[参考译文] DRV8353R：当高侧 MOSFET 以4A 负载电流导通时、低侧 MOSFET 栅极出现负瞬态

您好、Amutha、

您能否发送完整原理图以及所使用的 MOSFET 器件型号？

谢谢、

Matt

您好、Matt、

我使用 的器件与 DRV8353RS-EVM 电路板相同、也遵循了评估板原理图中的规定

请查找 原理图

谢谢、Amutha

您好、Amutha、

您还能以 PDF 或 Altium 格式共享布局吗？

谢谢、

Matt

Matt、

请查找 布局

谢谢、Amutha

您好、Amutha、

感谢您分享设计文件-我们认为低侧 FET 出现负瞬态尖峰的根本原因可能是感应电阻器的寄生电感导致 MDRVR1_SP_ABC 出现振铃。

要确认这一点、您能否帮助在与 Rsense 电压(R41)正极端子(MDRVR1_SP_ABC)相同的时间轴上检查 GLx (MDRVR1_GLA)并提供其波形？ 我们想检查两个节点上的振铃是否相同。

• • 这将是下面修改的图表上的 A 点和 B 点

 此外、我们注意到您的电路中包含了缓冲器设计(R32和 C32、R36和 C37)

• 以下是一个资源文档、您可能会发现该文档有助于调整缓冲器组件值以实现最佳性能： [常见问题解答]适用于电机驱动器的 RC 缓冲器设计

谢谢、此致、

Andrew

尊敬的 Andrew：

要确认这一点、您能否帮助在与 Rsense 电压(R41)正极端子(MDRVR1_SP_ABC)相同的时间轴上检查 GLx (MDRVR1_GLA)并提供其波形？ 我们想检查两个节点上的振铃是否相同。

答案：我已经通过短接该电阻器并在底层的 FET 源极引脚添加更多接地路径来将该电阻器从电流路径中移除来绕过该电阻器、但仍然没有改进

此外、我们注意到您的电路中包含了缓冲器设计(R32和 C32、R36和 C37)

答案：我们刚才复制了 DRV8353RS-EVM 板的缓冲电路  

我想在这里更详细地解释一下这个问题、

在无负载条件下、IDRIVE 设置为最低50mA 时、我看到 GHx 和 SHx 的上升时间大于100ns (未看到瞬态)

但当负载电流增加时、SHx 的上升时间会降至70ns 以下、这迫使 GHx 以低于70ns 的速度上升

基本上、在高负载时、SHx 和 GHx 从0v 到 VDRAIN 的上升时间小于60ns、之后、在 GHx 从 VDRAIN 到(VDRAIN+10V)的上升时间非常慢(这是可以接受的)

我怀疑该瞬态是由于 GHx 下从0v 快速上升到 VDRAIN 而不是由于 MOSFET 开启

由于 GHx 盲目跟随 SHx 来保持 FET 关闭、因此没有栅极电容充电、并且完全失控

在某种程度上、我们必须缩短 SHx 的上升时间、因此我增加了缓冲电路中的电容、但这对我们帮助很小(上升时间增加大约10ns)

正如您提到的感应电阻器是电感式的、让我完全移除感应电阻器来捕获波形、看看会发生什么情况

谢谢、Amutha。

您好、Amutha、

我同意 Andrew 的观点。 负尖峰看起来像是由 LS MOSFET 源极和 GND 之间的 di/dt 和寄生电感引起的尖峰、您所描述的其行为也是它们的特征。 这可能是由一些不同的东西引起的、但我认为这是一个小的机会。

通常、当 HS MOSFET 导通、LS MOSFET 体二极管反向恢复和 HS MOSFET 关断时会发生这种情况。 可以执行以下操作：

-优化 PCB 布局以限制寄生电感、绕过感应电阻器的 ESL 通常不是很简单

-降低 HS MOSFET 的速度、对于另一个 DRV、我将获得大约80ns 的类似时间、但对于 Qgd=5.9C 且栅极电流设置为200mA 的 MOSFET、我将获得相似的时间。 我会再次检查栅极电流设置。 其他选项可能是在 HS MOSFET 的栅极和源极之间添加电容器。 大约1-10nF 的值可能起作用、其他选项是 HS 栅极电阻器、但我们会松散强下拉特性。

-使用电容器或肖特基二极管绕过部分寄生电感。 如果您使用 DRV8353RS-EVM PCB 布局、我会尝试将 MLCC 电容器放置在 VDRAIN 总线和电流感应电阻器上部温度之间的 PCB 背面可能采用小型封装、例如100nF-1uF 左右。 它可能起作用、也可能不起作用。

此致、

Grzegorz

您好、Pelikan、

感谢您的评论

其他选项可能是在 HS MOSFET 的栅极和源极之间添加电容器。 大约1-10nF 的值可能起作用、其他选项是 HS 栅极电阻器、但我们会松散强下拉特性。

答案：是的、我在 HS 栅极和源极之间添加了10nF 电容、但这没有帮助。 原因是当负载电流增加时、GHx 上升得如此之快是 SHx 上升得更快、因此 为了使 HS FET 保持关闭、DRV 以与 SHx 相同的速率将 GHx 增加到 VDRAIN、只有在这段时间内我才会看到尖峰 (可能我错了)

