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[参考译文] INA2181:两个电机电流感应之间的串扰

Guru**** 633810 points
Other Parts Discussed in Thread: INA2180-2181EVM, INA2181, INA240
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1087243/ina2181-crosstalk-between-two-motor-current-sensing

部件号:INA2181
主题中讨论的其他部件:INA2180-2181EVM,2181, INA241INA240

•两个电机交替驱动,其电流由INA2181A1IDGSR (R=Imax=2A)监控50 m。Ω

•in2 --> in1的串扰较大,而in1 --> in2的串扰则不大。(IN1连接到Motor1,in2连接到Motor2)

•串扰与PWM频率大致成比例。

 

•是否有减少串扰的好方法?  

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    您好Masaki:

    输入上的电压是否发生变化?  电流感应是否在PWM侧?  电机1与电机2的电压变化是多少?  您可能有较大的电压峰值导致此问题。  您能否分享您的布局?

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    输入上的电压是否发生变化?  电流感应是否在PWM侧?  电机1与电机2的电压变化是多少?  您可能有较大的电压峰值导致此问题。  您能否分享您的布局?

    是的,我可以分享示波器测量值,电路图和布局。 请检查它们。

    e2e.ti.com/.../Oscilloscope-observation-22.0325万.ppt

    e2e.ti.com/.../Hapkit-for-Robotics-Hub-v23.pdf

    e2e.ti.com/.../Hapkit-for-Robotics-Hub_5F00_2022_2D00_02_2D00_12.zip

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    您好Masaki:

    该问题似乎不是来自其他通道,因为CHA的输出与CHB的输出或CHB的输入PWM不对应。  所有信号都不匹配。  GP27/ADC1/I2C1_SCL是否可以 驱动来自RASPI_Pico的引脚?  要对此进行测试,您可以轻松地卸下R204并查看输出。  或者查看RASPI_Pico的GP27引脚的配置。  我倾向于这一问题的原因是与另一个通道的输入/输出与CHB的输出变化没有关联。  此外,输出也在从正极变为负极轨,这与SCL信号的作用有点相似。

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    感谢您的评论。

     GP27/ADC1/I2C1_SCL是否可以 从RASPI_Pico驱动该引脚?  

    我的第一个示波器图片是如此极端,以至于它们具有误导性。

    所以我准备了另一个观察,我注意到只有 当感应寄存器接近+5V时才会出现问题。

    当感应电阻接近+0V时,我注意到两个通道之间没有串扰。

    请查看以下PPT吗?

     

     e2e.ti.com/.../Oscilloscope-observation-22.0326万.ppt

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    您好Masaki:

    我将继续关注在INA2180-2181EVM上2181上重现的尝试。  我需要几天时间才能进入实验室。

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    感谢您的努力。

    我注意到了一件事。 如果您对此发表评论,我将不胜感激。

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    Masaki-San,

    我将在Javier在实验室工作时帮助回答您的问题。

    参考电压不是问题中的饱和点。 参考电压 作为Vsense = 0V条件传递到放大器的输出。 对于INA2181内部的每个单独放大器,在最坏的情况下,它们应该能够达到VV-.03V。 这是放大器饱和的位置:

    由于您的参考电压在您的示例中设置为1.8V,Vs为3.3V,因此 在正向方向上为3.27V-1.8V = 1.47V的参考输出分辨率,在反向方向上为1.795V (摆动到GND)。  

    所以,在前进的方向上,饱和的条件实际上是

    RSENSE*IM*增益>1.47V

    如果达到此条件,则是,输出将饱和。 这不会损坏放大器,但输出显然将不再准确,并且在修正饱和状态时,可能需要一段时间才能使输出返回线性操作。

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    Masaki,

    我在操作Ch2的输入和观察Ch1时,在输出中没有看到任何内容。  您能否查看VS引脚和Vref引脚,以查看这些引脚的驱动是否存在任何问题。  您还可以检查设备的GND与输入。  当您切换时,GND和PGND的变化是否会导致输入低于GND的问题?

    我看不出还有其他的来源。

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    感谢您的尝试。  

    我再次检查了实验中的Vs,Vref,GND,PGND。

    你对此说什么?

