[参考译文] DRV8701：DRV8701故障 nFault 始终为低电平、DVDD 电压为低电平

您好！

是否在多个器件中发现了此问题？

我们首先要做的是了解触发哪种类型的故障。 您能在故障前后向我发送 DVDD、SHX 和 nFAULT 引脚的波形吗？

VM 电源是什么？

Pablo Armet

感谢您的回答。 是的、我们在多个器件中看到了此故障。 我们目前正在使用少量的样片 PCBA。 我有一些替换 DRV8701P IC 可订购。  在5个示例板中、我们有3个故障。 我们一直在积极地测试仍在运行的单元、但尚未使其失败。  VM 电源为~13V。 目前、我们正在使用12V 铅酸电池和开关电源以及电容器组进行测试、以模拟电池。

我现在将为您获取一些波形。

Pablo Armet

以下是捕获结果、恐怕不是特别令人兴奋。 今天、DVDD 看起来像预期的那样。 无法解释这个？ 一个故障器件显示 DVDD 和 nFault 均符合预期、但 SHx 引脚上没有明显信号、电平升高幅度较小、但我不确定这是否会导致第二个通道偏离？

黄色：DVDD、青色：nFault、品红色：SHX、蓝色：SHX

第二个故障单元显示 DVDD 符合预期、nFault 设为低电平、SHx 引脚上同样无信号。 nFault 保持低电平、不会发生频带或返回高电平状态。

下面是正常工作的通道。 DVDD 和 nFault 符合预期、信号出现在 SHx 引脚上、SHx 的电平与电机方向相反。 显示的是100%占空比、这是设计的大部分工作情况。

我们有一个单元目前正在接受(滥用)测试、并且它继续运行。 我们还将在本周晚些时候从不同的制造/装配商处收到更多的原型器件。 我们计划立即测试这些新装置、以确定这是否仍然是问题？  

再次感谢您的帮助。

Pablo Armet

我们已经做了更多的调查。 我们注意到、在 SHx 引脚上测量的开关期间存在快速负脉冲。 DRV8710EVM 连接到同一电机时、我们会看到类似的负脉冲。 这些脉冲的振幅和持续时间通过增加 iDrive 强度来增加(正如人们所期望的那样)。

下图显示了一个大约-3.4V 的负脉冲、但在很短的时间内~500ns。 这些可能会损坏 DRV8701？ 数据表中说明了以下内容：



我们当然已经超过了允许的电压、但我们的持续时间远远短于10us。 我们的电机与 DRV8701EVM 的波形图如下所示。 我们看到 PCBA 具有类似的效果。



我们还注意到、DRV8701EVM 的原理图显示了每个 FET 开关周围未组装的电容器、数据表参考设计中未显示这些电容器。 我假设这是为了缓冲这种类型的效应？ 通常建议使用它们吗？

我们还将使用包含硅和肖特基体二极管的新 FET 重新填充 PCBA、以研究此负瞬态是否会破坏 DRV8701。

感谢您的意见。

您好、Hardy、

如果能以较低的时基赶上这两个斜坡、会更好。 探针设置为 x10 (更高带宽)、20MHz 滤波器关闭、然后

弹簧接地钩。

在上升斜率时、蓝线尖峰在 VM 上达到大约6V。

您能告诉我们黄色轨迹是什么吗？ 它会峰值到 VM、并且可能比 GND 低-18V (这一点几乎看不到)。

此致、

Grzegorz

Grzegorz Pelikan

感谢您的帮助、使用弹簧可以稍微清洁一些东西。 黄色轨迹只是另一个相位、通过使用它、可以发现可能是假的。  但是、这些快速峰值非常真实。  在进行这些测量之前、我们将 iDrive 降低到了保守的状态。 同样、这是我们电机的 DRV8701EVM。  新的测量确实使其看起来不那么严重。

您好、Hardy、

每当 H 桥开关处于状态时、FET 都会禁用一段时间(t_d死 区)、以防止击穿。 在此期间、电流流经 FET 体二极管、导致 SHx 引脚出现过冲和下冲。 但是、具有快速压摆率会导致这些尖峰变得更严重。 我们建议在每个 FET 上添加缓冲器、因为它位于 EVM 原理图上。 您可以在以下常见问题解答中了解这一点： https://e2e.ti.com/support/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/965811/faq-how-to-control-voltage-spikes-on-motor-driver-outputs?tisearch=e2e-sitesearch&keymatch=faq%3Atrue

