[参考译文] DRV8350R：较高 RPM 时缺少换向

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https://e2e.ti.com/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/978941/drv8350r-missing-commutation-at-higher-rpms

器件型号：DRV8350R

我们正在使用 DRV835RS5栅极驱动器和 DSPIC33ch 微控制器开发电机控制器单元。

PWM 频率设置为10kHz、控制器时钟设置为8MHz。

8极 BLDC 电机在48V 空载时的额定转速为3200 RPM

我正在使用每5uS 调用一次的计时器中断来实现换向。

在更高的 RPM (>80% DC)下、电机开始缺少换向、栅极驱动器停止电机运转。

如果使用轮询实现相同的应用、则工作占空比高达85%。但我需要在 MCU 中添加额外的功能、因此必须继续处理中断。

您能帮您解决问题。

5 年多前

0 admin 5 年多前

TI__Guru**** 2769425 points

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我还面临另一个问题、即在 MOSFET 切换时、微控制器的3.3V 电源电压会在完全相同的时间点发生压降。当我加载电机时、电流和电流都在增加、3.3电压轨中的压降也在增加。它会降低到1.05伏。我甚至尝试过不同的电源、但 DIP 仍然存在。这种下降会导致微控制器关闭并重新启动。这是由 MOSFET 开关产生的干扰造成的吗？e2e.ti.com/.../BLDC_5F00_V2.4_5F00_19.07.2020.pdf

0 admin 5 年多前

TI__Guru**** 2769425 points

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Yashdeep、您好！

在更高的 RPM (>80% DC)下、电机开始缺少换向、栅极驱动器停止电机运转。

我们可以检查一些内容。首先、我们需要查看 DRV 是否是问题所在。您需要使用相应的 GHx 和 GLx 来探测 INHx 和 INLx、以查看输入是否被接收但被 DRVx 忽略。请记住、DRVx 不智能(在大多数情况下)、它只是查看 INX 的输入并将其转换为 GX。它执行所告知的操作、如果 MCU 未通知 INX 切换、则这是由于 MCU 故障(更有可能是换向算法)。

MOSFET 开关时、微控制器的3.3V 电源[正在浸没]处于完全相同的时间点

这看起来可能是您的问题。我没有在 MCU 上查找欠压锁定(UVLO)规格、但如果该尖峰导致 MCU 复位、这并不会让我感到意外。

根据您的描述、这很可能是布局不良。这是因为、电流增加意味着电源轨上的尖峰增加。振铃和尖峰会导致我相信电源(或电源、即降压)的(GND)基准在每个 PWM 周期中会反弹。将相位电压探测到 GND 并将其与该波形对齐(使用2个探针、示波器上有2个不同的通道)将证明这一点。

很难判断您的布局、但我可以告诉您的 J16、J17和 J18 (顺便说一下、您给出的原理图中没有这些)会增加布线的电感。请记住、GHx 和 GLx 可以根据 IDRIVE 设置提供和灌入安培或更大的电流。SNx 还充当 GND 引脚和 FET 返回路径之间的 GND 返回路径。在这些节点之间主动添加电感意味着在高电流流经(V = L*id/dt、其中 L 越多意味着 V)的情况下、它们的电势不相同。

看起来您没有在顶层倒接 GND (这里可能是错误的)、您取消了并联 FET (留下残桩和寄生电感、从而导致更多振铃)、并且您的已放置 HS 和 LS FET、它们之间的距离看起来像字面上的厘米(这会在路径中增加更多的电感)。这让我相信您尚未阅读我们的电机驱动器布局指南。我已经为您提供了该文档： https://www.ti.com/lit/an/slva959a/slva959a.pdf

以下是电压为63V 且电压为25A (RMS)的参考设计示例、可将功率级安装到70x69mm^2中。我知道大多数人都会告诉我们、首选电机驱动解决方案的物理隔离、但良好的布局更适合电路周围的去耦噪声： https://www.ti.com/tool/TIDA-010056

我完全理解您是否不想尝试新设计。我的建议是尝试并继续为载流路径连接更短、更粗和更直接的路径、并增加去耦、RC 缓冲器或其他振铃缓解策略、以清除嘈杂的 GND。无论您获得什么数据、请记住、设计的布局将比导线在电路板上飞出更好、因此请根据以下假设获取该数据："如果情况变得更糟、如果我们进行重新设计、可能仍会更好"。

最棒的

Cole

0 admin 5 年多前

TI__Guru**** 2769425 points

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您好、Cole、

感谢您的回复。

我们已根据您的建议开始着手进行新的布局设计。同时、我们还在尝试设计现有电路板、以确定任何新的设计问题、这些问题可在下一个设计中加以改进。

对于、现在我们尝试在电源板的 GND 轨道上连接粗线、如下所示。我们看到、由于接地反弹导致的电压下降略有改善、但仍然存在。

因此、我们决定移除电源板和逻辑板(栅极驱动器和 MCU)之间的 GND 引脚(snx)连接、因为栅极驱动器上的 snx 已连接到整个系统的公共接地端、3.3轨中的电压骤降完全消失、工作正常。但是、一旦我们增加电压、下侧 MOSFET 的栅极驱动器电荷泵就会损坏。

