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[参考译文] DRV8302:高速运动偶尔造成MOSFET损坏

Guru**** 2350430 points
Other Parts Discussed in Thread: DRV8302
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/616285/drv8302-occasional-mosfet-damage-from-high-speed-motion

部件号:DRV8302

大家好,我们在数百种工业应用中使用此drv8302驱动芯片,这些应用与<1hp电动机配合使用。 有时,客户会遇到问题并返回驱动器。 对驱动器级MOSFET的快速测量表明它们已熔断,漏极对电源短路。 该问题似乎是在电机快速运动并高速加速后出现的,然后在初始驱动设置和调整过程中通常会快速停止。

我们在办公桌上也遇到了同样的故障。 由于调谐和执行动作,电动机迅速跳起,FET被吹出,并且切断了我们的48V,10A开关电源。 我无法判断驱动器芯片是否损坏,因为很难更换FET。 在本例中,我们的电源上没有任何电压咔嗒装置来进行保护。 在正常使用情况下,这些电源设备工作正常。 有时,电机再生能量会导致电源出现故障,但过一段时间后会恢复。 我们的桥接设计在 每个FET上都有回扫二极管(ST STPS1H100AF)。 它们可以处理100V,50A 10ms的浪涌和10A RMS。

我们的设计使用:栅极上的5欧姆电阻器和0.005 欧姆并联电阻器(我们允许最大20A)。 Vbus (PVDD)上有2个390uF散装盖。

FET为NXP P/N:PSMN011-80YS,额定值:VDS=80V,ID=67A,P=117W,漏源雪崩能量121mJ,Vgs最小-20V,最大20V

如何确定FET故障的根本原因? DRV8302是否有原因?

下面是我对可能原因的看法。 请评论是否可能发生:

  1. 电源峰值高于80V,超过FET的VDS最大值。
  2. 电动机的dv/dt超过MOSFET的雪崩坚固性。
  3. TI博客中的文章..."开关节点振铃是由于高dV/dt (转换率)而发生的...此振铃会导致开关节点电压降至 地以下或高于电源,通常违反栅极驱动器或功率MOSFET的规范,从而导致灾难性故障。" 图2显示了-4V振铃示例。 此MOSFET的额定电压为-20V,因此很难想象会超过此值。
  4. 信号串扰,PWM? 浇口?
  5. 驱动器芯片是否违反了停滞时间?
  6. 驱动器芯片的电源dv/dt太快? 数据表指出"最大电源电压斜坡率"为1V/us。 在所有电容下,我认为不会超过此值。

如有任何帮助,我们将不胜感激。 谢谢。

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    您好,Scott:

    我们知道很难更换FET。 如果您可以删除它们以确定DRV8302是否仍可正常运行,这将有助于进一步调试。
    是否有其他方法可用于确定DRV8302是否正常工作?
    至少可以打开设备电源并发出EN_gate命令吗? 这可以表明内部监管机构正在运行。

    如果DRV8302正常工作,您是否可以更换FET以确定是否完全正常工作?

    如何快速停止电机高速运转?

    所列原因中最可能的原因:
    电源峰值高于80V,超过FET的VDS最大值。 <-这可能会导致DRV8302的ABS最大电压为65V
    交换节点振铃<-

    其他可能原因:
    ABS最小值是否违反了逻辑? 如果DRV8302处的接地相对于MCU接地上升,则可能违反规格。
    FET接地相对于低侧FET GL_x信号变为负极,从而形成直通。
    是否违反FET的SOA? 您是否监控FET的热量?
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    谢谢Rick,

    电动机由受控运动停止(强电流,20A,反向)。 MCU接地与低压侧的并联电阻器的接地相同,应该是实心的。  

    在损坏的主板上,我断开了高侧FET的电源,测量了EN_gate,但看不到FET栅信号。 内部电压调节器为所有电子元件提供5V电源。 我们的固件出现过电流故障。 OCTW引脚在通电时较高并保持较高。 我认为这意味着驾驶员不好?

    我对正在运行的设备进行了一些测量。 我做了一个平方波速度移动,这是一个速度命令来回移动。 这将驱动整20A电流以加速电动机,直至达到转速。电动机上有一个负重盘,用于负载,是转子惯性值的5倍。 我有一个保护电源的电压钳。  

    我测量低侧FET的示波器上的栅源电压。 我确实看到第一幅图像中显示了高达-3.3V的负峰值,而不是接近损坏FET所需的20V。 但这是否会损坏驱动程序输出? 我还在第二幅图像中捕获了一个+2.6V的意外正脉冲。 我还测量了低FET上源电压的漏电,它接触-4.6V,但从技术上讲,我不应该将探针的接地夹放在源引脚上,因为这会将信号接地至并联电流测量。  

    有什么想法吗?

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    您好,Scott:

    5V稳压器不用于为栅极驱动器电路供电。 AVDD,DVDD和GVDD用于为栅极驱动器电路供电。

    在EN_gate HIGH之前nFAULT是否过低? 如果是这样,设备可能已损坏。
    一旦将EN_GATE设置为高,nFAULT是否会先降低然后再恢复高? 这表示AVDD,DVDD和GVDD处于预期电压。
    如果nFAULT保持低电压,请检查AVDD,DVDD和GVDD电压。
    AVDD应为~6.5V,DVDD应为~3.3V,GVDD应为~10.5V。 如果没有这些,nFAULT可能会很低。

    nOTCW HIGH为正常操作。 请参阅数据表的表5,了解在断言nFAULT和nOCTW时可能出现的故障。
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    我认为 您的问题与再生有关。 当您从DC/DC转换器提供电动机驱动器时,会发生此类问题,因为通常DC/DC转换器无法吸收电流。

    该解决方案是添加具有适当额定值的Rsunt电阻器,并在电源电压上升到限值以上时燃烧其上的多余能量。

    您可以阅读以下应用说明。  

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    我测量了两块板,两块板的引脚都没有电压:AVDD,DVDD,GVDD。 在一块板上,您可以听到电机通电时发出微弱的高音调噪音。 我相信该主板上的FET会降级,但不会短路。 即使没有内部调节器在drv8302上工作,PWM仍会尝试驱动FET的门。 我将在下面包括这些屏幕截图。

    VGS降低FET:

    Vgate-GND高侧FET:

    并按照您的建议捕获nFault针脚。 它似乎在振荡。 我认为,如果内部监管机构在工作,这种做法将不会正确。  

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    我使用的是交流/直流电源,它们可以吸收一定的电流。 特别是MeanWell SDR-480-48 数据表。