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[参考译文] DRV8825:输出波形不规则

Guru**** 2362430 points
Other Parts Discussed in Thread: DRV8825, DRV8880, DRV8886AT, DRV8886ATEVM
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/582645/drv8825-irregularities-in-output-waveform

部件号:DRV8825
主题中讨论的其他部件: DRV8880DRV8886ATDRV8886ATEVM

我正在设计一个定制控制器板,用于控制望远镜底座上的步进器。  对于我的初始原型(版本A),我使用了两个Pololu DRV8825步进电机驱动器载板,插入到自定义板设计中。  该原型驱动两个1.5A NEMA 17双极步进器,工作非常好。  

我使用直接安装在主板上的三个DRV8825设备设计了第二块板(B版),并且我在所有三个电机上都遇到了不稳定的运动,并且看到电流波形出现了一些严重的不规则现象,如下所示。  此轨迹是在步进模式下以40Hz的步进速率捕获到单个NEMA 17步进器的。  Rev A系统的相应轨迹看起来良好。

在进一步研究该问题时,我还看到A和B输出的PWM波形出现严重不规则现象,如下所示。  同样,来自Rev A系统的相应迹线看起来正常。

版本B设计的详细信息如下:

  • 三个DRV8825设备由PIC18F46K20微处理器控制
  • 两个NEMA 17 2.0A双极步进电机,相电阻1.4 欧姆,相电感3.0 MH
  • 一个NEMA 1.167万mA双极步进电机
  • 12伏电源(相同的电源在Rev A板上成功使用)
  • 衰减设置为快速衰减。
  • 我使用模具,焊膏和热板对所有组件进行回流焊接,使用IR温度计监控板温度。
  • 示意图和布局如下所示

测试的主板与此原理图的不同之处如下:

  1. 电阻器R4和R5连接到主板3.3V净电压,而不是DRV8825的本地3.3V电压。  这是通过切割轨迹和添加一根导线实现的。
  2. 电阻器R7和R8现在为0.1 欧姆0.5W。  原始电阻器的额定功率不足。
  3. 在该设备上添加了100mF 35V电解电容器。  最初的设计是为整个板使用单个散装电容器。

我意识到大部分布局都不符合建议。  在阅读了本论坛上大部分与DRV8825相关的帖子后,我意识到这里需要做出很大的改变。  以前我没有看过EVM,因此我将在下一版本中将其用作模型

我在主板上测试了所有三个DRV8825,它们都显示了这种现象。  过去有人见过这样的吗?  此处的信息中是否有任何可能的原因?  无论如何,我都将重新设计主板,但我想先了解是什么导致了这种情况。  我唯一的理论是我的焊料回流方法导致设备过热并损坏。  但我认为这三个设备都不可能以同样的方式损坏。

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    我错过了原理图下面列表中的一个模式:R2现在为6.8万,R3现在为2.0万。 这为我提供1.5A的最大电流。
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    你好,Jcarter,

    您的RevB布局设计是否与您的RevA非常相似? 如果是,请隔离第三台设备,查看是否可以从revA成功运行两个电机。
    如果您不成功,我会返回一个设备,甚至转卖一个新设备,看看是布局问题还是设备焊接问题。 您的示意图快照看起来正常。
    我在您的布局中看到了一些问题,我认为您已经意识到了这些问题。 遵循EVM布局是您下一个修订版中可以遵循的一个好示例。
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    您好Luis,

    Rev B设计与Rev A类似,只是在Rev A上,DRV8825设备位于Pololu载板上,而不是如上所述在我的板上。 到目前为止,我只使用一个2.0A马达进行测试。 我可以将该电机连接到Rev A板(调整为1.5A最大输出),连接电源并观察电机正常工作。 然后,我使用相同的电源和相同的电机,将它们连接到Rev B板,并看到我描述的不稳定行为。 我对主板上的三个设备中的每一个重复了Rev B测试,并且每一个设备的结果都相同。

    您是否收到过PWM波形异常的报告,例如我发布的报告? 在回流过程中,是否有设备因过热而损坏的报告? 如果是,有哪些故障模式?

    感谢您的帮助,

    John
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    您好Luis,

    在更仔细地研究了您关于我的版本A和版本B之间布局相似性的问题后, 我认为答案是它们与DRV8825不是很相似,因为该设备周围的布局是由Pololu在Rev A中完成的,而由我在Rev B中完成的

    谢谢!

