[参考译文] DRV8844：在失速测试期间过流保护(OCP)不会正确解析

尊敬的 Antoine：  

感谢您与我们联系。 您是否向我们提供以下请求以更好地帮助您？  

1-您是否也会分享我们要审阅的 DRV 的整个原理图？  

2-您还能分享一下输入。  

3、输入电压为48V、但是输出电压似乎高于48、看起来大约为52V、 您是否要说明清楚？

4-您在测试过程中是否捕获了 nFAULT 和 nSleep？

此致、  

Mojtaba.

1.这里是驱动器的完整原理图。

您可能会注意到、电机方向由信号"CAM_DIR"管理、该信号可能会突然将 PWM 的值从 PWM_INA 更改为 PWM_INB。 在控制级别、我们确保在启用 PWM 的情况下不会反转该信号。 当 PWM 的占空比为0时、方向变化之间始终存在最小10ms 的死区时间。 我们的失速测试不涉及中断时的方向变化。

2.不幸的是,我没有得到 PicoScope 示波器迹线中的输入,目前我没有任何硬件可以中断。

-我们相信,它不是故障的 PWM ,因为我们的迹线表明,电机上的反相电压不会发生在特定的时序关于 PWM 上升沿和下降沿。

-我们相信它也不是 CAM_DIR 信号。 当 CAM 检测到故障时、我们的控制会将 CAM_DIR 重置为默认水平、因此这可能是一个问题、但我们观察到电机的两个方向都出现故障、因此没有理由认为这可能会对该问题产生影响。

3.输入电压由连接充电器的磷酸铁锂电池控制(故障也发生在没有充电器)。 在此测试中、确切的电池电压为 52.4V。

您观察到了很好、在控制期间、PWM 电压达到~51V。 当上图中的电压反相时、电压达到~56.21V、因此高于我们的电池电压。 在反相时、电流为8.6A、知道这一点后、我们应该能够更深入地了解故障期间发生的情况。

4.我在测试过程中没有捕捉到 nFault / nSleep。

尊敬的 Antoine：  

感谢您分享信息。  

除了在 INx、ENx 输入端使用串联电阻的原因外、原理图看起来不错。 输入在内部下拉。 其余的看起来不错。 由于您的测试台上的信息有限、没有机会收集更多数据、让我在内部进行更深入的调查、然后返回给您。 我保持该主题打开以进行 更新。  

您好：

我的电工帮我设置了一个新的驱动器^^我在连接充电器的情况下重现了问题、因此电压大幅降低(电池电压~47V、反相后电压~50V)。 这一次,我的司机没有烧伤,但我认为我很幸运,因为在~7之前的实验中,它一直燃烧。 也许我们的问题是限值情况、而且较低的电池电压可以帮助我们节省成本。

发生过流时、我成功获得了输入信号(CAM_PWM 以棕色显示、CAM_DIR 以绿色显示)。 我们可以看到、由于软件尚未检测到故障、因此输入信号保持相同的逻辑(PWM 保持相同的占空比/频率、方向相同)。 而且电信号本身似乎很干净、没有观察到干扰。

然而、我们观察到输出电压电平(红色)的反转、这种反转很快就会发生、就像在上一篇文章中所述的故障过程中一样。 发生此事件后、电流将降至0。 一旦电流达到0A、反相 PWM 便会显示(第二个帧展示了电流达到0之前的最后一次测量、之后触发器没有捕获任何正输出 PWM)。

我目前的观察结果表明、当触发过流时会发生一些奇怪的情况。 我们希望您能够向我们提供更多有关此故障的信息、以及我们可以采取哪些措施来防止驾驶员在未来燃烧车辆。

希望这对您有所帮助

Antoine

此处提供了有关上一个测试的更多信息、其他测量值更靠近驱动器。

棕色信号：PWM_INA 和 PWM_INB 之间的差异(因此、这不包括 PWM 选择芯片的潜在故障)
绿色信号：cam_nFault -->表明驱动器此时进入故障状态。

再次大家好：

我仍然能够重新生成一些有趣的结果、因此我将与您分享、以帮助您了解我们的问题。

第一个图像显示了过热的结果。 与过流的区别在于、 故障(绿色信号)后的电压是恒定的50V、而不是像我们在前面观察到的过流情况下的 PWM。

我们还会注意到 nFault 信号具有很大的噪声。 这是由于电池充电器已连接。 我们认为它不会对其他信号的质量产生任何影响。

第二张图片显示了驱动程序的故障(因此这是我们的最后一个测试...)。 我们还注意到、输入信号在故障后表现奇怪。 我们认为,这是驱动器燃烧的结果(而不是相反的方式)。