显然、增加上升/下降时间有助于最大程度地减小尖峰。 您还可以在 FET 上添加肖特基二极管、以最大限度地减小死区时间内二极管上的压降。

从您提供的最新波形集来看、放置缓冲器似乎有助于减少 SHx 引脚上的 LC 振荡。

它有很多振铃。 通常是由寄生电感引起的。 我看了 DRV8701EVM 板

这是一种适用于2层电路板的良好设计。 我会检查以下事项：

还捕获下降斜率的波形、

捕获感应电阻器的尖峰(相当大的寄生电感)、这将有助于估算作用有多大

感应电阻器的寄生电感、

3.尝试添加 LS MOSFET 栅极电阻器(约30-50欧姆)、

4.在 PCB 背面，我会尝试在 VM 总线和电源之间添加大约10nF 的 MLCC 电容器

MOSFET 的性能。

5.尝试使用电感较低的感测电阻(宽度大于长度的电感)

它们只是小东西、可能会有所帮助、但也可能会使事情变得更糟。

最近、Cole 撰写了非常有趣的材料、它位于下面的文章的底部

https://e2e.ti.com/support/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/982327/drv8353-gate-drive-breaking-during-normal-operation

Grzegorz

哈迪、

我没有注意到下一个具有下降斜率的波形。 它看起来很好、没有振铃或下冲/过冲。

如果减少振铃并在上升脊上首次过冲 VM 以上、您将有一个良好的起点

设计您自己的电路板。 Pablo 提到的缓冲器可能是一个很好的解决方案。 如果中也有振铃

MOSFET 的栅源电路、铁氧体磁珠(0.5 - 1、5A 标称电流、0805或0603)代替栅极电阻器

可能会有所帮助。 它只是尝试和错误方法。

此时、波形上没有负尖峰、这是一个好迹象。

Grzegorz

还有一些想法。 如果 EVM 板的最后一个波形是在20-30A 电流下完成的、并且您需要30A 连续电流、

那么我认为它非常接近成功。

输出电压的上升时间大约为180ns、这对于2层电路板和具有 Qrr 111nC 的 CSD18532来说还不错(反向恢复问题)。

此时、导体损耗远高于开关损耗、我会尝试用更多的方法来替换 EVM 板上的 MOSFET

适用于 CSD17573或 CSD18512等13V VM 如果您需要非常大的电压裕量、它们的 RDS 和 Qrr 要低得多。

它们是 TI 器件、但其他具有类似参数的 MOSFET 也会很好。

感应电阻器可替换为较低的电阻值。

Grzegorz

您好、Hardy、

Grzegorz 的建议是一个很好的起点。 我在过去看到过、由于具有高寄生电感的感应电阻器、客户会产生大量振铃噪声。 最好使用一个非常低的串联电感感感测电阻器。 降低振铃显然对系统性能非常重要。 但回到您原来的故障原因问题。 我们需要做更多的调查来找出根本原因。 为了帮助调查、我还有几个问题要问您：

1. 当设备出现故障时、设备是否在循环通电/断电后恢复运行？ 当发生过流或前置驱动器故障时、nFAULT 指示器被锁存为低电平、并且器件被禁用、直到通过下电上电复位为止。 如果这不起作用、则很可能意味着器件已因某种原因损坏。
2. EVM 是否会出现此问题？

巴勃罗

我们研究了电流关断电阻器、认为它不应具有显著的电感。 实心金属 SMD。

1.正如软件人员向我报告的、这两种类型的错误都发生了：nFault 将出现并在一段时间(秒到分钟)内选通、然后一直保持低电平、此时 DVDD 也测量为低电平。 小于3.3V。 或者 nFault 会立即下降。 从存储器中、器件将继续运行、直到下电上电为止、此时驱动器将不再驱动高电平或低电平 FET。 (实际上、我尚未研究它的高低电平还是高电平或低电平、我将研究它)。  有趣的是、在前面提到的驱动器上、稍后检查、DVDD 电压已恢复到预期的3.3V、可能是 IC 内部短路的组件已断开？ (我无法支持这一说法，只是一种看法)。

2.我们尚未在 EVM 中看到故障。 昨天晚上、我们在"可靠"的测试设备上杀死了另一名司机。 这是在引入长电机引线(~8m、这是最终应用所必需的)时发生的。 我们不知道驾驶员是否准备好让他离开、或者附加的电机电缆是否引发了故障？  我们今天正在调查增加电动机引线是否会使振铃更加严重。 今天、我们将收到更多的测试 PCBA、我希望能够执行更多的测试、例如肖特基体二极管。 我们在 EVM 中添加了 DNP 电容器、但有了显著的改进。 这没有增加电动机电缆。

