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[参考译文] DRV8350R:电源关闭问题时

Guru**** 2798835 points
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/1614661/drv8350r-when-power-off-issue

器件型号: DRV8350R

我们目前使用 DRV8350RH 通过六个 N 沟道 MOSFET 驱动三相电机。

 我们的栅极驱动器 IC 采用 48V 单电源设计供电、MOSFET 漏极电压(直流链路)也连接到 48V

但是、MCU 由独立于 48V 电源轨的单独 24V 电源供电。 我们希望报告我们遇到的问题、并寻求您的技术建议。

 在我们的系统中、当电机承受重机械负载(最大重力负载条件)时、我们打开 24 V 和 48 V 电源并启用伺服、同时要求 0 控制输出。

 在这种情况下、制动器被释放、电机只需要通过伺服控制来保持最大负载、这意味着电机消耗大量电流以保持静止位置。

在这种情况下、如果我们同时关闭 24V 和 48V 电源、U 相高侧 MOSFET 会损坏。

 我们的假设是、当 24V 电源关闭时、MCU 停止输出控制信号、当 48V 电源关闭时、栅极驱动器也会关断、这可能导致 MOSFET 栅极变为高阻抗。

 因此、MOSFET 可能会部分导通、缩小漏源通道的范围、而 0 控制所需的保持电流可能仍会瞬间流动、可能会超过 MOSFET 的安全工作限值并导致故障。

为了防止出现这种情况、我们正在考虑在每个 MOSFET 栅极引脚上添加一个 100k 下拉电阻器、以便栅极电压在断电期间可以快速放电、并可以可靠地强制 MOSFET 关断、以降低过流损坏的风险。

 您能否告知在 GATE 引脚上施加 100k 的下拉电阻是否会导致 DRV8350RH 栅极驱动器的运行出现任何问题、或者您是否会推荐不同的电阻值或方法? 我们非常感谢您的反馈。

谢谢你、我们期待着你的答复。

 此致

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    嗨、Johnson、

    在此测试期间是否存在任何栅极和源极波形、以及探测到的 nfault 和 VM/vdrain?

     栅极和源极之间的 100k 无源下拉电阻应该可以使用、我们过去看到设计中使用了 100k、没有问题。

    此致、
    Akshay

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    尊敬的。 Akshay

    昨天、我再次重复了测试。

    测试条件:

    运行

    定位在最大重力点

    24V 和 48V 电源同时关闭

    我尚未在 Vgs 处尝试使用 100k Ω 下拉电阻。

    在此测试期间、我使用示波器测量了 U 相高侧 MOSFET 的 Vgs 和 Vds。

    在断电时、我确认 Vgs 立即降至 0V、然后保持在 0V。

    然而、VDS 行为有些异常。 当 Vgs 降至 0V 时、Vds 最初为高电平 (48V)。 然后它下降到低电平(不是恰好为 0V)、然后再次恢复到高电平、最终完全变为 0V。

    此外、关闭电源时、电流立即降至 0A、并且我们在关断事件期间未观察到任何峰值电流。 但我们假设、如果 MOSFET 在此事件期间出现故障、则可能会出现电流尖峰。

    幸运的是、经过几次尝试后、电路板的 MOSFET 并未出现故障。 但是、这种行为对我来说似乎很奇怪。

    我的理解是、一旦 Vgs 变为 0V、MOSFET 的漏源通道应关闭、因此 Vds 应持续保持高电平。 但在这种情况下、似乎有额外的从低电平到高电平转换。

    我尚未测量低侧 MOSFET、但我担心这种行为可能会导致击穿情况。

    您能否说明导致此现象的原因?

    或者在这些条件下、这种行为实际上是预期行为吗?