您能解释一下原因是什么吗？

我认为它与电源板中仍然存在的接地反弹有关。您能否建议以任何方式解决此问题、以便我们能够完成此版本布局的测试？

根据我们面临的问题、我们将设计新的布局。

0 admin 5 年多前

TI__Guru**** 2769425 points

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Yashdeep、您好！

让我在星期一回到您的身边。

最棒的

Cole

0 admin 5 年多前

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Yashdeep、您好！

布局仍然不是很理想、您尚未提供波形、但我将假定尽管您有所更改、但在低侧栅极和源极电压上所有器件的抖动仍然非常严重。即使存在尖峰、我们也希望 DRVx 通过在不可逆转的损坏之前触发故障来提供保护。由于低侧保护依赖于 SNx 作为从低侧源到 SNx 引脚的开尔文连接、而您已将该连接断开、因此 DRV 无法正确检测低侧 FET 源的电压变化。这会使保护无效。

您应该尝试并查看是否可以降低 IDRIVE 以使电压尖峰变得更轻、并且 DRV 更有可能承受。使用200ns 作为上升和下降时间、并将其插入此处的公式：选择最佳 IDRIVE 设置以及为什么这很重要

最棒的

Cole

0 admin 5 年多前

TI__Guru**** 2769425 points

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您好！

我希望您能提出任何具有成本效益的反极性保护方案、该方案还允许再生电流流流流回电池。 LM74610和 Lm74700等智能二极管 IC 不允许再生电流流流回待机电池。

0 admin 5 年多前

TI__Guru**** 2769425 points

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Yashdeep、您好！

了解这些问题

在提出任何建议之前、我只想了解这一要求。

目标是通过算法或无源组件在任何时候让电流流返回到电池？或者、目标是在制动、减速或停止等已知条件下允许电流回流？

此外、目标是使用该电流为电池充电、还是通过实施在电流回流时管理电流的方案来保护电池？

反电动势导致电流流入电池的情况。

我这么说是因为电流流回电池的最常见方法是反电动势高于施加的电压。这通常发生在停止、滑行或减速命令中。通常、用户会通过在其他地方重新布置来处理流回电源的电流。

基于算法的解决方案和外部电路主要分为两类：

基于算法的解决方案：
- 测量运行期间的电源电压，并使算法在电压超过设定的阈值时对电动机施加“制动”(所有低侧或高侧打开)。这将防止电源进一步泵回
- 将算法中可能的最大减速限制为不应用明显低于反电动势的驱动信号。
- 调整减速以包括“制动”和“滑行”，而不仅仅是“滑行”，以缓解某些反电动势
外部电路解决方案：
- 在电机上添加更多大容量电容会导致电压在电源泵送期间上升速度变慢。因此、电源上升到的最大电压将随着额外的大容量电容而降低。
- 添加一个外部下拉电阻(制动电路)。此电路可用于在外部对电机进行“短路”并耗散电机功率。这是您的“泄放电阻器+ MOSFET”解决方案

最棒的

Cole

0 admin 5 年多前

TI__Guru**** 2769425 points

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很抱歉，我本应该以更好的方式提出我的问题。我不担心电池的反向电流、我们在逆变器本身控制反向电流。通过反极性保护、我的意思是当用户意外地以反极性方式将电路板连接到电池时、这可能会损坏电路板。然后、使用二极管或类似 LM74610的 IC 进行此保护将防止逆变器在制动(再制动)时为电池充电。

0 admin 5 年多前

TI__Guru**** 2769425 points

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此外、您能否评论一下我在这里附加的新布局、上部和下部软垫之间的距离为3cm。

0 admin 5 年多前

TI__Guru**** 2769425 points

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Yashdeep、您好！

您是否查看过此应用手册？请告诉我它是否有用、如果您仍需要更多信息、我将让智能二极管团队参与其中。

https://www.ti.com/lit/an/slva835a/slva835a.pdf

最棒的

Cole

0 admin 5 年多前

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Yashdeep、您好！

我相信您可以在回复中直接上传图片。我们无法访问 google 文档。由此给您带来的不便、我们深表歉意。

最棒的

Cole

0 admin 5 年多前

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0 admin 5 年多前

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e2e.ti.com/.../Power_5F00_Board.pdf

