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[参考译文] DRV8874:电路电容导致的浪涌电流跳变故障

Guru**** 657500 points
Other Parts Discussed in Thread: DRV8962, DRV8874, DRV8462, DRV8262
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/1249338/drv8874-unrush-current-trippling-fault-due-to-capacitance-of-circuit

器件型号:DRV8874
主题中讨论的其他器件: DRV8462、DRV8962

接下来、我们将使用本书外的8874。 在大多数情况下、我们不是直接控制电机、而是使用它为总线上的设备提供电源以及发送信号。

具体来说、这适用于铁路模型行业、在该行业中、通过在大约8kHz 的频率翻转方向引脚来产生"DCC"信号、以便在每个输出上、H 桥的一侧相对于另一侧保持半个周期的正电压、然后它们进行切换。 PWM 引脚保持在电源电压下、即大约12-18V。 因此、我们会在示波器上生成一个看起来像方波的双极脉冲序列。 该信号进入机车和配件连接到的轨道。

机车在赛道上行驶。 整流器接受其视为方波并将其转换为用于为电子器件供电的直流、另一个 H 桥发送用于控制电机的 PWM。 58uS 和116uS 的不同脉冲被剥离并读取为数据。 "助推器"和其他控制器等附件也连接到轨道上。 我们在电机输出端制作4-8kHz 方波、并将多个光隔离器和全桥整流器连接到它、这是一种简单的方法。 其中一些器件具有沿引线相加的电容。 在某些情况下、浪涌电流对我们来说是一个大问题。 8874可能只需要提供2安培电流、但它可能在几个周期内达到5A 或稍高一点。 除了将桥式整流器连接到引线并通过其为1000uF 的电容器充电外、我们没有简单的测试用例。 我们将其连接到5A 或8A 开关电源模块。

似乎会发生的情况是我们会得到浪涌电流、在1000uF 的测试案例中、我们可以计算它、但测量它的方法并不简单。 因此会发生一些过流、8874仅在3到6微秒内提供故障情况。 然后2ms 后它尝试复位、浪涌再次发生、依此类推。 由于脉冲为58uS、8864切断、电容没有足够的充电时间。

如有任何帮助,将不胜感激。 您可以对芯片的配置执行什么操作吗? 我们可以使用另一款芯片? 下一个版本中的新功能为我们;)一些廉价的外部解决方案? 对于有此问题的用户、我们已成功在输出端使用了环形线圈来降低浪涌电流、但这并不理想。 但我们可以使用帮助确定我们需要什么电感。 我们还创建了一种高科技解决方案、在该解决方案中、我们使用微控制器来检测故障、停止正在做的工作、并将具有特定频率和占空比的 PWM 发送到制动引脚以对电容充电、然后切换回正常模式。 谢谢!
弗雷德

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    嘿、Fred、

    该器件的有趣应用!  

    总的来说、我认为栅极驱动器能够在这个应用中为您提供更好的服务。  如果您希望每个器件有一个单全桥、我建议查看 DRV8706; 如果您希望每个器件有2个或4个全桥、我建议查看 DRV8714或 DRV8718。  在其中任何一种情况下、您都可以在器件中使用一对功率 MOSFET、这样您就可以实现50安培或更高的开关电流(取决于您选择的 MOSFET)并能够很好地控制 FET 的开关特性。  可以在本 应用报告《  了解智能栅极驱动》中找到智能栅极驱动器的基本概述。  在重新设计整个电路板之前、您可以使用 EVM 来测试这些器件之一。   

    用于芯片配置:  

    1. 您能否发布与电机驱动器相关的原理图图片?   
    2. 您的 IPROPI 电阻器设置是多少?  
    3. 您的 IMODE 设置有什么 RIMODE?
    4. 7.3.3.2电流调节中、"可以禁用内部电流调节、方法是将 IPROPI 绑定到 GND 并将 VREF 引脚电压设置为高于
      如 GND (如果不需要电流反馈)或需要电流反馈、则设置 VREF 和 RIPROPI
      VIPROPI 永远不会达到 VREF 阈值" <--尝试禁用内部电流调节。   
    5. 正如您所说、您可以尝试与器件的输出串联一个小型电感器来降低浪涌电流。  同意不理想.
    6. 您提到1000uF、我有点困惑、那就是电机驱动器板上靠近电机驱动器的大容量电容吗?  如果不是、您的系统的大容量电容是多少?  

