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[参考译文] DRV8837:负载侧的充电放电周期不正确

Guru**** 633805 points
Other Parts Discussed in Thread: DRV8837, DRV8837C, DRV8210P, DRV8212P, DRV8210, DRV8837EVM
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https://e2e.ti.com/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/1173762/drv8837-improper-charge-discharge-cycle-on-the-load-side

器件型号:DRV8837
主题中讨论的其他器件: 、DRV8210PDRV8212PDRV8210

你好!

过去四年来、我一直在使用 DRV8837 H 桥、它的性能从未如此出色。 它 µH 驱动总电感小于50 μ H 且直流电阻小于5欧姆的线圈、频率为90kHz 且 VM = 3.3V。 下面显示了描述整个系统功能的小流程图。

下面是用于驱动线圈的 H 桥电路的原理图。

到目前为止、来自传感器的调节信号一直没有太多噪声、但最近、在特定温度范围(5C 和35C 之间)下、有多个传感器在调节信号的"噪声测试"中失败。 由于噪声最初被认为是传感器问题、因此执行了以下测试。

  1. 在 OK 传感器和 NOK 传感器之间切换发生器线圈。 ->问题不出在线圈上
  2. 使用 OK 组件重新组装感测电路。->结果无变化。
  3. 在极端工作温度下(应力测试)测试 PCB (H 桥、µC Ω、传感器)。 -> 结果无变化。
  4. 调整感应电路以滤除噪声。-> 结果无变化。
  5. 传感器的容差->确定在范围内

但上述情况都没有改善。 在一次此类测试中、探测发生器线圈以查看是否有问题、 发现此问题的原因是提供给发生器线圈的能量。  示波器用于测量驱动发生器线圈的实际信号、如下所示。

如果注意到突出显示的部分、则在从线圈(负载)放电之前、电荷的帮助时间存在明显偏差。 理想情况下、此"充电区"应小于500ns、但它会上升到650ns、从而导致传感器侧出现噪声行为。 由于怀疑 VM 端提供的功率有一些噪声、因此构建了 RC 滤波器、但遗憾的是、这并没有带来很大的改进。  

因此、来自 OK 传感器的 H 桥与 NOK 传感器互换、问题出在 H 桥。 这是在多个实例上完成的、结果相同- H 桥问题。

自过去三年以来、同一个 H 桥一直在同一个传感器上使用(采用相同布局几乎为2年)、我们提供了数千个无问题的器件。 奇怪的是、在生产的这一阶段出现了这样一个问题、我们现在对再交付几个产品的需求很高。

如果我能够在弄清这种情况发生的原因以及 H 桥问题的原因方面获得一些帮助、那将是很好的。

其他信息

我尝试使用最新版本的 H 桥(DRV8212P、DRV8210P)以及其他 H 桥型号(DRV8837C)进行测试、在所有这三种情况下、NOK 传感器都成为正常传感器。 由于测试未在多个传感器上进行、因此我无法确定是否已经发生了这种情况。

此致、

Naveen。

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    Naveen、

    您能否分享"OK" DRV8837和"NOK" DRV8837的顶端标记?  我想验证我们处理的是 TI 组件。  所有器件都是通过认可的经销商或 TI 直接购买的?

    此致、

    Ryan

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    您好、Ryan、

    "OK"和"NOK"传感器 PCB 均具有以下 H 桥标记- 837 11i CIV7、837 17I C72E 和837 17I CS4Q。

    我测试过的“正常”H 桥有以下标记 - 837 268 A812。

    所有器件都是通过认可的经销商购买的-箭头。

    注意- 虽然 H 桥来自同一生产批次(如果我可以调用它)、但每当我在 OK 和 NOK 传感器之间进行切换时、NOK 传感器的 H 桥也会在 OK 传感器上产生问题。

    此致、

    Naveen。

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    Naveen、

    好的、看起来我们可以排除非 TI 器件的问题。

    您能否获得输入波形与输出波形的一些示波器捕获并测量两个边沿上的传播延迟?   