    John
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    你好,Jcarter,

    感谢您的澄清。 我发现连接至GND的散热垫缺失,建议使用该散热垫来散热。 我们可以尝试降低电流,看看这是否 是其中一个问题。
    请尝试运行电动机约300mA,这样我们就可以了解故障是否是由于散热不足而导致OTS事件。
    此外,您能否在上面说明您的捕获。 我看到红色波形偏移值为6V,这是否正确? 如果是这样,这也可能是一个问题。
    您正在捕获哪些PIN? 您是否还可以监控nFault PIN并分享您的捕获?
    另一个捕获(仅蓝色波形)显示,即使是RevA也可能存在问题。 您能否添加一个大于4.7uF的电容器? 同时请分享该捕获信息,并让我知道您正在监控的具体针脚。 我希望这对我有帮助,非常感谢。

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    您好Luis,

    热垫在那里,但在上面的KiCad的屏幕截图中没有很好地显示出来。  下面是来自细菌的相应片段,显示底部铜为绿色,顶部铜为红色。  我没有在这里展示焊锡面罩,但它有推荐的尺寸。

    6V处的红色波形是我设置示波器的方式的伪影。  如下图所示,电压范围为0V至+3.3V。  我还按照您的要求捕获了nFLT。  在使用1.5A最大电流设置时捕获了接下来的三组波形图像。  我还做了一个模块,在Rev B板上添加了一个100uF 35V电容器,尽可能接近DRV8825。

    我从未看到nFLT过低,因此我认为我们不是在处理温度过高或过电的问题。  您可以清楚地看到从电流波形和PWM波形来看,Rev A和Rev B之间的差异。

    接下来,我将Vref更改为将Ichop设为300 mA,并捕获下面的两条迹线。

    电流波形在300mA时看起来正常,但我认为这主要是因为我处于电流传感器灵敏度的极低端。  即使在300mA下,您也可以清楚地看到PWM波形的失真。  我认为PWM的这种失真是我问题的根源,但我不知道是什么原因造成的。  在您看来,您所看到的布局问题是否会导致变形?  请记住,我在该主板上的所有三个设备中都看到了这种失真。  我将重新进行路线规划,以遵守建议,但我真的希望在执行此操作之前了解原因,因此我确信我没有错过任何内容。

    感谢您的帮助,

    John

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    您好,John:
    感谢您提供波形捕获和布局。
    请您监控RevB板上的充电泵电压。 您的RevA板上有什么? RevB的电压是否相同? 充油泵销上至少有20伏电压? 您可能丢失了充油泵,因此请确保CP和VCP引脚连接良好。 我希望这能有所帮助。
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    您好,Luis,

    I测量RevA和RevB上VCP引脚的22.5V电压。

    谢谢!

    John
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    您好,John:

    这是正常情况,感谢您验证。 这里的选项已经不多了,剩下的一个是布局。 我 确信您交叉检查了来自RevA和RevB板的所有输入,以查看 这些信号是否有任何不同。

    然后,对于布局,请按照您之前提到的示例进行操作。 一个主要 问题是  VMA和VMB的两个12V导轨,我只会将一条迹线靠近设备,然后分割到VMA,VMB引脚 以缩短该路径。 所提供的布局可以做到这一点,因此我建议尽可能遵循它。 谢谢你。

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    您好,Luis,

    在测试新主板后,我将继续进行响应并发布帖子。 这将是几个星期。


    感谢您的帮助,

    John
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    您好Luis,

    我完成了响应,并使用与Rev B相同的结果测试了新的Rev C板。 我仍然看到PWM输出中存在严重的不规则现象,步进电机的运动不稳定。  我使用富文本拖放方法将包含Rev C格式和原理图的zip文件附加到此帖子中,但我无法判断是否确实附加了它。  如果不是,请告诉我如何将其提供给您。

    此主板上有三个DRV8825设备,它们的表现都相似,因此我的设计中必须包含这些设备,但到目前为止,我无法找出问题所在。   我通过将被测设备设置为单步模式,然后观察四个步进位置中每个位置的输出,在某种程度上简化了测试用例。  在每个位置,A输出中都有失真,但B输出中没有失真。  主板上的所有三个设备都会发生这种情况。  但是,如果我随后以40Hz的频率开始步进,则A和B输出上会间歇性出现失真。

    如果我切换到慢衰变或混合衰变,问题就会消失,但当步进不一致时,我就会遇到问题。  有一个大的步骤,然后是几个较小的步骤,我必须为我的申请制定一致的步骤。

    下面的示波器跟踪显示设备的输出。  从步进位置和输出极性来看,在允许电流反向流动的时间内,问题似乎在快速衰减中出现。  有人见过这样的吗?  我们非常感谢您的帮助。

    谢谢!

    John

    e2e.ti.com/.../TScopeController_2D00_RevC.zip

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    您好,John:
    我有zip文件夹。 我将查看一下,并在审核后返回给您,谢谢。
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    您好,Luis,

    我正在为所有三种衰减模式添加电流迹线。  正如您所看到的,它们都不是理想的。

    感谢你的帮助。

    John

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    您好,John:

    您能否监控nFault针脚并查看其是否变低?
    审阅文件后,原理图看起来正常。

    因此,仍然存在问题,布局或装配体。
    这是否是模具错误? 此外,您在这些新主板上使用的是新设备还是旧版本的相同设备?

