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[参考译文] DRV8262:DRV8262EVM:DRV8262 反电动势和有刷直流电机应用保护

Guru**** 2393725 points
Other Parts Discussed in Thread: DRV8262, DRV8262EVM, DRV8263-Q1

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/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/1536063/drv8262-drv8262evm-drv8262-reverse-emf-and-protection-for-brushed-dc-motor-application

器件型号:DRV8262
主题中讨论的其他器件:DRV8263-Q1

工具/软件:

您好:  

我尝试将 DRV8262 用于具有单路 H 桥的有刷直流电机应用。  

我的电机将在 VM 电压为 35V 且电机电流约为 3A 时以直流(而不是 PWM)运行。 根据 DRV8262 的使能信号、电机将停止/正向/反向、但全部为直流。  

我在 DRV8262EVM 中没有看到任何缓解反电动势的电子器件。   除了使用什么 EVM 之外、您是否对需要包含哪些电子器件来抑制 BEMF 有任何建议? 我看不到 DRV8262 本身调节反电动势。 我没有很多 BEMF 电压、我真的需要在实验室中进行测试。 不确定使用 DRV8262 以上述规格驱动电机是否安全。 如果有人能确认、那将是很好的。 基本上、我不确定是否需要包含不会损坏 DRV8262EVM 的额外电路(即反电动势并联稳压器或再生电阻器)。 当涉及到定制设计时、我还需要知道。  

如果您需要我方面的其他信息、请告诉我。 谢谢!

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    嗨、Jake、

    再次感谢您通过此论坛与我们联系。

    我们所有具有集成 FET 的有刷直流 BDC 电机驱动器都用于驱动与其直接连接的 BDC 电机。 内部功率 FET 上的寄生体二极管将减轻驱动转换死区时间内 OUTx 上可见的 BEMF。 通常不需要其他外部 BEMF 缓解电子器件。  

    请参阅下面的示波器使用 DRV8262EVM 并使用两个 H 桥之一来驱动 48V BDC 电机时捕获的结果。 蓝色迹线是实际电机电流、黄色迹线是 IPROPI1 电压、绿色迹线是 OUT1 电压、橙色迹线是 OUT2 电压。 VM 电源是 48V 高电流电池包电源。 BDC 电机的两根导线直接连接到 EVM 端子 OUT1 和 OUT2 点。  

    有两种使用 DRV8262 驱动电机的方法、直接进行直流控制、IN1 或 IN2 没有 PWM 输入。  

    1. 使用片上电流调节功能来降低电机启动期间的浪涌电流。 在捕获中、您可以看到 OUT 电压经过斩波来实现输出电流调节。 TOFF 被设置为 16 μs 。 一旦电机拾取速度、PWM 斩波就停止、其 BEMF 计数器将浪涌电流平衡到稳态值。 虽然电流调节功能由于降低了启动电流而有效降低了启动电流、但电机的加速速度不会达到可能的速度。  
    2. 通过将 IPROPI1 连接到 GND 来禁用片上电流调节功能、从而允许电机启动期间的整个峰值浪涌电流。 由于允许整个浪涌电流、电机会尽快加速至稳态速度。 确保浪涌峰值不超过 IOCP 阈值、如果大于 IOCP 且持续时间超过 tOCP、则会触发 OCP 跳闸以保护 FET。 如果单个电桥无法支持所需的峰值浪涌、则两个 H 桥必须并联、并在单 H 桥模式下驱动、如数据表中所示。 还可以考虑使用即将推出的新产品 DRV8263-Q1。  

    通过电流调节、RIPROPI 3.3kΩ(内置在 EVM 中)和 VREF = 3.3V、将浪涌电流限制在 5A 左右

    电流调节已禁用、浪涌电流不受限制

    此致、Murugavel  

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    我们所有具有集成式 FET 的有刷直流 BDC 电机驱动器都设计用于驱动与其直接相连的 BDC 电机。 内部功率 FET 上的寄生体二极管将减轻驱动转换死区时间内 OUTx 上可见的 BEMF。 通常不需要其他外部 BEMF 缓解电子器件[/报价]

