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[参考译文] INA239:保护它的最佳方法

Guru**** 2382480 points
Other Parts Discussed in Thread: INA239
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/1116808/ina239-best-way-to-protect-it

器件型号:INA239

大家好、

我的目标是设计一个非常可靠的 PCB 来测试产品(电机)。 INA239测量进入电机内部的总线电压(48V)和电流(Imax 20A)。 我们使用工业电源来仿真电池、因此我们的用法类似于数据表的图8.2、但仅面向负载一个方向、无需充电器。 我们将第二个 INA239用于辅助输入12V、Imax 2A (LED、通信等)。
我的第一个设计工作正常、但当产品出现问题时、INA239 (在48V 总线上)最终会中断。 我们有一个板工作了大约4个月没有问题、一周内有4个芯片损坏。 INA239变得非常热、3V3和 GND 之间的电阻接近0。 SPI 线路受到影响的最坏情况也会烧坏 MCU。 为此、SPI 隔离器可能会实现。
我可以认为、该产品的主要问题是:48V 和 GND 线路短路;电机组装期间切换的48V 和 GND 线路;固件不良- H 桥短路;电机反电动势。
很多时候、电路板可以检测到短路或出现问题、或者 MCU 看门狗启动打开开关。 有时不会、芯片会中断、这让我感到担忧。
为了提供保护、线路上有 TVS 二极管、当电流超过19A 时、MOSFET 开关被设定为打开。 最大功率时的典型电流约为17A。 我已添加系统的屏幕截图。

我知道 PCB 和 INA 的保护可以得到很大的改进、因为我不是一个经验丰富的 PCB 设计人员、这是我第一次使用 INA239、我们非常感谢您的帮助。

谢谢、

PS1:警报线路断开、导致 MCU 引脚耗尽。 我不相信使用它会对我们的问题产生很大影响、因为芯片会立即烧坏。
PS2:接地线(产品、PCB、电源)与面板内的配电块连接在一起。 外部二极管直接连接到产品的48V/GND 连接器。

  • 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。

    您好 Gabriel、

    INA239的最大负输入电压为-0.3V。 双向 TVS 不会有所帮助。

    为什么要以最大电机电流关闭电机? 这是否会导致巨大的电感反冲? 您在电机上是否有去耦电容或电机滤波器来限制电感反冲?

    您使用12V 电源提供什么?

    另一个问题是接地不良。 INAS 不允许较大的负输入电压需要先进的接地方案、以防止电机和 INAS 之间的接地噪声退化。

    Kai

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    您好 Gabriel、

    这似乎是一个较为全局的问题、因为 MCU 有时会损坏。 INA239电源短接至接地点至过压(相对于 GND)这一事实是潜在的根本原因之一。 是否已对此进行检查?

    我知道、由于故障的随机性质、捕获故障并不重要。 但是、在导致故障的运行条件方面是否存在任何共性? 具有 TVS 保护的总线电压远低于 INA239的能力。 因此、这应该是可以的。

    此致、Guang

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    Kai、您好、感谢您的回复、

    我不会以全电流关闭电机、是的、我相信、这会产生巨大的电感反冲。 我不使用该 PCB 控制电机、它不是电机驱动器。 我们测试的是包含电机的完整产品。 我确实认为、开发产品的人员对产品进行了一些保护。 此外、产品/电机由软件控制(我没有写入)。 如果产品的输入存在短路、只要我关闭 MOSFET 开关、就可以检测到高电流并再次打开开关。 此时电机不会移动、因为这是测试的开始、在这种情况下、INA239不会制动。

    12伏电压可用于可能的额外组件、如灯或他们计划的任何附件。 产品上有一个用于此12V 电压的输出连接器、我连接了一个普通电阻器来模拟电流。 在单元内部、它们有一个开关、通过 SW 命令该开关来启用输出。 基本上、它只是测试产品的这个开关。 测量12V 总线的 INA239到目前为止从未出现过故障、我对此并不感到非常担心。

    我认为您对负电压的输入可能是我遇到的问题。 我从未考虑过它可能为负、反电动势将是 TVS 可防止的正电压尖峰。 双向 TVS 将负电压钳制在-77V、但到那时芯片就消失了。 我提出了2个解决方案、我不确定它是否能够防止反极性。

    第一种解决方案是在两个 TVS 二极管之间使用外部脂肪肖特基二极管。 它可能会变得非常热。 我只具有保护 USB 或12V 输入的小型二极管经验、但想法相同。 我在这里找到了这个伟大的人:
    https://www.mouser.de/datasheet/2/389/stps240h100tv1y-1892390.pdf

    第二种解决方案、我不确定它是否可以工作、是将肖特基二极管与 Rshunt 并联。 我必须找到 Vf 小于0、3 (?)的一个。 如果这个想法有效、我可以直接在新的 PCB 重新设计中实现。



    此致、Gabriel

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    您好、Guang、感谢您的回复

    我没有做过很好的检查。 我仅测量了3V3和 GND 线路以及 SPI 总线线路之间的电阻。 我可以检查3V3线路、有时 SPI 线路短路。 一旦我移除了 MCU 和排除的 INA 并将其更换、电路板就可以完全正常工作。  这就是我不认为这是电路板其他部分的问题的原因。 我想、当 INA 烧断时、有时 SPI 线路也会内部短路、从而影响总线上的所有内容。
    我认为 Kai 关于负电压的输入可能是这里的问题。 TVS 二极管不会再提供反向电压保护。

    此致、Gabriel

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    您好 Gabriel、

    鉴于器件处于高侧、我想在 INA239输入端不会强制施加负共模电压。 我想了解发生这种情况的条件/配置。

    但无论如何,我很高兴您能够放大可能的根本原因,并提出了解决方案。

    此致、Guang

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    您好 Gabriel、

    当产品中存在短路且 PROFET 在19A 时开路时、可能会发生以下情况:

    e2e.ti.com/.../gabriel_5F00_ina239.TSC

    Kai

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    或具有正常欧姆负载时:

    Kai