    至于便宜的外部解决方案、我只能想到上面提到的大容量电容、但如果您目前的电路板上的电容超过~300uF、我认为这不是问题。  我们需要一些示波器波形图来提供比这更好的建议。   

    谢谢、

    雅各布

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    大家好、Jacob、还有一项是我们需要合适的电流检测读数。 我们需要将持续6ms 的30-60mA 脉冲识别为来自序列解码器的 ACK。 Arduino Motor Shield 的 Fewiw 性能优异。 古老 L298的唯一问题是压降很大、无法处理超过1.3A 的电流。

    我们使用的是 IMODE 四电平1 (引脚7接地)。 我们想尝试其他模式、但电路板布局意味着我们需要制作一些原型板进行测试。 在这里放置电阻器不是一个简单的方法。

    我最初的想法是使用逻辑电平 MOSFET、或使用栅极驱动器和 MOSFET。 我们只需要5A 电流、因此如果有少量的安全余量、6-8A 电路就可以了。 但 H 桥中的额外电路需要安装在能够堆叠的 Arduino Shield 上、 意味着我们需要查找不比8874大得多的 SMD MOSFET、或者使用可按我们的速度切换方向引脚的 SMD H 桥。

    我不知道,我不想。 我们的电容来自与引线相连的任何元件。 他们可以运行10辆以上的机车。 它们具有后置电容的桥式整流器(有时"保持活动状态"、因此、如果引线变脏、电源仍会传输到电子器件和电机一秒钟左右)。 还有"助推器"可连接到独立的轨道部分、与中继器一样向轨道的下一部分发送功率和信号。 这样、您可以使用10个部分、每个部分的电流均为5A、而不是具有50安培的大型布局。 大多数情况下、我们只需要大约2到3A 的电流。 有信号(LED)和偶尔"转出"连接到轨道,也在"解码器"后面。 转盘(左右移动履带)由螺线管或伺服控制。 但此处的情况并非如此。 我们遇到的问题是与其他商业模型训练助推器或控制器,似乎有一个大,但非常短(100US?) 从轨道接收电力时的启动电流。

    另外、由于8874的输出是开关方向58uS、因此我们将电感器置于电机驱动器的输入端。

    这是原理图。 谢谢!

    弗雷德

    e2e.ti.com/.../motor_2D00_shield.pdf

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    大家好、Jacob、还有一项是我们需要合适的电流检测读数。 我们需要将持续6ms 的30-60mA 脉冲识别为来自序列解码器的 ACK。 Arduino Motor Shield 的 Fewiw 性能优异。 古老 L298的唯一问题是压降很大、无法处理超过1.3A 的电流。

    我们使用的是 IMODE 四电平1 (引脚7接地)。 我们想尝试其他模式、但电路板布局意味着我们需要制作一些原型板进行测试。 在这里放置电阻器不是一个简单的方法。

    我最初的想法是使用逻辑电平 MOSFET、或使用栅极驱动器和 MOSFET。 我们只需要5A 电流、因此如果有少量的安全余量、6-8A 电路就可以了。 但 H 桥中的额外电路需要安装在能够堆叠的 Arduino Shield 上、 意味着我们需要查找不比8874大得多的 SMD MOSFET、或者使用可按我们的速度切换方向引脚的 SMD H 桥。

    我不知道,我不想。 我们的电容来自与引线相连的任何元件。 他们可以运行10辆以上的机车。 它们具有后置电容的桥式整流器(有时"保持活动状态"、因此、如果引线变脏、电源仍会传输到电子器件和电机一秒钟左右)。 还有"助推器"可连接到独立的轨道部分、与中继器一样向轨道的下一部分发送功率和信号。 这样、您可以使用10个部分、每个部分的电流均为5A、而不是具有50安培的大型布局。 大多数情况下、我们只需要大约2到3A 的电流。 有信号(LED)和偶尔"转出"连接到轨道,也在"解码器"后面。 转盘(左右移动履带)由螺线管或伺服控制。 但此处的情况并非如此。 我们遇到的问题是与其他商业模型训练助推器或控制器,似乎有一个大,但非常短(100US?) 从轨道接收电力时的启动电流。

    另外、由于8874的输出是开关方向58uS、因此我们将电感器置于电机驱动器的输入端。

    我们的一个团队成员也问过这个问题。 "o 想知道它们会使用多大的频率和占空比来实现脉冲慢速衰减低侧制动以降低浪涌电流。 我在30-70%的占空比下使用了30-300kHz 的频率。"

    这是原理图。 谢谢!