    由于使用示波器同时测量多个点并不容易、因此在下一个测试中、我计划一起测量以下信号:

    U 相高侧 MOSFET Vgs

    U 相高侧 MOSFET VDS

    U 相低侧 MOSFET VDS

    另外、我怀疑死区时间可能不正确、但我不确定。 感谢您的建议。

    据我所知、MCU 会自动调整死区时间。

    如果您可以共享您的电子邮件地址、我相信我可以向您发送波形捕获以及 E2E 主题编号。

    非常感谢您的支持。 我非常感谢您帮助分析此问题并为我们提供正确的测试方向建议。

    此致、

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    嗨、Johnson、  


    我将通过 E2E 在那里给您朋友并分享详细信息。

    此致、

    Akshay

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    尊敬的阿克谢

    我们已确定问题的根本原因。 该故障是由 MOSFET 热失控引起的。

    在高负载和高扭矩条件下使电机保持静止状态时、一相高侧 MOSFET 和一相低侧 MOSFET 的导通时间显著延长。 因此、其中一个 MOSFET 发生了热失控、其温度升高到约 300°C、并最终受到损坏。

    此外、当我们在保持高负载/高扭矩位置的同时关闭系统时(在 MOSFET 加热后)、MOSFET 似乎会因过流事件而损坏。

    除了应用散热解决方案(例如改善散热)之外、您是否知道有任何其他防止热失控的方法?

    我认为、即使采用改进的散热解决方案、热失控期间的温升也可能会过快、无法防止 MOSFET 损坏。

    此外、在电机必须在高负载下保持静止位置的控制条件下、一个高侧和一个低侧 MOSFET 是否不可避免会有较长的开通时间?

    提前感谢您的支持。

    此致、

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    嗨、Johnson、

    明白了、感谢更新。

    从驱动器侧来看、TDrive 计时器粗略估算 MOSFET 是否在持续时间(trdive 周期)内导通、否则器件将报告 GDF 故障。 这样可以通过测量 VGS 电压来工作。 但是、在硬件器件中、这是不可调节的。

    高温将导致更高的 RDS ON、因此发热更多。  

    通过使用稍快的 IDRIVE、您或许能够更快地导通 FET。

    适当的散热将有所帮助。 另一个需要考虑的事项是使用并联 MOSFET、这样就不会在接近电流能力时使用 MOSFET。 这将降低 RDS ON(并联 FET)。

    如果电流快速增加(超出预期)、则较低的 VDS OCP 阈值或测得的过流电流阈值可能会阻止驱动器运行

    此致、

    Akshay

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    尊敬的。  Akshay

    我希望您做得好!
    我有关于 DRV8350RH 器件上的死区时间行为、TDRIVE/nFAULT、IDRIVE 设置和 VDS_OCP 检测的一些问题。

    1. 如果我们有意增加 MCU 中的死区时间、并且 MCU 死区时间长于 tDRIVE 时间、nFAULT 引脚是否会变为活动状态(置为有效)?

    2. 在典型电机驱动应用中、什么死区时间范围通常最常见?
      此外、在某些电机条件下、我怀疑反电动势可能会导致相间短路(击穿或跨导)。
      在这种反电动势条件下、栅极驱动器是否会检测到它并主动延迟低侧栅极导通时序?

    3. 昨天、我们将 IDRIVE 设置从 18kΩ 200mA 600mA 下拉电阻器 (100/IDRIVE) 重新设计为 Hi-Z (300/IDRIVE)、并且电机没有旋转。
      您能帮助我们估计可能的原因吗?
      当我们再次将其更改为中间值 75kΩ 下拉 (150/LCD 300mA) 时、电机正常运行。

    4. 当 nFAULT 信号变为有效状态时、它是否被锁存、或者它是否保持低电平、直到故障条件被清除?