    此致、

    Ryan

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    您好、Ryan、

    这里 是输入与输出波形以及传播延迟。

    传播延迟在39ns 和46ns 之间变化(对于 OK 和 NOK 情况)。 此外、在 OK 和 NOK 情况下都可以看到发生器线圈侧的尖峰。 因此、并不总是保证 NOK 事件会伴随电压尖峰。

    此致、

    Naveen。

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    Naveen、

    我必须承认、当 DRV8837器件(OK 和 NOK)的工作状态均在器件的规格范围内时、我对问题的确切含义有点困惑。  

    请帮助我了解我缺少的内容...我认为我确实缺少了一些内容、无法清楚地了解您电路中的 NOK DRV8837和 OK DRV8837的行为。

    此致、

    Ryan

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    您好、Ryan、

    我想提及我最初所作的描述。

    "如果注意到突出显示的部分、则在从线圈(负载)放电之前、电荷的帮助时间存在明显偏差。 理想情况下、此"充电区"应小于500ns、但它会上升到650ns、从而导致传感器侧出现噪声行为。"

    我已突出显示(在所有四幅图像中)"充电区"、我将在下面再次突出显示(红色方框内的橙色区域)。

    该区域直接对应于流入发生器线圈的电流、此后、线圈开始缓慢放电、直到开关发生(GEN_IN 将从高电平变为低电平、而 GEN_OUT 将从低电平变为高电平)。

    对于所有 OK 传感器、此突出显示区域保持恒定(500ns)、但对于 NOK、此突出显示部分的偏差超过30%(>650ns)。 这是这里的主要问题、因为这会直接影响传感器侧、从而使整体噪声增加到因素5。

    关于我提供的其他信息、较新的 H 桥(DRV8212P)型号上没有出现"充电区"偏差的问题。 如果我回答正确、则较新版本具有相同的 RDS、但上升时间比 DRV8837慢。 这个因素是否会影响我在这里面临的问题? 如果是、为什么 DRV8837在同一装置下运行良好超过一年、但在最近(6个月)中以更高的速率出现故障。?

    如果需要其他信息、请告知我。 谢谢!!

    此致、

    Naveen。

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    Naveen、

    谢谢。。。。现在有道理、但不确定影响哪些因素。   

    DRV8212P 的上升/下降时间仅作为150ns 的典型值给出。  DRV8837的最小值可介于30ns 和最大值188ns 之间。  因此、从技术角度而言、在规格内可以具有相同的上升/下降时间。

    您能否检查 NOK DRV8837与 OK DRV8837的上升时间并查看 Δ 值。  可能还需要检查 DRV8212P、因为它看起来也可以正常工作。

    此致、

    Ryan

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    您好、Ryan、

    我在四种不同型号上测量了以下参数:8837、8837C、8212P、8210P。

    1. 输入的上升/下降时间(PWM1、PWM2)
    2. 输出的上升/下降时间(GEN_IN、GEN_OUT)
    3. 输入和输出之间的传播延迟(PWM1和 GEN_IN、PWM2和 GEN_OUT)。

    所有单位都以纳秒为单位。

    µH 参数-> VM = 3.3V、VCC = 3.3V、L < 50 μ H、RL < 5欧姆(直流电阻)。

    此致、

    Naveen。

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    Naveen、

    我不知道该怎么做。  与 OK 采样相比、NOK 采样肯定具有更高的边沿速率、但我感到惊讶的是、DRV8837C 的工作正常、因为它们与 NOK 相似。   

    DRV8210/2P 的边沿看起来要慢得多。   

    您是否曾尝试在每个输出端悬挂10nF 或其他较小的电容器、然后查看这是否会使 NOK 样本正常?

    此致、

    Ryan

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    您好、Ryan、

    关于 DRV8837C、我认为 RDS 也可发挥额外的作用。 这里的问题不仅在于快速上升时间、而且在于线圈的快速充电、我相信8837C 不会像8837那样快速地为线圈充电。 但结果也让我感到惊讶。

    另一方面、8210/2P 具有更好的 EMC 性能、边缘平滑。 这可能是我们从未遇到8212P 问题的原因、尽管 RDS 类似于8837。

    关于滤波电容器、目前计划进行测量、并将在接下来的几天内进行测量。

    除了上述内容之外、我还有一个有趣的更新。 在两个单独的评估模块(DRV8837EVM)上进行了测量-一个具有正常 H 桥、另一个具有 NOK H 桥。 两者的结果相似。 上升时间持续低于30ns、但下降时间始终在规格范围内(~100ns)。

    测量是 在90kHz PWM 频率下完成的(IN1和 IN2将 PWM 信号的互补通道作为输入)。 VM 由外部电源以5V 的电压供电、其旁路电容值如表中所述。

    现在、我更加惊讶、因为通过此测量、两个 H 桥都是 NOK。 应该提供一个特定的20欧姆负载吗? 我采用了一个具有0.5W 功耗的标准20欧姆电阻器。 下面是整个测量的屏幕截图(PWM2未记录、但显示为 IN2、PWM1显示为 IN1)。

