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[参考译文] DRV8300:在关闭过程中,高端 MOSFET 栅极信号过载死时间

Guru**** 1472595 points
Other Parts Discussed in Thread: DRV8300, DRV8300DIPW-EVM
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/1069471/drv8300-highside-mosfet-gate-signal-crossing-deadtime-during-turnoff

部件号:DRV8300
“线程:ABS”中讨论的其它部件

我正在为350W 集线器电机构建一个三相 BLDC 控制器。

迄今为止,它的工作正常,但在更高的目标电压(更快的速度)下,MOSFET 正在加热,并且开关发出明显的噪音。 我使用0.05%的软件死时间,但高端 MOSFET 似乎没有立即关闭,并且在关闭期间正过死时间。  

下图显示了发送至 drv8300 (绿色波形)的输入信号和发送至 MOSFET (黄色波形)的 drv8300的高侧输出。

高侧问题适用于所有三相。低侧 MOSFET 栅极信号非常完美。  

这种情况与负载无关。

请支持我这样做。

谢谢你,

赛义德·萨米乌拉,

CTO @ Enarxi Innovations Pvt. 有限公司

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    Syed,您好!

    您打开/关闭外部 MOSFET 的速度如何? 我们建议 VDS 转换速率不超过100ns;任何更快的速度都可能导致门开关不当,感应尖峰,DV/dt 耦合或振铃过多。 使用更大的栅极电阻器或更高的 Qgd 值 MOSFET 将使上升/下降时间变慢。  

    您能否共享应用程序的原理图/布局? 传导和/或切换损耗可能导致过热。 铜面积和厚度应足以热散热 MOSFET 的任何功率损耗,特别是在高电流应用中。 我们建议铜厚度至少为10mil /amp/1oz,并使用直接连接的 vias 将电机电流路径穿过多层,以获得最佳散热效果。  

    资源:
    https://www.ti.com/lit/pdf/slvaf66
    https://www.ti.com/lit/pdf/slva959


    谢谢,
    亚伦

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    下面是布局的顶层。底层是完全地面平面, 有必要的视图。

    请参考图片。

    MOSFET 在双周期低于50%时未加热。如果我将占空比增加到50%以上,它会随着时间慢慢升温,达到一个温度,我无法用裸手接触超过一分钟。总共需要7分钟 几分钟或更长时间加热。

    门电阻器为15欧姆,尽管在轨道上测量时显示为18欧姆。

    我缺乏有关雪橇速率的信息。我也会研究这一点。

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    Syed,您好!

    在快速回顾后,我看到了很多热连接,而不是直接连接。 我们不建议使用热连接,因为散热需要尽可能多的铜面积。 电动机连接和 MOSFET 连接具有热电流,因此功率损耗将随着热散热而散失,当铜线区域发生断裂时,散失难度更大。

    我也没有看到交换机节点(SHA/SHB/SHC)的多层,因此几乎所有热量都会在这次铜倒出时消散。 与 DRV8300DIPW-EVM 布局相比,电动机电流路径有多层铜缆,50~100 vias 直接连接层间的网。  



    对于栅极驱动电流,由于栅极驱动电流最大为750mA,因此15欧姆可能会有点小。 我会检查 MOSFET 的 VDS 转换速率,以确定 FET 的开启速度是否太快。 转换速率超过100 ns 会导致感应尖峰,过冲,不良 EMI 性能或门切换不当。  

    此外,栅极驱动轨迹看起来非常薄,具有15-20 mil 宽轨迹,当切换较高栅极驱动电流时,通过降低栅极驱动路径中的寄生电感,可帮助实现 FET 的接通/关闭。



    谢谢,
    亚伦


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    你好,Aaron,

    散热视图位于 MOSFET 接地和底部接地平面之间。没有为 SHX 电极(开关节点)提供视图。

    我相信我必须按照你的建议进一步研究 MOSFET 的转换率。我将测试相同的频率并更新我的结果。  

    我看到许多设计师在每个 MOSFET 上使用外部二极管。 我想知道添加这样的内容是否会帮助我解决当前的问题。

    我会记住为升级我的下一个设计所提供的建议。

    谢谢,

    Syed

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    你好,Aaron,

    我根据您的建议,根据 DRV8300的 EVM 设计对硬件做了一些调整。 它似乎通过消除栅极信号的噪音和峰值来提高系统性能。 尽管高侧 MOSFET 在关闭时仍然出现故障。

    我还观察到,在较低的切换频率下,MOSFET 栅极高侧关闭时的故障消失了。

    以上图解在95%的二元周期下为20kHz 切换频率

    以上图表以2KHz 切换频率 为95%的二次循环

    我怀疑靴带电容器的值,因为我使用的是100V 1uF 陶瓷电容器,但在 EVM 中使用了25V 1uF 的靴带电容器。

    使用100V 引导电容器可能会影响信号吗?

    由于我没有 IsoVu 探测器,我无法检查 VDS 信号,您能否建议一种替代方法来检查作用域上的相同信号。

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    Syed,您好!

    很高兴看到性能正在提高。 对于瞬变源,DRV8300在 GHRX/GLX 下的 ABS 最小规格等级较低。  



    额定电压为100V 的引导不会影响性能。  

    我不知道什么是 IsoVu 探测器。 您能否仅使用单端探头测量 SHX? 您可以通过计算从 SHX 到 GND 的 LS FET 上的 PVDD-SHX 和 VDS 来计算 HS FET 上的 VDS。  

    谢谢,
    亚伦


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    你好,Aaron,

    我检查了下侧安全门和 SHX 之间的情况,看起来很奇怪。

    不确定导致这种情况的原因。

    “您可以通过计算 PVDD-SHX 计算 HS FET 上的 VDS”

    我认为我们需要4通道的空间来实现这一点。 我只有2通道,无法从 SHX 中减去 PVDD。

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    Syed,

    您的工作周期是什么? 垂直和时间划分是什么?

    由于您只具有2通道范围,因此您能否捕获这些放大了垂直和水平分割的测量结果?
    1) GHx 和 SHX
    2) GHZ 和 GLX
    3) PVDD 和 SHX

    这些将有助于更清楚地确定门控驾驶员的操作。  

    谢谢,
    亚伦

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    绿色是低侧门信号,黄色是 SHX (低侧 VDS)。  

    时间划分:20US

    我可以绘制上述三个参数,将尽快分享。

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    Syed,您好!

    明天我将为您提供更正式的回复。  

    谢谢,
    亚伦

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    Syed,您好!

    我对低侧门信号 行为感到困惑。 为什么 GLX 在蓝色圆圈中再次回到高位? GVDD 电压是否小于10V? 我希望在 SHX 变高后 GLX 保持关闭状态。 这表明 HS 和 LS FET 存在直通条件,并可能造成损坏。  

    当 SHX 变高时,可能会发生 DV/Dt 耦合。 这会导致 GLX 电压因 LS FET 处的寄生 CGD 耦合而升高。 使用更小的栅极驱动电流(增加栅极电阻值),增加 GHZ 下限和 GLX 下限之间的死时间,并具有强大的功率级布局来缓解寄生虫,这些都是规避此问题的方法。  

    请在有机会时分享您的其他波形。  

    谢谢,
    亚伦