[参考译文] DRV8353：短路

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https://e2e.ti.com/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/994763/drv8353-short-circuit

器件型号：DRV8353

大家好、

客户遇到以下问题、需要您的帮助。

在芯片的初始配置过程中、IDRVIEP=1A、IDRVIEN=2A。 MOS 是 BSC040N10NS5、 Qgd=12~18nC、驱动器芯片内的图腾柱电路通常会损坏。例如、VGLS 和 GLx 之间二极管的电压值仅为0.1V (通常测量接近0.59V)。 VCP 和 GHx 之间的电压值仅为0.2V。故障发生后、驱动芯片报告欠压故障、VGLS 和 VCP 电压不足。客户怀疑芯片内部存在短路、加电后温度迅速上升到报警值。

2. 在客户降低驱动电流(IDRVIEP=0.1A、IDRVIEN=0.2A)后、VGLS 和 DVDD 在运行期间无法输出11V 和5V 电压。芯片内部存在短路、芯片温度急剧上升。

3. 在芯片手册中，DVDD 是5V 电源。如果不使用、能否移除1uf 滤波电容器？

4. 在 PCB 布局期间、芯片的 VDRAIN 是否必须连接到 MOS 上桥臂的漏极？ VM 和 VDRAIN 在设计过程中会产生什么影响？会导致芯片损坏吗？

谢谢。

安妮

3 年多前

0 admin 3 年多前

TI__Guru**** 1624165 points

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48V 输入、驱动电流为100mA 和200mA。在开环控制电机运行状态下、当 VQ 大于2V 时、驱动芯片将报告一个错误：欠压和过热。然后、流经驱动器芯片的电流急剧增加、并且驱动器芯片内部应该存在短路。加电后、发现 VGLS 和 DVDD 没有输出。

8个芯片已损坏。

上桥臂和下桥臂的驱动波形 VGS 正常。死区也是400ns。下图是原理图

谢谢、

安妮

0 admin 3 年多前

TI__Guru**** 1624165 points

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尊敬的 Annie：

感谢您的提问！

1.客户是否尝试使用以100mA/200mA IDRIVE 设置开头的全新驱动程序、或者客户是否始终在1A/2A 设置下开始操作、然后再将其更改为较低设置？根据他们使用的 MOSFET 的 Qgd、100mA/200mA IDRIVE 设置可能仍对他们的设计过高。如果 Qgd 位于 ~12nC 的下端、则会导致导通时间快至12nC/100mA = 120nS、而关断时间快至12nC/200mA = 60ns、这对于大多数设计来说非常快、可能会对驱动器造成损坏。大多数客户认为200nS/100ns 的开通/关断时间是一种快速的开通时间。我们还建议栅极布线的最小布线宽度为20mil、以帮助降低路径的电感。栅极走线上的电感越高、MOSFET 栅极/源极上的振铃就越增大、从而导致 MOSFET 无法处理高达 IDRIVE 的电压。如果 IDRIVE 过高、则会导致栅极/源极过度振铃、并可能损坏驱动器。它们可能会考虑从最低 IDRIVE 设置(50mA/100mA)开始。

2.客户是否仅在以最高 IDRIVE 设置操作驱动程序后尝试此 IDRIVE 设置？由于1A/2A 对于客户的 MOSFET 而言具有极高的 IDRIVE 、因此如您所述、这可能是由于 MOSFET 的栅极/源极振铃导致驱动器短路而导致的、从而损坏驱动器。如前所述、100mA/200mA 对于 MOSFET 而言可能仍然过高、因此可能是损坏驱动器的原因、尽管它不太可能在1A/2A 设置下运行。

3、即使 DVDD 引脚未用于为任何外部电路供电、也务必保持 DVDD 电容、因为驱动器中存在由 DVDD 电压供电的内部电路。

VDRAIN 应尽可能由高侧 MOSFET 的漏极附近提供、因为 VDRAIN 上的电压用于确定 MOSFET 的漏极电压并提供电荷泵电压。如果 VDRAIN 靠近高侧漏极供电、则 DRV 漏极电压读数将更加准确。 VM 是用于为器件供电的电压、该电压可以与 VDRAIN 相同、也可以根据需要使用较低的电压。

