niet zoals het hoort dichtst bij de bron van de inductie (de strip). Dat had echter geen enkel effect.

Maar toen ik een bijkomende keramische condensator van 100nF over de LEDs plaatste veranderde het verhaal



De piek is nagenoeg compleet verdwenen en de mosfets maken ook geen geluid meer



Mijn vraag is of iemand me kan uitleggen wat hier nu precies aan de hand is. De diode heeft geen effect maar de condensator wel. Welk natuurkundig fenomeen ligt hier aan de basis van? En waar moet ik nog op letten in de toekomst? Tips over studiemateriaal ook zeer welkom!

[DrivinUCrazy]

De theorie is me al jaren en jaren weggezakt, maar moet je het misschien zoeken bij de capaciteit van de kabels? De kabels zelf vormen ook een condensator. Als je de kabels weer ertussen uit zou laten, is het probleem dan weer weg, ook met de langere ledstrips?

[memphis]

Is dit niet hetzelfde als wat condensatoren bij TL buizen doen?
De spoel geeft een faseveschuiving waardoor er een soort van blind vermogen ontstaat, een condensator werkt als het tegenover gestelde en zal de faseverschuiving van de spoel wegwerken waardoor het geheel weer als een ohmse belasting gezien wordt.

[Limhes]

Je LED strip met kabel lijkt een resonant netwerk te zijn geworden, dat je met de blokgolf van je pwm signaal exciteert. De condensator in parallel zal de demping van je systeem vergroten, waardoor je minder "ringing" (die afnemende sinus op je blok) ziet.

[ Voor 10% gewijzigd door Limhes op 26-11-2022 20:01 . Reden: link toegevoegd ]

[wouter6022]

Als je zeker wilt weten of het inderdaad inductief is zou je de stroom door de drain ook even moeten meten, die loopt dan achter op de spanning. Alleen de drain-source spanning is de helft van de informatie

De condensator is een hele eenvoudige 'snubber', als je de magnitude en de faseverschuiving van de stroom en de spanning weet kan je die optimaliseren. Hier is veel over te vinden.

Overigens lijkt de eerste piek weggezenerd te worden in je mosfet want die kan niet meer dan 40 volt aan. Je kan een 'active clamp' in parralel zetten die de gate oplaad als de spanning te hoog wordt om ervoor te zorgen dat de mosfet niet kapot gaat. Interessant om te bestuderen maar zeker niet noodzakelijk voor deze toepassing overigens