    弗雷德

    e2e.ti.com/.../motor_2D00_shield.pdf

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    还有几个问题与我们当前使用具有快速 PWM 的制动引脚让布局上的东西"充电"、然后切换回的测试相关:

    1.  如果我只是将 OCP 保持在3usec 以下、是否可以在不跳变 OCP 的情况下馈通任何电流?
    2. 之后、我需要施加多长时间的制动、以便能够馈送下一个脉冲
    3. 我能否使用足够短的脉冲来杀死8874  (如果 OCP 不跳闸)
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    评估板后的附带主题:

    1.我已经注意到一般情况下 TI 制造评估板的成本有多高。 我想他们是在寻找大型汽车制造商和价格,这种方式劝阻小企业.

    2.空间和成本的限制。 我们需要以不到40美元的价格销售双路全 H 桥5A 电机驱动器。 它需要安装在2.7英寸 x 2.1英寸 (69毫米 x 53毫米)的电路板中。 单单是这些 TI SMD MOSFET (我们需要其中的8个)成本就超过1美元、远远超出了我们为整个 组装 PCB 减去连接器所支付的价格。 我们需要10个芯片、而不是2个。 它仍然 值得一思、或仅使用逻辑电平 MOSFET、因此我们不需要栅极驱动器。

    弗雷德

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    尊敬的 Fred:

    我会尝试将来使用 DRV8874电流调节来限制浪涌电流、我会将 I_TRIP 电流设置为低于6A (假设为4-5A)。 我会尝试向一个或两个驱动器输出添加电感器、大约为10uH 或更高一点、此类电感器的饱和电流应该大于6A。 该电感器的电感值可能不能大得多、因为它会使8kHz 波失真。 下面是一些 SMD 功率电感器的示例

    https://www.tme.eu/pl/en/katalog/smd-power-inductors_112360/?s_field=artykul&s_order=asc&limit=20&currency=EUR&mapped_params=566:1438,413,1544702,1665478,1438413;577:1448555,1808443,1601512,1448553;</s>4,702,166 5,478,143448,555,1808,443,1601,512,144

    此致、

    格雷戈尔茨

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    嘿、Fred、

    首先、对于过流问题、我强烈建议使用 IMODE 状态四电平2。  这将使用逐周期电流斩波模式以及过流自动重试、我认为这正是您所需要的。   这样、器件能够在发生电机失速、高扭矩或其他高电流负载事件的情况下限制输出电流。   

    • 同意您可能需要制作原型板来测试此情况-仅供参考、即使我们认为我们将使用带有模式的 GND、我们也经常将0602 0Ω 电阻器用于原型板上的这些引脚配置选择器、 这样、您可以在稍后需要时对其进行更改。   

    要获得更高电流的选项、 您可能会感兴趣最近发布的 DRV8962或 DRV8262。  它们 在最大电流下分别具有±3.5%和±4%的检测精度。 这是对 DRV8874在最大电流下±5.5%精度的改进。  8962可完全控制每个半桥、而8262有稍高的电流能力、但只有全桥控制。  仅供参考、DDV 封装在芯片顶部有一个散热焊盘、因此它需要一个外部散热器来实现器件的最大电流能力。  虽然这些器件的价格大约是现有 DRV8874解决方案的两倍、但由于它们具有2个全桥、而不是其中1个、因此您可以使用一半的器件、因此您的总成本应该会降低。  我看到 PCB 使用了其中一个驱动器(DRV8462、其尺寸与 DRV8962/8262相同)、该驱动器适合具有3排大排接头的2层34mm x 42mm 电路板、因此肯定可以满足您提到的空间限制!

    谢谢您的问题:

    1. 如果我只是将 OCP 保持在3usec 以下、是否可以在不跳变 OCP 的情况下馈通任何电流?
      1. 一般而言是的、虽然可能取决于器件在内部时钟周期的何时读取电流、但有时可能会捕获到电流、但其他时可能无法捕获。   
    2. 之后、我需要施加多长时间的制动、以便能够馈送下一个脉冲?
      1. 这远远超出了正常使用情况、只需通过您自己的测试来确定。  通过逐周期电流斩波模式、我认为器件会自动为您完成所有工作。  
    3. 我想知道它们会使用多大的频率和占空比来实现脉冲慢速衰减低侧制动以降低浪涌电流。 我在30-70%占空比下使用了30-300kHz 频率。
      1. 请参阅上面的答案、尝试逐周期电流斩波、并且从理论上讲、器件将为您完成所有这些。   
    4. 我能否使用足够短的脉冲来杀死8874 (如果 OCP 不跳闸)
      1. 由于它不在器件额定规格范围内、可能是、但如果 OCP 不跳闸、我个人会说不太可能。  与非常短的电流尖峰相比、电压尖峰更有可能使器件停止运行。   