    此致、

    Naveen。

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    Naveen、

    正如您提到的、Rdson 在这里也起着作用。  如果是、则 NOK 采样与 OK 采样上的 Rdson 可能较低。  如果时间相似、这是我唯一能想到的。

    此致、

    Ryan

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    您好、Ryan、

    感谢您的回答。 但这里的主要问题是、为什么 H 桥超出规格? 根据数据表、如果在 VM = 5V 且 VCC = 3V 的情况下将20欧姆的负载连接到 H 桥(在我的测试设置中、我在这里使用了3.3V 电压)、则上升时间至少应为30ns。  

    但是、我得到的值介于17ns 和22ns 之间、不超过该值。 我检查了多种配置(VM 和 GND 之间的电容更高/更低、负载更低)、但上升时间几乎不会变化超过2ns。

    这是否意味着 H 桥已经超出规格、并且由于" RDS 的容差"、我们得到的是正确的规格? 是否有方法测量 RDS?

    我们直接从 TI 获得了数千个 H 桥(>100k)、由于这个问题、量产仍在进行中。

    如果您能指导我解决这里的主要问题(上升时间、而不是 RDS)、那将会大有帮助。

    谢谢!

    此致、

    Naveen。

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    有关执行的测试的其它信息-  

    使用旁路电容器(1nF 和10nF)进行测试、结果如下。

    由于引入了旁路电容器(>1V (无电容器)、<0.3V (1nF)和<0.15V (10nF)、过冲显著降低。 这是意料之中的、因为我们的另一个项目中已经使用了类似的配置。

    2、上升/下降时间显著缩短(10nF 配置下为~100ns、其余配置下小于20ns)。

    3.无论发生何种变化,传感器仍然不正常。

    此外、对 DRV8212P 重复了评估板上的测试、上升时间似乎符合规格。

    新变体中还有一个称为"输出死区时间"的附加参数、旧变体中没有该参数。

    这使得从 OUT1到 OUT2的切换速度比之前的型号(8837)慢。 这是8212P (~ 60ns)中的一个。

    这是8837中的一个(~ 20ns)。  

    OK 和 NOK H 桥的范围均在15-25ns 之间。  因此、我认为这可能不是一个"决定性"参数、但是、您能告诉我为什么这个参数包含在新的 H 桥中吗?

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    Naveen、

    我们的所有集成电桥都内置了死区时间、以避免击穿。  不将这一点纳入规范只是一项监督。  无论如何、NOK 和 OK 看起来具有类似的死区时间。   所以、我想这也不是问题的原因。

    此致、

    Ryan

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    您好、Ryan、

    感谢您对死区时间的响应。 即使我将其描述为不是决定性参数、因此我们也在同一页上。

    但是、很高兴您能对我前面所描述的一个更关键的问题做出答复? 我的报价如下。

    "这是否意味着 H 桥已经超出规格、并且由于" RDS 的容差"、我们得到的是正确的规格?  是否有方法测量 RDS?"

    我提出这个问题的原因是、我们希望有一个参数、在 H 桥被焊接到 PCB 上之前、可以在 H 桥上进行测试。 在对 H 桥进行焊接并对传感器进行线路末端测试之前、人们永远不知道 H 桥是否正常或 NOK。

    您是否同意 H 桥(8837)在上升时间方面超出规格?

    如果您可以在此处提供有关这两个问题的帮助、那将非常棒

    谢谢!

    此致、

    Naveen。

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    Naveen、

    有关测量 Rdson 的建议、请参阅此 e2e 文章。  您需要通过向输入端施加直流输入来完全增强高侧 FET。  我们根据数据表中的特定电流进行指定。  阅读以下帖子的最后一部分...可以忽略第一部分。

    https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/233577/measured-rds-on-is-greater-than-that-specified-in-datasheet

    器件的开关温度似乎高于预期。   

    此致、

    Ryan

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    您好、Naveen、

    当"GEN"充电区域变得越来越长时、"GEN"充电区域是否同时变得越来越短?