    5. 我想更好地了解 VDS_OCP 的过流检测原理。
      我们使用不带电流分流放大器的器件选项、因此我们知道该器件会监控 VDRAIN 和 SHx 之间以及 SHx 和 SLx 之间的电压。

    在这种情况下、是否意味着器件相对于 SHx 测量 VDRAIN、相对于 SLx 测量 SHx 测量 SHx 测量 SHx 测量 SHx 测量 SHx 测量 SHx 测量 VDRAIN?
    还是将这两个测量电压之间的差异进行比较?
    我不能完全确定具体的机制。

    此外、当查看数据表中的图 34 时、我想知道两个运算放大器(或比较器)的作用是什么、以及它们在原则上如何检测过流情况。

    此致、
    Johnson

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    嗨、Johnson、

    1) Tdrive 从输入切换开始、但 HS 和 LS 有单独的计时器。 例如 如果 HS 关断、则增加 MCU 死区时间只会在 LS 的 tdrive 导通时推迟。 因此、您不应该获得与 Tdrive 相关的 nfault。 我回答了这个问题。 如果我误解了问题、请告诉我。

    2) 这实际上取决于应用。 我将重点了解 MOSEFT 需要多长时间才能完全关闭、并 在顶部增加一些裕度。 该器件插入的死区时间会测量 VGS 电压、当其低于 2V 时插入死区时间。 死区时间只需足够长、即可确保顶部的 HS 和 LS FET 不会同时导通。 您可以使用 MOSFET 的阈值电压来确定何时是安全时间。 但在顶部增加一些裕度以适应变化。

    如果出现短路或过流、VDS OCP 应跳闸并关断栅极驱动输出。

    3) 你测量 VGS 和 HSX 波形是否有异常或问题?
    应根据 MOSEFT QGD 和所需的压摆时间选择 Idirve。
    【常见问题解答】选择合适的 IDRIVE 设置及其重要性

    4) 这取决于什么故障触发了 nfault。 您可以检查故障响应表上的行为。  

    硬件型号的故障诊断将需要更长的时间、因为您必须使用表和波形来消除和诊断根本原因。

    5)

    在这种情况下、它是否意味着器件相对于 SHx 测量 VDRAIN、相对于 SLx 测量 SHx 测量 SHx 测量 SHx 测量 SHx 测量 SHx 测量?

    是的。
    VDS OCP 的主要原理是、该器件测量 MOSFET 上的 VDS 电压、然后将其与用户设置的 VDS LVL 进行比较。
    如果 VDS 大于所选阈值、则会报告故障。

     VDS = MOSFET 的 I * Rdson。 因此、如果电流增加、则 VDS 会增加、并触发故障。 VDS OCP 旨在防止硬短路和系统级过流情况、而不是作为限流电路、因此选择的 VDS 电平不应基于正常和最大预期电机电流、而应基于系统的最坏情况保护跳变电平。

    此致、

    Akshay

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    您好!

    很抱歉耽误了回复。 我非常忙、无法提前检查您的回复。

    目前、我正在调整 Idrive 设置。 随着 Idrive 电流的增加、栅极开通时间似乎会明显更短。 通过适当地增加 Idrive、似乎也可以确保足够的栅极死区时间。

    我想澄清一点。 之前、我提到过、当 Idrive 值增加时、电机有时无法运行。 经过进一步调查、我们发现此问题实际上是由电机本身引起的。 特定电机具有较高的机械摩擦力、这使其无法正常旋转。

    此外,当 Idrive 增大时,我们会观察到另一种现象。 当低侧栅极导通时、会出现米勒区域、高侧栅极电压会从低电平状态短暂升高。 这种行为似乎引起了对 ARM-SHORT 可能性的担忧。

    我的理解是低侧和高侧栅极不共用同一接地端、因此它们不应直接相互影响。 因此、我对为什么会出现这种现象感到好奇。

    我非常感谢你对此事的见解。

    此致、

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    嗨、Johnson、

    感谢您的更新。 很高兴看到您能够解决这个问题。

    至于您描述的米勒行为、这很可能是由于较高的压摆率会导致 CGD 耦合。

    请查看此应用手册、尤其是第 3.1.1 节“栅极电流如何造成损坏“

    www.ti.com/.../slvaf66.pdf

    这就是这种现象的原因。

    此致、

    Akshay