器件在损坏之前的工作时间是多久？它是直接的还是在受到损坏之前运行了很短的时间？

我对 VQ 的意思有点困惑、您能否更详细地阐述 VQ 的意思？

我在其中包含一篇有关电机驱动器布局的最佳实践的文章、以及一篇有关选择 IDRIVE 的常见问题解答

https://www.ti.com/lit/an/slva959a/slva959a.pdf

(+)[常见问题解答]选择最佳 IDRIVE 设置及其重要性-电机驱动器论坛-电机驱动器- TI E2E 支持论坛

此致、

Anthony

0 admin 3 年多前

TI__Guru**** 1624165 points

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您好、Anthony

感谢您的回答！

我在测试后有一些新问题。

在快速启动测试期间、将会出现电流浪涌、从而导致驱动器瞬时损坏。

我的电机驱动输入电压为48V、 VM 和 VDRAIN 在 PCB 上连接在一起、两者均连接至48V。

1 μ s 在、启动状态下、大电流浪涌会对驱动器芯片造成内部损坏。测试完成后，我们发现 VGLS 无法输出14.5V，而 VGLS 输出变为脉冲波形。脉冲的最大值约为3V、最小值为0V。同时、驱动器芯片的内部损耗约为4W。 VGLS 线性稳压器似乎已损坏。驱动器芯片内部存在短路。

、发生2 μ s 后、VCP 输出为48V、但正常状态为58V。 CPH 电压在48V 时保持恒定、CPL 电压在0V 时保持恒定、故障反馈为 UVLO、OTSD 和 GDUV。

3、VGLS 接地阻抗通常为1M、在损坏后大约为2.2K。 DVDD 输出5V 正常。

、故障4 μ s 后、A 相下臂推挽电路有时会损坏。 VGLS 和 GLx 的二极管电压仅为0.1V、GLx 和 SLx 之间存在短路。 e2e.ti.com/.../MotorDrive_5F00_PCB.PcbDoc

这是 PCB 设计、如果设计不合理、请提供一些建议、谢谢。

我希望得到您的建议

0 admin 3 年多前

TI__Guru**** 1624165 points

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您好、Yao、

我同意您的分析、即驾驶员似乎受到损坏、导致内部短路。在快速启动状态下、您使用的 IDRIVE 设置是什么？您使用哪种换向方法？ (梯形、正弦或 FOC)？您的系统是否具有霍尔传感器？还是无传感器？您提到 GLX 和 SLX 之间存在短路。这是在所有相位上还是仅在一个相位上？

我查看了布局并观察了一些情况。

1.栅极走线比所需的(20mil)薄一点(13mil)。一旦远离器件的位置足够远、您就可以加宽布线、以便有足够的空间。这将有助于降低栅极布线的电感、并有助于减少栅极的振铃。

2.对于 B 相、我注意到布线必须经过过孔才能进入 C 相下方。这将增加这些布线的电感、因此与其他布线相比、您可能会在此相位上看到更多的振铃。因此、该路径具有宽栅极布线尤其重要。

3.我建议您查看是否可以将器件周围的电容器移动到尽可能靠近器件的位置、优先考虑 CPH-CPL 电容器和 VCP-VDRAIN 电容器

4.我注意到 MOSFET 的 GX 和 Sx 引脚之间有一个100pF 电容器。您尝试通过添加此附加电容来实现什么目标？

在您的设计中、电机似乎直接连接在开关节点的中心。我建议查看是否可以偏移电机连接、以便它们不会直接与开关节点对齐。如果电机恰好连接在相位节点的中心、则会在这一点上引入振铃、但是、如果电机连接与相位节点偏移、则可能有助于减少振铃。如果您在下图(这是我们的电机驱动器布局最佳实践应用手册中的一个示例 MOSFET 配置)中注意到，电机连接会断开到一侧(用红色圆圈标出)，而您的设计在相位节点的中心位置有电机连接 (蓝色箭头指向的位置)。

我注意到您使用的是 DRV8353S、但未使用电流感应放大器。如果您不打算在相位上使用感应电阻器、则可以考虑切换到 DRV8350S。 DRV8350S 与 DRV8353S 类似、只是它没有电流感应放大器。

此致、

Anthony

0 admin 3 年多前

TI__Guru**** 1624165 points

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您好、Anthony

感谢您的回答！很抱歉耽误你的回答。

配置寄存器如下：

寄存器0x02 = 0x4AI 0100 1010 0001

寄存器0x03 = 0x311 0011 0001 0001.