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    Masaki,

    你让我跌倒了。  我想看看它还能是什么呢?  正如我所说的,我对EVM进行了实验,并应用了瞬态VCM和瞬态Vsense电压,而我完全看不到多少串话。

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    Masaki,

    我的同事看了一下这个问题,他提到如果输入共用模式低于绝对最大额定值,可能会损坏设备。

    您是否可以添加一些保护并尝试新设备?

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    您是否可以添加一些保护并尝试新设备?

    感谢您的评论。  我会试试。

    是这样的保护,它将切断峰值。

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    您好,Masaki:

    我认为您的电路是电动机感反冲的受害者:

    我认为,输出从"运行"模式直接切换到"停止"模式,两个输出都"关闭"的情况非常重要。 也许您可以在进入"停止"模式之前先"短制动"电机,以避免这种情况?

    当然,在正常的"运行"模式下,仍存在感应反冲发生的风险。 必须执行一些示波器测量才能清楚地了解发生了什么。

    图55和56显示了一些使用TVS保护INA2181输入免受过高共模输入电压影响的保护电路。 但遗憾的是,它们不能保护输入免受负向输入电压的影响。 即使安装附加的二极管夹或肖特基二极管夹,INA2181的输入也可能无法完全保护到-0.3V,因为电机线路中最终会出现电感反冲。 这种保护方案的另一个缺点是,由于附加的TVS,二极管或肖特基二极管带来的不平衡,共模抑制会显著降低。

    我将通过示波器测量来查看电路必须承受的感应反冲类型。 然后,我会寻找一个合适的电流感应放大器,它可以轻松处理观察到的欠压和过压。 我猜这是一个功放,它可以处理负共模输入电压低于-0.3V。

    您还可以尝试交换电动机驱动器的输出,电流感应放大器的输入和并联的位置。 但我认为这只会轻微改善情况。

    Kai

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    非常感谢您提供有关电机驱动器使用的更多信息。

    是的,我一直在使用"停止"模式。 所以我很快就更改了软件,使用了“运行时短中断”PWM。

    图片是感应寄存器两端的电压。 似乎存在感应反冲。

    我的问题是:

    * CR过滤器是否有效地将峰值降低到0.3 V以下?

    *当输入包括高于350 kHz的频率时,CR滤波器是否会提高放大器的一般精度?

    *如果是,将图48和图55合并以获得更好的性能是否是一个好主意?

    山本正明  

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    您好,Masaki:

    您所显示的过滤器是差分过滤器,仅过滤差分输入电压,或通过其它词语过滤两个输入之间的电压。 但这不是问题。 问题是两个输入的共模输入电压,换言之,是从每个输入到信号接地的电压。 这些电压主要包含破坏感应反冲,这些电压需要滤波。 因此,您需要从每个输入到信号接地添加滤波盖。

    问题是,正如我在上文已经提到的,由于制造公差和过滤电容器漂移造成的不平衡,这样的共模滤波可以显著降低共模抑制。 这就是为什么不建议在数据表中使用共模筛选的原因。 这会造成更多的伤害而不是好处。

    为什么需要大量的共模抑制?

    两个输入均可看到较大的输入电压,而这些电压只会因分流电阻器上极小的压降而有所不同。 INA2181只能放大分流器中的小电压降,但不能放大两个输入的几乎相同的电压。 应尽可能抑制这些大共模输入电压。 但是,当您在两个输入端引入不平衡时,INA2181可以更长时间地实现这一目的,因为在两个输入低通滤波器中,共模输入电压不会被转换为差动输入电压。 这会彻底破坏INA2181令人敬畏的共模抑制。 因此,您将看到INA2181输出端的共模输入电压有很大一部分不再被抑制。

    此外,我认为通常的低通滤波的时间常数不足以完全滤除感应反冲。 需要放大感应反冲的范围图解,以查看需要什么低通滤波时间常数。

    所以,也许我错了,但我认为您的-1V...-2V感应反冲不能简单地由INA2181通过添加一些低通滤波和二极管夹来处理。 但是,让我们等待TI专家对所有这些所说的话。

    Kai

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    另一个看起来是使用我们的设备,它拒绝来自PWM信号的共模转换。  INA240和处于预览模式的新INA241。

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    感谢您的评论,Kai和Javier。

    • 我已将旧的INA2181设备更换为新设备。
    • 我还修改了控制器软件,以便电机不会与电源断开。
    • 灾难性串扰消失,但仍存在与PWM频率成比例的小信号。(红线为INA2181 OUT2,它监控电机电流,蓝线为OUT1,它监控零电流)