    使用 Q101和 Q102在原理图中实现一个有趣的解决方案、用于在 IPROPI 电阻上对该额外电容器进行旁路。   

    了解了空间限制、是的、功率 MOSFET 很昂贵、尽管您不必为 MOSFET 使用 TI 元件、任何类似的规格 FET 都会起作用。  它们占用了很多空间、但可以提供更大的电流。  如果温度是问题、您可能需要使用2oz 铜制作您的下一个原型板、并可能需要一个散热器来帮助降低功耗、但我想您现在的主要问题仅仅是驱动器 OCP、因为其原因是快速电流突发、而非过热。  您认为我们的 EVM 定价是正确的、因为它会部分阻止业余爱好者购买这些产品。  您可以尝试加入 TI 的 样片计划 、您可以免费申请样片、但我不确定他们的业务规模要求。   

    我想我几乎涵盖了所有内容、请告诉我是否还有其他我可以帮助的东西!

    此致、

    雅各布

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    您好、Jacob:

    如果这仍然可以算作同一个问题。 我想补充几点。 我们的团队认为这不会有所帮助、因为我们跳闸了 OCP。 Mode2 不会解决问题、因为我们不会触发该保险丝。 触发另一个保险丝。 重申一下、我们将尝试防止 OCP 在10A 电流下触发浪涌、减小、但可能会在 OCP 上触发100ms。

    在与 我们的团队交谈时、他们认为我们不在电流反馈环路中、而是在一个单独的 OCP 电路中。 因此、与电流反馈阈值无关。  我们遇到的情况是"7.3.4.3 OUTx 过流保护(OCP)"

    我们之所以这样认为、是因为"7.3.3.x 电流检测和调节"显示了如何中断斩波时间的不同条件、例如在更改输入时。 但这不会发生、因此芯片不会在四路电平1至4 Itrip 条件下运行。如果我们处于电流斩波模式、则:

    如果 EN/IN1或 PH/IN2控制引脚输入的状态在 t OFF 时间内发生变化、则 t OFF 时间的剩余部分将被忽略、输出将再次跟随输入。  从7.3.3.2.1 (固定关断时间电流斩波)的版本将适用。 但它不是(已尝试过)。

    请记住、我们在8kHz 下翻转 IN2和 IN2的状态。 为了生成信号、我们将 IN1设置为高电平、然后58uS 将其设置为低电平、将 IN2设置为高电平、将 IN1设置为低电平、然后重复操作。 我们的一位工程师说它就像一个室内保险丝。 如果我们跳闸了主断路器、无论我们如何操作电源板上的断路器都没有关系。

    但也许我们误解了。  7.3.3和7.3.4中所述的保护是 相互独立(并联) 还是串联?

    7.3.3 电流检测和调节 DRV887x 系列器件集成了电流检测、调节和反馈功能。 这些特性使器件能够在不使用外部检测电阻器或检测电路的情况下检测输出电流、因此减小了系统的尺寸并降低了系统的成本和复杂程度。 这样、器件还能够在发生电机失速或高扭矩事件的情况下限制输出电流、并通过与电流成比例的输出为控制器提供关于负载电流的详细反馈。

    7.3.4 保护电路 DRV887x 系列器件可完全防止电源欠压、电荷泵欠压、输出过流和器件过热事件。

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    嘿、Fred、

    是的、您的类比是家用保险丝和断路器的好。  保护电路(OCP)和热关断(TSD)就像主断路器一样、电流检测/调节被设计为可以为您的设计设置的更低、可调的限制点。  不过、有时更改驱动器中的其他设置可以帮助您避免 OCP 或电流检测/调节。   

    是 7.3.3和7.3.4中所述的保护措施 (并联) 或串联?

    是并联的。  OCP 旨在保护器件免受中断。  电流检测/调节更有助于保护电机或系统产生比所需更多的热量或扭矩。  因此我会认为同时进行-电流调节不必触发 OCP 即可触发。  无论进行何种设置、如果超过 IOCP (6A 至10A)的时间超过 tOCP、则 OCP 将跳闸。   

    您是否有任何所发生这种情况的示波器波形捕获? 我想一些捕获可以帮助我们调试这个问题、尤其是如果您有电流探头的话。   

    此致、

    雅各布