此外，我还看到，在无负载条件下(未连接电机)，GLx 中的振铃大约为+/-800mV，当我将 HS IDRIVE 增加到仅100mA 时，请告诉我，即使在无负载电流下，该振铃的确切原因是什么？

谢谢、

Chandra

您好、Chandra、

如果 HS MOSFET 的栅极和源极之间的电容不起作用、我会尝试使用大约22-100Ohm 的 HS MOSFET 栅极电阻器、在这种测试期间可能会损坏 DRV8353和 MOSFET。 为了观察结果、最好测量 SHx 和 GND 之间的电压并观察电压斜率变化、并额外观察负尖峰的振幅。

驱动器与 SHX 电压有关、DRV8353 HS 栅极驱动器是一种浮动型驱动器、以 SHX 电位为基准。 栅极电流从 GHx 端子流出并返回到 DRV8353的 SHx 端子。 要分析 HS MOSFET 栅极电压、需要使用差分探针、或同时测量 GHx 与 GND 之间的关系、并将这两个电压相减。

即使负载断开连接、我猜仍有一些电流流经栅极电路的 MOSFET 输出电容、RC 缓冲器和 MOSFET 输入电容。

如果 PCB 布局是最佳布局、我认为很可能不需要 RC 缓冲器、电流高达10-20A 左右。

在示波器测量期间、最好使用接地弹簧钩、BW 限制关闭且探针设置为1：10。

我可能会在周一有空。

此致、

Grzegorz

Pelikan、

我确实捕获了 DRV8353RS-EVM 板的波形、即使在 EVM 板中也会看到相同的尖峰。

这是否意味着我的探头是电感式的或 EVM 板设计不是很好？

此外、在我的板上、我在非常靠近 DRV 接地和 GHx 引脚的位置捕获了波形、我看到的瞬态电压比走线和 GND 中间的瞬态电压更小。

但是、我的问题是、为了驱动1000W 电机、我应该考虑哪些设计注意事项、就像使用350W 电机一样、我更接近规格违规？

谢谢、

Chandra

您好、Chandra、

"我确实从 DRV8353RS-EVM 板捕获了波形、即使在 EVM 板中也会看到相同的尖峰。" 这是正常的。

"这是否意味着我的探头是电感式的、或者 EVM 板设计不是很好？ "-在基于 MOSFET 的电机驱动器上进行测量时、示波器探头的主要问题是拾取噪声、通过使用接地弹簧钩、我们可以限制该问题、但不能完全解决(具有常见尾纤的示波器探头是一个非常好的近场天线)。 如果 EVM 板可以使用指定工作的电流、例如在某个合理的上升/下降时间、15A 连续电流/20A 峰值电流、比如说200ns 左右、那么我认为它的设计已经足够好了。 根据经验、我知道 EVM 板的设计通常足以进行一些评估测试、它们可能是设计您自己的 PCB 板的良好起点、但大多数电路板还不能立即使用解决方案。

"此外、在我的板上、我在非常接近 DRV 接地和 GHx 引脚的位置捕获了波形、我看到的瞬态电压比走线和 GND 中间的瞬态电压更小。" -无论您将探头移到何处、它拾取的噪声更小、还是瞬态受到 PCB 迹线电感和 DRV8353的限制、这些瞬态通常源自半桥、在该区域最大。

从350W 到1000W 的驱动器将是一个非常重要的步骤、将显著增加的主要问题包括：

-限制由高得多的电流和 di/dt 引起的过冲/下冲和振铃

－散热及其管理

-将 MOSFET 保持在 SOA 和 DRV8353的绝对最大规格范围内。

-可根据您的需求选择 MOSFET、例如电压、Rdson、封装及其寄生电感、抗扰度 dv/dt 导通等

－在坚固和分离的接地设计之间进行选择。

我会花一些时间来讨论当前设计和 EVM 板、尝试对其进行改进并尽可能了解其工作原理。 在线提供的大量材料可帮助您设计电机驱动器。

https://www.ti.com/lit/an/slva959a/slva959a.pdf -该应用报告是一个良好的开端。 如果您喜欢、我可以找到在开始电机驱动器设计冒险时使用的更多材料。

一些参考设计如：

https://www.ti.com/tool/TIDA-010056#technicaldocuments

https://www.ti.com/tool/TIDA-00281

https://www.ti.com/tool/TIDA-01485

https://www.ti.com/tool/TIDA-00436

可能会有所帮助、也是一个很好的起点。

此致、

Grzegorz

Pelikan、

非常感谢您为设计和支持提供的宝贵指导

我想知道、如果我在 LS 栅极和 接地端连接一个快速开关低泄漏二极管、栅极和阳极接地的阴极会怎样。

它是否有助于在 GLx 处削波负瞬态？

谢谢、

Chandra

您好 、Pelikan、

非常感谢您分享这些知识和信息！  

希望这些建议的设计更改有助于解决 Amutha 观察到的 HS 和 LS 栅极瞬态测量结果。

此致、

Andrew  

Andrew 和 Pelikan、您好！

我正在努力为实验获取建议的二极管、一旦我获得该二极管并完成实验、就会更新您的电压

再次感谢大家的支持  

此致、

Chandra

您好、Amutha、

听起来不错、请在您完成后告知我们！

谢谢、

Matt

您好 Amutha、

我想检查一下您是否在这里有任何更新！

谢谢、

Matt