    我将挑战一个带有共模CR滤波器的新电路,尽管Kai已经指出它可能会带来比良好更多的伤害。

    我还将等待新的INA241设备上市。

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    您好,Masaki:

    除了采用更适合的电流感应放大器之外,还有其他几种补救方法:

    1.您可以在与内部MOSFET体二极管平行的情况下安装额外的回退肖特基二极管,如下所示:

    http://wesleythoneycutt.com/tb6612fng-motor-control-board-update/

    此测量的主要缺点是这些回冲二极管的结电容不能太大。 否则,每次MOSFET打开时,您都会对MOSFET短路一小段时间。

    2.另一种方法是将电机驱动器的电源接地相对于电流感应放大器的信号接地进行转换,以便不再超出电流感应放大器的共模输入电压范围。 此方法的缺点是电机驱动器输入处的所有控制信号也必须移动。

    3.最简单的补救方法是将分流器不插入电机线路,而是插入电机驱动器的电源电压线路"VM1,2,3"。 当然,在这种情况下,您需要为每个电机选择一个单独的电机驱动器。

    Kai

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    Masaki,

    哈维尔今天不在办公室,所以我可以在这里鸣叫一下。 我同意Kai的评估,尤其是第3点。 只要我们的任何器件在输入端的公共模式下发生快速变化,它就会对其作出响应,正如我们在数据表中所示。 以下是INA2181:

    我们的某些设备(如INA240和 INA241B Javier)在设计时考虑到了这一点,并且包含有助于缓解此错误的算法,但当公共模式更改时,所有这些设备都将有一定程度的响应。  

    如果您在INA2181中看到的错误对于应用来说太大,您可以将放大器移至高侧或低侧,如图所示。 请注意,此图以平均测量值显示高侧,其中低侧显示每个电机的离散安培,如Kai所述。 中间的放大器是您的电流测量尝试,我们称之为直插式:

    在电路中的这些点处进行测量,可消除测量中的共模脉冲,因为分流器现在处于稳定的大致电压下。 这是您在赛道上能够做到的吗?

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    谢谢Kai,

    3.</s>2181 405.1808万405.1808万最简单的补救方法是将分流器不插入电机线路,而是插入电机驱动器的电源电压线路"VM1,2,3"。 当然,在这种情况下,您需要为每个电机选择一个单独的电机驱动器。[/QUET]

    谢谢卡罗勒斯,

    我405.2822万我同意Kai的评估,尤其是#3。 [/引述]

    我很想去,但它能测量这样的短制动电流吗?

    [/quote]
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    您好Masaki:

    如果您将其置于高压侧,则无法测量T2或T3的电流。  如果可以,我建议您尽可能使用INA240或INA241。   

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    您好,Masaki:

    这就引出了一个修辞性的问题:为什么要测量电机电流?

    Kai

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    谢谢Javier,

    如果405.4716万如果可以的话,我建议您尽可能使用INA240或INA241。

    我一定会等他们的。

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    感谢Kai的评论。

    为什么405.5452万为什么要测量电机电流?

    我想测量电流以在干扰观察器上进行实验,通过精确了解电流,我可以估计干扰并进行纠正,以获得更好的位置控制性能。   

    我需要两个电机的两个电流的原因是为了进行双侧控制实验,其中一个电机的位置和扭矩与另一个电机精确对应,反之亦然。  

    如果我使用无刷直流电动机,我可以使用两天前Carolus显示的电流测量电路。 但在我的情况下,我使用直流电刷电机来简化操作并导致此问题。

    山本正明

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    您好Masaki:

    我建议您订购 INA241A INA241B的样品。  它们现在可用,并且具有PWM抑制。  我们还有一些其他类似的器件,它们具有相同的引脚输出,但没有PWM抑制 INA296A INA296B。  您还可以订购产品页面上显示的这些器件和EVM,以便进行试验。

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    哈维尔,您好!

    我405.7373万我建议您订购 INA241A INA241B的样片

    您说的是TI的样例吗?  

    我无法在DigiKey中找到任何内容。

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    您好Masaki:

    是的。  您必须从TI订购。  单击链接,向下滚动并按顺序排序。  您需要通过网站订购。