在调查数据表时、我们注意到 OCP 与 TSD 之间存在差异。 我们的问题仅在过流期间发生。 您是否认为这可能是由我们并联驱动输出以增大驱动电流这一事实造成的？ 只有一个通道进入 OCP 模式、导致所有剩余电流流经单个通道并最终导致驱动器烧伤？

此致、

Antoine

尊敬的 Antonie：  

我仍然能够重新生成一些有趣的结果、因此我将与您分享、以帮助您了解我们的问题。

第一个图像显示了过热的结果。 与过流的区别在于、 故障(绿色信号)后的电压是恒定的50V、而不是像我们在前面观察到的过流情况下的 PWM。

我们还会注意到 nFault 信号具有很大的噪声。 这是由于电池充电器已连接。 我们认为它不会对其他信号的质量产生任何影响

正如您正确提到的、由于温度关断保护、FET 被禁用、如图所示、VOUT 变为零。 但是、 我不知道为什么输出一直固定在50V、然后变为零。 我认为最初发生了 OCP、然后是 TSD。  

由于温升是其中一个问题、您能与我们分享 PCB 布局吗？ 还请详细说明失速情况以及如何执行此操作以及何时让电机开始运行。  

谢谢你

Mojtaba.

尊敬的 Antonie：  

感谢您提供更多信息。  

Unknown 说：

当过流发生时、我成功获得了我们的输入信号(CAM_PWM 为棕色、CAM_DIR 为绿色)。 我们可以看到、我们的输入信号保持相同的逻辑、因为软件尚未检测到故障(PWM 保持相同的占空比/频率、方向相同)[/报价]

在并行模式下连接输出时、电流在输出之间进行分配、并将每个 FET 的 OCP 阈值增加到10A 或5A。 如下方所示、每个通道都有自己的 OCP、如果每个 FET 中的电流通过 IOCP 、该 FET 将被禁用。 因此、DRV 应该在不做任何更改的情况下继续工作。 您能详细解释一下电压反向的确切时间吗？ 如何使电机失速以及电机何时继续不间断运行。 电压反转的确切时间是多久？  

Unknown 说：

但是我们观察到输出电压电平(红色)的反转、这种反转非常快、就像在上一篇文章中所述的故障期间一样。 发生此事件后、电流将降至0。 一旦电流达到0A、反相 PWM 便会显示(第二个帧表示电流达到0之前的最后一次测量值、之后触发器没有捕获任何正输出 PWM)。

请说明如何测量 VOUT、  从一开始、CAMDIR 就为低电平、因此 PWMINB 连接到 GND、而 PWMINA 连接到 CAMPWM。 预计输出电压在 VM 和 GND 之间会变化、但在您的情况下会出现负电压。 您能告诉我它是如何测量的吗？

[/quote]

尊敬的 Antonie：  

nFAULT 似乎是 OCP 导致的、如数据表中所述、出现过流的通道将被禁用。 电流似乎没有与 FET 平均分配、其中一个 FET 出现过流、可以检测到最小3A OCP。

我想知道 OUTS 的路径是否 会出现不同的电感和电阻、从而导致分配不均匀。 您是否愿意与我们分享 PCB 布局并进行审核？

你好

我们的电机通过蜗轮连接到凸轮(类似于下面在互联网上找到的图示)。 反转运动时、凸轮会靠在随动件上。 在我的最新测试期间、失速测试多次成功(OCP 正确触发、驱动器随后可以继续运行)。 当我在凸轮已经失速的情况下启动运动时、驾驶员才会断裂。 在这种情况下、电流上升更快、驱动器损坏。

——

VOUT 的测量方法是将差分探头连接到驱动器输出端。 1端连接到(OUT1/OUT2)、1端连接到(OUT3/OUT4)。 我连接的探头没有注意方向,因为我只需要 DeltaV。

据我所知、输出电压将是用于电机正向运动的正 PWM 和用于电机反向运动的负 PWM。 这意味着在此测试期间、电机处于反向。 请注意、该问题发生在电机的两个方向上。

Unknown 说：

我想知道输出的路径是否 具有不同的电感和电阻、这会导致不均等的分离。 您是否愿意与我们分享 PCB 布局以供审核？

尊敬的 Motjaba：

我是电路板的硬件设计人员。

以下是驱动器周围布局每一层的捕获图：L1=RED、L2=Green、L3=Brown、L4=Blue。

L2 (GND 平面)