0 admin 5 年多前

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Yashdeep、您好！

这是您的布局审核。顺便说一下、请为您将来与业界任何人进行的所有布局审阅提供匹配的原理图。它使您更容易了解预期目标。

e2e.ti.com/.../Layout-Notes.pdf

最棒的

Cole

0 admin 5 年多前

TI__Guru**** 2769425 points

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您好、Cole、

非常感谢您提供如此详细的反馈。我已根据您的建议进行了更改。在某些情况下、由于 MOSFET 封装的两层限制以及 DRV 上的引脚顺序、我们无法遵循理想规则。正如建议的那样、我们已将驱动信号布线的宽度增加到20mil、以减少 DRV 附近的寄生电感、然后将其增加到12mil、以匹配 DRV 焊盘宽度。在新设计中、我们仍然担心电源接地的长度和不连续性、这是无法避免的、如果您能评论所附的新文件、我们将不胜感激。我附上了两个 PDF：1。包含原理图和逐层布局。 2.电路板的3D 视图(需要打开 Acrobat Reader，浏览器无法打开)。

此外、如果您可以建议一种文件格式、我们可以在将来共享原理图和 PCB 文件、您可以轻松访问这些文件(我们使用 Altium Designer)。

注意：电路板上有两个开孔用于放置 MOSFET、以便将其安装在散热器(MOSFET 封装编号：TO-220)上、这是您上次将其与电路板上的空白空间混淆时的结果。尝试查看第二个 pdf、其中显示了电路板和组件的3D 视图。

期待收到您的来信。

e2e.ti.com/.../Power_5F00_Board_5F00_V2.pdfe2e.ti.com/.../VCU_5F00_MCU_5F00_V2.pdf

0 admin 5 年多前

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Yashdeep、您好！

我们也使用 Altium、因此如果您想提供项目、请放心使用。只需向我发送一封私人邮件和朋友请求、如果您不想在 TI.com 上公开发送项目文件、则可以将其发送到此处。

最棒的

Cole

0 admin 5 年多前

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嗨、Yashdeep、

我为这种布局感到非常自豪、自最初几个布局以来、这种布局已有很大改进。还需要讨论一些重要问题、例如底层的 GND 层和2层设计问题。但是、它仍然有很大的改进。

请参阅随附的 PDF 并向下滚动以获取新信息：

e2e.ti.com/.../Layout-Notes_5F00_V2.pdf

Cole

0 admin 5 年多前

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您好、Cole、

已按照建议进行了更正。如果需要进一步优化、请提出建议。我们认为底层上的接地层现在更加连续、但代价是数量增加过孔的数量，通过增加轨迹宽度(20mil)来补偿，并且我们的驱动电流设置也设置为最小值(50mA、我们将达到200mA)、因为我们使用的 MOSFET 具有非常低的 Qgd、在50mA 时提供大约200ns 的上升和下降时间。我对这个问题有点担心缝合过孔的数量、我是否应该减少数量过孔数量？它是否会在制造过程中产生问题？会增加成本吗？这些是我认为你可以澄清的一些方面。

此致、

Yashdeep

e2e.ti.com/.../7455.Power_5F00_Board_5F00_V2.pdf

0 admin 5 年多前

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Yashdeep、您好！

除了我已经提到的建议之外、没有其他建议。看起来不错

根据我的经验、尺寸和层是 PCB 设计中成本的最主要因素。因此、盲板或内层过孔或微型过孔会增加成本。尽管如此、您在这里拥有的所有层缝合过孔实际上不应产生太大的影响。我已经看到、这些类型的过孔中的100和200之间的差异可以忽略不计。

话虽如此、您始终可以作为您的 PCB 制造商。最好的方法是获取两个引号、一个带有通孔、另一个没有、因为这将是了解成本差异的最准确方法。如果您问制造商"这些过孔的成本会更高吗？"、我的经验表明您无法获得准确的答案。这是"可能"或"是"这两种说法、但他们很难告诉您成本差异有多大。这就是您要求对文件进行报价的原因。

最棒的

Cole

0 admin 5 年多前

TI__Guru**** 2769425 points

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非常感谢 Cole 对我们的支持。一旦我们在试验台上制造和测试了 PCB、我将在这里更新结果、这将对像我这样的在类似系统上工作的其他人有所帮助。

同时、我在原始设计中又发现了一个问题、霍尔信号的滤波电容器(大约10nF)使脉冲边缘变得缓慢、并在更高的速度(大约2900 rpm)下导致错误换向。移除电容器后(当时没有100pf 电容器可用)、该问题得到解决、换向过程正常。我想我应该把它放在这里、所以它可能对我这样的其他初学者有所帮助。

期待在论坛上进行更多类似这样的讨论、因为这对我和我的团队来说是一次很棒的学习体验。

此致、

Yashdeep

0 admin 5 年多前

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没问题、我很高兴。随时发布。

相关知识！从我看到霍尔信号导致问题到现在已经有一段时间了。

当您将电路板放回并进行测试时、我建议我们不要继续使用此特定线程。我们的目标是使线程尽可能小、以便查看者更有可能读取它。我建议点击主题帖顶部的黄色"提出相关问题"按钮、以便新主题将链接回此处查看上下文。

最棒的

Cole

电机驱动器（参考译文帖）

电机驱动器（参考译文帖）(Read Only)

[参考译文] DRV8350R：较高 RPM 时缺少换向