    我对 BEMF 的理解是、BEMF 将在电机停止或改变方向时生成。 您是否说在死区时间内、寄生体二极管会阻止 BEMF 流回源极? 我认为这些是 NMOS、因此即使晶体管处于关断状态或高阻态、二极管的阴极也应该位于晶体管的漏极侧、所以不应该导通? 我认为我可能会误解一些事情、但如果我错了、请纠正我。 我已经使用 TI 的栅极驱动器 IC 和外部晶体管进行了设计、但我必须在源极侧附近单独设计 BEMF 稳压器电子器件。 我不明白为什么这种集成式 IC 可以缓解 BEMF。  

    使用片上电流调节功能来减少电机启动期间的浪涌电流。 在捕获中、您可以看到 OUT 电压经过斩波来实现输出电流调节。 TOFF 被设置为 16 μs 。 一旦电机拾取速度、PWM 斩波就停止、其 BEMF 计数器将浪涌电流平衡到稳态值。 虽然电流调节功能由于降低了启动电流而有效降低了启动电流、但电机的加速速度不会达到可能的速度。  [/报价]

    此外、我不理解 BEMF 计数器如何将浪涌电流平衡到稳态 值。  

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    嗨、Jake、

    我对 BEMF 的理解是、在电机停止或改变方向时将生成 BEMF。 您是否说在死区时间内、寄生体二极管会阻止 BEMF 流回源极? 我认为这些是 NMOS、因此即使晶体管处于关断状态或高阻态、二极管的阴极也应该位于晶体管的漏极侧、所以不应该导通? 我认为我可能会误解一些事情、但如果我错了、请纠正我。

    BEMF 将由 BDC 电机生成、只要其在旋转时(在这种情况下,BEMF 会阻止施加的电压)、或者在电机通过外部机械旋转时也会生成。 当电机停止(静止)或在方向变化的过渡点(其物理运动为 0)时、其 BEMF 将为 0。  

    有刷直流电机中的反电动势公式为 EB = kΩ、 其中 EB 是反电动势、K 是电机的反电动势常数、Ω 是电机的角速度。  当电机处于静止状态时 Ω= 0、因此 EB = 0。 BEMF 也可以表示为 EB = VM - Iara、其中 VM 是施加的电压、Ia 是电枢电流、Ra 是电枢电阻。

    在死区时间内、当线圈电压关闭时、将发生电感反冲(非 BEMF)、该电感反冲可能大于 VM。 在此期间、体二极管将导通并减少电感反冲。 因此 OUTx 引脚指定了突出显示的绝对最大值 规格 — 请见下文。 由于开关、这更多是电感反冲、而不是 BEMF。 我记得这句话、“内部功率 FET 上的寄生体二极管将在驱动转换死区时间内减轻 OUTx 上可见的 BEMF。“ 为了精度起见、在这种情况下不是 BEMF。   

    也就是说、当电机全速运行时拔下 VM 电源输入时、电机产生的 BEMF 将通过体二极管传导到 VM 和 GND、正极侧通过其中一个 HS-FET 传导到 VM 和 GND、具体取决于电机方向、负极侧通过其中一个 LS-FET 接地。 在电机停止之前、这个生成的 BEMF 将在 VM 电源轨上可用。

    请参阅下面的捕获结果(当电机以 48V 电源全速运行时、断开 VM 时、UVLO 之后通过 nFAULT 下降沿触发)。 黄色迹线表示的是显示电机电流的 IPROPI1 电压、橙色迹线表示的是 VM — 表示出现了骤降? 光标 2、这是拔出 VM 时、绿色迹线是 nFAULT、它在 VM < UVLO ~ 4.3V 时变为低电平。请注意、BEMF 电压在 VM 电源轨上出现至少 300ms? 由于旋转能量的摩擦损失、它的振幅随着电机减速而下降。 当电机停止时、它会变为 0。   

    如果在拔下电源后立即停止电机、BEMF 会更快地下降、因为电机速度会更快地减慢到 0。 如果要在关闭驱动器后制动全速电机、则必须确保所有能量转储都可由制动电路路径中的 FET 处理。 一种缓解措施是在 PWM 占空比从 100%降至 0 时缓慢降低速度。  