L3 (驱动器下方的 GND 平面)

L4

此外、为了增加底部平面的散热、我们在芯片下方局部移除了阻焊层(与2D 层视图相比、请参阅翻转视图)：

从 L1上可以看出、OUT1/OUT2和 OUT3/OUT4的并行化直接出现在驱动器的输出端、因此每对通道不应出现太大的电感和电阻差异。

很抱歉、由于我忙于其他项目、我没有积极参与此次调查、但我希望这会有所帮助。

Unknown 说：

但是、 我不知道为什么输出始终固定在50V、然后变为零。 我认为最初发生了 OCP、然后是 TSD。  [/报价]

在我看来、"负"电压是电机的再生电压。 由于 FET 的体二极管将电机电压钳制到 Vbat+2*VSD、因此电压固定为50V (更多信息如下所示)。

PWM-HIGH 在 nFault 之前：

nFault 之前的 PWM 低电平：电机线圈倾向于保持电流方向相同、但其电压由 Q2和 Q4短接  

当发生 OCP/TSD (PWM 仍低电平)时：所有 FET 均开路、电流由电机线圈保持、因此电压与电机 POV 反相。 电流会找到通过 D2和 D3的路径

在本例中、Vbat=-VD2+Vmot-VD3 <=> Vmot = Vbat + VD2 + VD3 <=> Vmot > Vbat

由于 Vbat、VD2和 VD3在此期间假定为恒定、因此电压被钳位在略高于电池电压的位置。

现在真正的问题是：发生 OCP 时、为什么 PWM 会对电机电压产生影响？

通过写这个答案,我想我得到了答案:  我们的测量结果往往表明、 当 Q2和/或 Q4上发生 OCP 时、Q1仍由 PWM 驱动 。 我们只能假设 Q1没有触发 OCP (因为它在再生过程中会触发三次(涉及图2 -> Q2和 Q4))。 但应该是吗? 为什么 OCP 不禁用这对 FET (Q1和 Q4)？

如第一张图所示、PWM 用于驱动 Q1和 Q4对、因为我们没有更改 PWM 输入。  如果随后启用 Q1 (因为没有 OCP)、VMot 将 在30%的占空比(而不是在30%的时间内通过 Q1-Q4提供电流)短接、这使印象(来自 VMot POV)是应用70%的占空比。  

如果正确、 Q1闭合时会发生故障、但我不确定原因是什么？ 为什么 Q1的 OCP 不会无论如何触发？ 关于这一点,我们欢迎您的想法:)

[报价 userid="653649" url="~/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/1511017/drv8844-over-current-protection-ocp-not-tirggering-properly-during-stall-test

因此、我们的问题似乎与高电流消耗有关。

[/报价]

在 TSD 中、所有 FET 都被良好禁用、并且情况保持不变、直到电机返回其所有能量。

[引用 userid="653649" url="~/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/1511017/drv8844-over-current-protection-ocp-not-tirggering-properly-during-stall-test/5818661 #5818661"]

[/报价]

结论

因此、我认为我们得到了适用于当前系统的答案。

-->当检测到故障时、我们一定要立即切断 PWM (通过硬件-设计安全)。

这也可能给 TI 芯片设计人员带来一个结论、即我们可能希望 在触发故障时实现 TSD 行为(即、切断芯片中的所有 FET 或至少切断与 OCP 相关的 FET 对的驱动)。 数据表中并未非常详细地介绍 OCP 说明、很难预测此类故障行为。  我不知道是否有削减单个 FET 的用例(我可以想象、如果驱动器不 用作 H 桥、但这不是芯片的主要用途)。

此外、我们会遗漏一个解释、为什么 Q1 (在给定的示例中)  尽管其对的另一个 FET (Q4)上存在 OCP、但仍然对 PWM 做出反应 、以及为什么当发生故障后 Q1上发生过流时、OCP 不会触发。

感谢您的帮助！

此致、

尊敬的 Antonie：  

感谢您的信息。  

 PCB 布局看起来不错、 设计人员已经考虑了所有因素。  

现在真正的问题是：发生 OCP 时、为什么 PWM 会对电机电压产生影响？

通过写这个答案,我想我得到了答案:  我们的测量结果往往表明、 当 Q2和/或 Q4上发生 OCP 时、Q1仍由 PWM 驱动 。 我们只能假设 Q1没有触发 OCP (因为它在再生过程中会触发三次(涉及图2 -> Q2和 Q4))。 但应该是吗? 为什么 OCP 不禁用这对 FET (Q1和 Q4)？