寄存器0x04 = 0x711 0111 0001 0001 0001.

寄存器0x05 = 0x36B 0011 0110 1011

寄存器0x06 = 0x382 0011 1000 0010

因此、IDRIVEP 设置为50mA、 IDRIVEP 设置为100mA 。控制方法是 FOC、我们使用磁位置传感器来收集位置数据。 GLx 和 SLx 之间的短路仅发生在 A 相

MOSFET GX 和 Sx 引脚之间的100pF 电容器是保留的调试焊盘、我计划在 GX 和 Sx 引脚之间连接10K 电阻器以吸收 CGD 脉冲电压。

在下一个设计中、我将采纳您的布局观点。

现在、我有一些新问题。

1、μ F VGLS 接地的电容为 EDK063BBJ105MPLF (0201 16V)。 VGLS 电容器额定电压过低？μ F

2、驱动器芯片的接地端是否需要单点连接到电源接地？如 PCB 图片所示、驱动器接地 GND_DRV 通过一个0 Ω 电阻器连接到电源 GND

3、什么是驱动信号线(GHX、SHX、GLX、SLX)距离设置、以及7-8mil 是否太小？

我希望得到您的建议。

此致

姚

0 admin 3 年多前

TI__Guru**** 1624165 points

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您好、Yao、

VGLS 的16V 电容器非常低、因为 VGLS 的典型电压(当 VM = 15V 时)为14.5V、而同一 VM 的最大电压为16V。如果可能、最好为电容器的额定电压提供2倍的裕度。尽管数据表建议使用16V 电容器、但由于降额和电压瞬态、我建议使用25V 或35V 电容器。

2.您在此处使用的接地方案会由于返回系统接地的电流限制而产生问题。大多数散热应通过 DRV 的散热焊盘到直接连接到焊盘的覆铜。但在您的情况下、所有电流都必须流经0欧姆电阻器、这不是理想的。对于我们的 EVM (如下所示)、您可以看到电流如何从散热焊盘的各个方向流出。在这种情况下、我们的 EVM 没有分离的接地方案、但原理仍然相同：最好将接地焊盘连接到具有短接地返回路径的大型覆铜区。

我建议进行以下更改：

a：图1是您的电流接地方案、它将散热焊盘作为一个岛、其中来自 DRV 的所有电流都必须流经0欧姆电阻器。在图2中、我已将 DRV 接地端连接到两侧的主接地端、以允许更多电流从 DRV 直接流回系统接地。这也会导致更好的热性能、因为我已将散热垫连接到更大的覆铜区、因此散热垫上的热量不会集中在散热垫上。在图2中、红色箭头显示了从 MOSFET 回流到接地的电流路径、蓝色箭头显示了从 DRV 回流到接地的电流路径。

图1.

图2.

b.我会尽量增加直接连接到散热焊盘的铜面积、因为这将提高散热性能。

c.对于 D3V3外部旁路电容器、我建议将其连接到 DRV 接地、而不是 DGND。

d.我无法确定布线中 DGND 在何处连接到系统接地。确保 DGND 有一个到系统接地的良好返回路径并且被适当连接以减少接地电位的任何差异。

3、GHx、SHx、GLx、SLx 等两条走线之间的最小距离因 PCB 制造商的最小走线间距而异。我建议不要将 GHx 和 GLx 布线相邻布置(这在布局中看起来不是问题)、这样做可能会导致高侧和低侧栅极之间产生寄生电容、从而导致栅极开关出现耦合问题。

实施这些更改应该会对改进您的设计大有裨益。

此致、

Anthony

电机驱动器（参考译文帖）

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