    对于版式文件,我建议执行以下操作:
    -固定接地热释放连接,我们建议连接到接地平面,并在接地垫的镀通孔的整个周长周围完全连接。
    -感应电阻器的回路,感应电阻器的接地回路被VM轨迹隔离,然后将一条较长的窄路径返回到接地引脚。
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    您好,Luis,

    首先,回答您的问题:

    1. nFault针脚永远不会变低,设备也不会变热。
    2. 我不确定你所说的"模具出错"是什么意思。  您能详细说明吗?
    3. 这些设备都是此主板上的新设备。  所以我在Rev B板上有三个设备具有此行为,现在在Rev C板上还有三个设备具有此行为。
    4. 装配时使用了一个铅笔和一个回流炉这次所有接头在放大后看起来都很好。

    现在,我的问题:

    1. 您提到了固定接地热释放连接。  您指的是哪些?  我正在查看EVM-DRV8825的光洁器,我看到所有接地连接都具有散热释放装置,设备下面的散热垫中的连接除外。  唯一可被视为完全连接的另一个是DRV8825设备的引脚14, 即使这只在一端连接。 在我的Rev C主板上,设备下面的散热垫具有所需的电镀通孔,并在电镀通孔的整个周长周围完全连接。
    2. 我知道您在感应电阻器长回路的意思。  我认为我要最小化这些电阻器和设备GND针脚之间的路径长度。  请告诉我答案是否正确。
    3. 我应该能够将跳线焊接到底部接地平面上,从而大幅缩短测试路径。  您认为这是有效的测试吗?

    我非常希望将与模块一起使用的这一功能添加到Rev C板中,以便在开始新布局之前充分了解这些问题。

    再次感谢您的帮助,

    John

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    您好,John:

    由于模具错误,我的意思是 焊接过程可能存在一些值得注意的故障,例如 桥接,焊珠,焊料开/不足,焊料未完全粘合,未熔化的膏,  等等。这背后的原因是您有一个使用polulu的工作板,因此我们知道您的代码适用于设备。 此外,我在原理图中没有看到任何错误,因此我们知道电路也没问题。 其余 为制造和布局。 使用您的新版本,您尝试求解布局零件,但到目前为止,我们忽略了装配体零件。

    您的问题:

    您提到了固定接地热释放连接。 您指的是哪些? 我正在查看EVM-DRV8825的光洁器,我看到所有接地连接都具有散热释放装置,设备下面的散热垫中的连接除外。 唯一可被视为完全连接的另一个是 DRV8825 设备的引脚14, 即使这只在一端连接。在我的Rev C主板上,设备下面的散热垫具有所需的电镀通孔,并在电镀通孔的整个周长周围完全连接。

    -我看到  在这种设计中,在较新 的EVM中,我们建议所有接地连接都具有完整连接。

    我知道您在感应电阻器长回路的意思。 我认为我要最小化这些电阻器和设备GND针脚之间的路径长度。 请告诉我答案是否正确。

    -是的,  建议使用较短的直接路径,并有足够的铜供电流流动。

    我应该能够将跳线焊接到底部接地平面上,从而大幅缩短测试路径。 您认为这是有效的测试吗?

    -这可能有帮助。在引起问题之前和之后测量您的感应引脚和输出,如果是这样,则会给出提示。

    我非常希望将与模块一起使用的这一功能添加到Rev C板中,以便在开始新布局之前充分了解这些问题。

    我同意,请随时通知我。 谢谢你

    再次感谢您的帮助,

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    您好Luis,

    我将一条AWG 30的10 mm 线从感应电阻器直接焊接到设备上的引脚14,并从感应电阻器上拆除了以前的接地连接。  其结果是电流波形得到了大大改善,步进器的性能更加平稳。  它不是完美的,但它有很大的改进。  我怀疑,如果布局干净,并适当注意感测电路,我将拥有一个正常工作的系统。

    我现在计划设计一个测试板,只使用一个设备来证明布局,然后再选择一个完整的测试板。  在论坛上查看了许多帖子后,我认为切换到DRV8880并利用自动调整功能可能会更好。  我不需要DRV8825的全部2.5A容量。  听起来DRV8880将为我提供最安静,最流畅的操作机会。  您是否在使用这些设备时取得了良好的成功?  

    在进行设计之前,我将查看EVM-DRV8880硬件文件。

    谢谢!

    John

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    您好,John:

    由于您正在考虑切换至DRV8880,请同时查看DRV8886AT。 此设备具有AutoTune和集成电流感应功能。 建议的最大电压范围为37V。

    DRV8886ATEVM硬件文件也可供查看。
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    你回答了我的问题。  我现在确信,我看到的问题是由于您建议的我的设计布局较差造成的。  我计划按照Rick的建议使用DRV8886AT设备设计单通道原型。  这看起来会简化很多事情。

    感谢你的帮助。

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    您好Rick,

    感谢您推荐DRV8886AT设备。  我刚刚完成了使用单个DRV8886AT的主板测试,它运行良好。  布局更简单,电机使用AutoTune运行更顺畅,并且整体需要的外部组件更少。  对我来说,这是一个完美的选择。  现在,我可以使用单个板上的三个设备恢复项目的开发。

    我感谢你和Luis的所有帮助。

    John