如图所示、每个 FET 都有一个模拟电流电路可测量用于 OCP 检测的电流。 在并行模式下、随着输出电流在通道之间分离、OCP 电平将增加到2XIOCP。 IOCP min 为3A、典型值为5A。 并且该值可能因每个通道而异。 因此在参数模式下、其中一个通道可能会检测到 OCP、同时另一个通道仍正常工作。 该问题可能会在某些情况下导致 输出电压仍处于活动状态、即使其中一个通道检测到 OCP 也是如此。  

下图显示了 DRV 将因温度关断而被禁用、这种情况下将禁用所有 FET。  在每个 FET 上的电流低于2.4A 的情况下、产生4个(FET) x0.24 (Ω) x2.4^2 (A) x31.6 (C/W)= 174C、这高于热关断温度160 C、因此 TSD 会禁用所有 FET。   

在以下情况下、即使 nFAULT 变为低电平、输出电压仍然可用。   

为了说明上述情况、我们考虑电机在 FWD 方向上运行、并且电流流经 Q1和 Q4。 电压 VM 在电机两端。 并且 Vout 在0到 VM 之间变化。  

当 nFAULT 发生时、Bh 和 BL 检测 OCP、将禁用。  因此、为了让电流流动、  BH 的 AL 和体二极管会传递电流、并让电机在快速衰减模式下运行、如下所示。 这种快速衰减模式会将-VM 置于电机轴上。 因此、 电机电流降至零。 正如您所指出的  

Unknown 说：

此事件发生后、电流将减小到0。 电流达到0A 后、反相 PWM 会显示(第二个帧表示电流达到0之前的最后一次测量值、之后触发器没有捕获任何正输出 PWM

达到零安培后、PWM 无法触发任何 FET 、因为 Bh 和 BL 由于 OCP 而被禁用、它们将保持关闭状态、直到复位置位或 VM 下电上电"

过流保护仅禁用暴露于 OCP 的通道、并让另一个通道继续工作。 如果由于并行模式、只有其中一个通道检测到 OCP 并被禁用、则另一个通道可以在快速衰减模式下运行电机、并使输出电压持续施加到电机。  因此、与 OCP 检测完全禁用输出的单通道操作不同、在并行模式下、OCP 可能只禁用一个通道、并且由于通道并联、另一个通道将提供电流路径。  

 通道之间的 Rdson 差异会导致出现不同的 IOCP 阈值、其中一个通道可能被禁用、另一个通道仍然工作。 单个通道中不会发生该问题、因为 每个通道分别检测 OCP 并自行禁用。 因此通道之间不会进行推理。  

在欠温关断条件下、我们不会面临此问题、因为发生这种情况时、所有 FET 都被禁用。  

因此、我认为我们得到了适用于当前系统的答案。

-->当检测到故障时、我们一定要立即切断 PWM (通过硬件-设计安全)。

这也可能给 TI 芯片设计人员带来一个结论、即我们可能希望 在触发故障时实现 TSD 行为(即、切断芯片中的所有 FET 或至少切断与 OCP 相关的 FET 对的驱动)。 数据表中并未非常详细地介绍 OCP 说明、很难预测此类故障行为。  我不知道是否有削减单个 FET 的用例(我可以想象、如果驱动器不 用作 H 桥、但这不是芯片的主要用途)。

此外、我们会遗漏一个解释、为什么 Q1 (在给定的示例中)  尽管其对的另一个 FET (Q4)上存在 OCP、但仍然对 PWM 做出反应 、以及为什么当发生故障后 Q1上发生过流时、OCP 不会触发。

如前所述、发生故障的情况、在并行模式下、您应 在发生故障时切断 PWM、因为 OCP 仅禁用发生过流的通道、可能只有一个通道 检测到 过流、这种情况会导致输出端出现反向电压。 在大电流和充电的情况下、该反向电压可能会在 DRV 上产生高应力并损坏它。  

为了防止出现故障问题、正如您还得出的结论一样、最好在 DRV 检测到故障时切断 PWM、并使 DRV 在未定义的条件下运行。   

此外、请考虑、每个通道的最大持续输出电流为2.5A、超过该电流的任何电流都 可能对器件造成永久损坏

如果 您有任何问题、敬请告知。  

此致、  

Mojtaba.