    对于正在运行的电机的瞬时反转也是如此。 对于方向改变、电桥应反转。 所需的驱动能量必须在电流方向上停止电机、然后使其反转。 在此期间、来自电流方向的 BEMF 能量将被 FET 吸收。 请参阅下面的方向反转捕获。  蓝色迹线是实际电机电流、黄色迹线是 IPROPI1 电压、绿色迹线是 OUT1 电压、橙色迹线是 OUT2 电压。 VM 电源是 48V 高电流电池包电源。 BDC 电机的两根导线直接连接到 EVM 端子 OUT1 和 OUT2 点。 VREF = 3.3V

    方向正向更改为反向:

    方向反向更改为正向:

    由于抵消电机在一个方向上运行的 BEMF、片上电流调节功能可缓解大电流峰值的极端情况 。 禁用电流调节后、无法执行这种动态方向反转、因为产生的电流峰值将触发 OCP。 只能进行 STOP WAIT(停止等待)和 REVERSE(反向)。 我证实这是真的。 电流峰值达到约 9A、即> IOCP 8A 的最小规格。  

    此致、Murugavel  

     

     

  • 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。
    在死区时间内、当线圈电压关闭时、将发生电感反冲(非 BEMF)、该值可能大于 VM。 在此期间、体二极管将导通并减少电感反冲。 因此 OUTx 引脚指定了突出显示的绝对最大值 规格 — 请见下文。 由于开关、这更多是电感反冲、而不是 BEMF。 我记得这句话、“内部功率 FET 上的寄生体二极管将在驱动转换死区时间内减轻 OUTx 上可见的 BEMF。“ 为了精度起见、在这种情况下不是 BEMF。  [/报价]

    非常感谢您的详细说明。 最后一个问题是、如何确保电感反冲能量低于数据表中显示的最大额定电压? (VM+3V 和 VM+1V)  

  • 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。

    嗨、Jake、

    最后一个问题是、如何确保电感反冲能量低于数据表中显示的最大额定电压? (VM+3V 和 VM+1V) 【报价】

    简短的回答是、在大多数 BDC 电机驱动用例中、您都不必做任何事情。 体二极管会自动将高于 VM 的电压限制为其 VF、将低于 GND 的电压限制为其 VF、 通常为≤1V。

    电感器 VL = L *(di/dt)、“di/dt “中感应的电压是通过线圈的电流相对于时间的变化率、L 是其电感。 感应电压取决于电流的变化速度以及线圈的电感。  较大的电感或更快的电流变化将导致较高的感应电压。 当流经电机电感的电流打开或关闭时、di/dt 将非常高、尤其是“t"(“(t) 是开关的快速下降时间或上升时间。  与施加的 VM 电压相比、产生的开路电压通常非常高、但是在电阻为 5 10Ω 的典型有刷电机中 、它没有太多的能量、其电感小于 5mH。加载后、电压会显著下降。 正峰值由 HS-FET 体二极管传导到 VM 轨、负峰值由 LS-FET 体二极管传导。 OUT1 上的电压为 VM + VF、OUT2 上的电压为 OUT2、为 GND - VF、VF 是体二极管的正向压降 、对于流经它的额定电流范围(与 FET 额定电流相同)内的电流、该压降将≤1V。  

    如果出于某种原因、例如电机的电感非常高、即反冲能量(通过体二极管的电流)可能会变得更高、从而导致 VF > 1V。我从未看到使用此驱动器进行驱动的典型 BDC 电机发生这种情况。 在这种情况下、具有更高额定电流的外部肖特基二极管可以与 OUT1 和 OUT2 上的所有体二极管并联、以限制快速电压偏移。  

    如果这些 MOSFET 是 BJT 或 IGBT、并且没有固有的体二极管、则感应电压将为数百毫秒(如果不是 1000 毫秒)、从而瞬间杀死硅。 因此、此类设计将具有强制使用的外部续流二极管来应对这种情况。  

       

    此致、Murugavel