 您好、Hardy、

很抱歉回复太晚了。

我认为可能会发生的情况是、在 nFAULT 在低电平和高电平之间切换的这段时间内触发 OCP。 在该器件中、当触发 OCP 故障时、H 桥会被禁用。 H 桥保持禁用状态约3ms (t_retry)、然后启用 H 桥(nFAULT 恢复为高电平)。 如果 OCP 事件仍然存在、则 H 桥将再次禁用。 此过程将持续到 OCP 事件消失。 您是否捕获了任何波形？ 查看 nFAULT 为低电平的时间将指示在此期间是否触发 OCP。 4.5µs 输出电流尖峰远高于此器件的 OCP 限值且持续时间小于1 μ s (t_deglitch)、则器件可能无法检测到该电流、并且可能会对器件造成损坏。

我对这种说法有点困惑。 当 nFAULT 为低电平时、驱动器是否能够驱动负载？ 情况不应如此。 您能不能澄清一下"继续运营"的含义。

每当故障发生时、DVDD 是否始终低于3.3V？ 还是随机的？ 即使发生故障、DVDD 输出也应保持开启状态。 如果您查看数据表上的表7、则 DVDD 在所有故障事件中都保持运行。 我看到 DVDD 低于3.3V 的唯一方法是电源电压降至3.3V 以下、或者您的电路中的另一个组件加载 DVDD 输出。  驱动器输入电源是否保持恒定？ 在 nFAULT 被锁存为低电平并且 DVDD<3.3V 后、您是否对器件以及那些将 DVDD 恢复至3.3V 的器件进行下电上电循环？ 我认为、可能是 OCP 故障或 SHX 引脚上的大振荡导致 DVDD 电路锁存在意外状态。 重置驱动器可能会使 DVDD 电路恢复正常运行。 这只是我的理论、但如果您能确认的话、那将会很好。

我希望较长的导线会在电机电流路径上增加更多的电感、这会导致 SHx 引脚上出现更多振铃。 如果输出端的电压发生较大变化、例如压摆率较高时、增加的电感将在输出端产生 LC 振荡或"振铃"。 添加缓冲器和肖特基二极管有助于减少振铃。

请在您执行测试后通知我。

巴勃罗  

不用担心，我们一直在忙。

我必须承认，我们所得到的样本数量很少，管理人员在推动下，我们还没有完全科学。 所有故障条件的更多信息。

1) 1)当第一篇文章出现故障时、固件应用程序检测到 nFault、器件在剩余的时间内继续工作。 在电机无法运行后、我们拆开了器件、并注意到 DVDD 极低~0v。  

2) 2)在 5个单元中、大约2个单元上存在与故障相关的低 DVDD、其余部分则不存在。 该设计符合螺纹顶部的原理图。 我们确实检查了、DVDD 仅用于上拉 nFault 和 SNSOUT 引脚。 EVM 不使用 DVDD 上拉这两个引脚、而是使用3.3V 电压轨、这是 TI 首选的吗？

DVDD 低电平仅在最初的故障文章中看到、并非所有器件都一致。

在12V 电压下、驱动器输入保持恒定、由一个大型(30A)开关电源提供、并使用一个大型(40F)电容器组来模拟铅酸电池。  

是的、对单元进行了功率循环。 一旦一个单元发生故障、nFault 引脚将保持低电平、H 桥将不会运行。  

我们最近收到了此设计的其他预量产样片单元(我们的产品发布日程非常紧凑)、有趣的是、它们都表现良好。 我们已经设置了自动化寿命测试、到目前为止、这些测试都通过了。
我们尚未在这些新装置中看到故障。 多氯联苯和多氯联苯都由一个不同的供应商提供(全套生产装备与"快速转向"供应商)。 PCB 设计与之前的设计相同99%、所更改的电路与 TI 驱动器无关。 我们对此感到高兴、但也感到不安的是、我们从未发现过与此问题相关的"吸烟枪"。  

我们尚未进行过检查、但驾驶员几乎肯定来自不同的供应商/生产日期代码。  如果您有兴趣、这是我可以检查的东西吗？

我不愿意说这个问题已经"解决"、因为我们仍然不知道这些失败的原因、但我暂时觉得这个问题"停车"很舒服。 现在、我们对每个工程样片单元进行了几个小时/几百个周期的测试。 我不知道它们是否会继续出现故障、或者快速转弯 PCB 或驱动器的某些方面会导致这些故障？  

 
感谢您对此提供的持续帮助。