    如果是、我怀疑可能有一些直流电流(平均电流)流经线圈。 我想、如果两个半桥不相同(上升/下降/延迟时间、RDS 等)、此类电流可能会流动。 如果电流探头的平均值为0、我会使用它来检查线圈电流。 我还会对好的和不好的驱动器进行一些比较测试。

    我不会在 GEN IN / GEN OUT 和 GND RC 滤波器之间连接线圈(例如5欧姆+ 100uF、连接 GEN X 的电阻器和连接 GND 的电容器)。 然后、如果两个电容器上的电压相似、我会比较它们。

    此致、

    Grzegorz

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    您好、Ryan、

    感谢您的参考。 我将在内部讨论这一点、以了解准确测量 RDS 的可能性、并对 OK 和 NOK 器件进行比较。

    感谢您对上升时间的响应。  我将在内部讨论如何继续使用我们在这里拥有的器件(>60k)。

    此致、
    Naveen。

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    您好、Grzegorz、

    "充电区"的变化不会同时发生、即它要么在 GEN_IN (大多数)上、要么在 GEN_OUT 上、但不会同时发生。 变化总是会使面积变得更大而不是更短。

    根据您的建议、我实际上使用1nF 和10nF 的电容值(GEN_IN || GND 和 GEN_OUT || GND 之间的电容)执行了测试。 结果如下。

    注意-我测量了信号的10%- 90%的上升时间。

    随着旁路电容器的引入、GEN_IN 和 GEN_OUT 的过冲显著减少(没有电容器的情况下>1V、1nF 时<0.3V、10nF 时<0.15V)。 这是意料之中的、因为我们的另一个项目中已经使用了类似的配置。

    2、GEN_IN 和 GEN_OUT 的上升/下降时间显著缩短(10nF 配置下为~100ns、其余配置下为<20ns)。

    3、无论发生何种变化、传感器仍然不正常、即"充电区"的变化仍然会发生。

    我还在输入端(IN1和 IN2 ->至 GND)构建了一个 C 滤波 器、传入信号的上升时间接近75ns、输出信号上升时间为~120ns。 然而,问题仍然存在。

    在单独的测试中、我在 H 桥的 OUT1和 GEN_IN 之间构建了一个串行电阻器(1欧姆/2.2欧姆/4.7欧姆/10欧姆)、但这并没有获得更好的结果。

    此致、

    Naveen。

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    您好、Naveen、

    如果线圈接近50uH 和5欧姆、则其时间常数 L/R 约为10us、电流将无法在90kHz 时达到稳定值 VM /(Rcoil + Rdson)。 线圈将对输出电流进行滤波、如果两个半桥不相同、则一些直流电流可能会流入线圈中、这会扩展一个输出上的"充电区域"并同时缩短另一个输出上的"充电区域"。

    我提到的滤波器5欧姆+ 100uF 只是为了比较 OK 驱动器和 NOK 驱动器中的半桥平衡。

    无论如何、如果一个输出上的"充电区"变化不会在另一个输出上引起相反的变化、那么我的理论可能是错误的。

    我认为、使用交流/直流电流探头(BW 为0、5MHz 或更高)测量线圈电流可能有助于了解导致问题的原因。

    此致、

    Grzegorz

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    Naveen、

    再想一下、对于 NOK 驱动器、我会尝试将 PWM 波从50/50改为45/55和55/45、看看它是否发生任何变化。

    此致、

    Grzegorz

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    您好、Grzegorz、

    对我先前的陈述的更正。 在再次完成所有测量后、我注意到 GEN_IN 和 GEN_OUT 的"充电区"可能会同时变化、但是、仅以类似的方式、即在两种情况下都可能延长、而不是在一个人将延长并且将收缩的情况下。  

    但是,我应该指出,这一两个产出都发生变化的事件并不经常发生。

    我实际上执行了线圈测量、但 没有结果(在传感器设置与评估板设置之间)。 因此、我将再次查看设置并执行测量。

    关于占空比变化、我可以这样做来确定问题、但应用需要恒定的50%占空比。 但是、我将考虑到这一点、并在结果可用时更新结果。

    谢谢!

    此致、
    Naveen。

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    您好、Ryan、

    RDS 测量是从我的一侧进行的、结果如下。

    针对传感器上使用的线圈配置重复了相同的测量、结果如下所示。

    虽然在 OK 和 NOK H 桥之间观察到 RDS 略有增加、但仅以几毫欧为单位。 这是否仍会影响我在传感器上看到的行为?

    此致、

    Naveen。

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    Naveen、

    而且、"NOK"桥上的总 Rdson 似乎高于"OK"。  我是否正确地看到了这一点?

    此致、

    Ryan

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    您好、Ryan、

    是的。 没错。

    此致、

    Naveen。

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    Naveen、

    那么、这与以前的任何理论都不匹配、因为具有高得多 Rdson 的其他驱动器工作正常。  因此、我们似乎可以排除 Rdson 是问题的原因。

    您是否曾尝试过上述任何其他建议的实验、通过改变 PWM 占空比来尝试将 NOK 样本转换为 OK 样本?

    此致、

    Ryan