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[参考译文] MCT8316A：某些驱动器卡在启动或运行期间

admin
Guru**** 2412150 points


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/1404165/mct8316a-some-drivers-are-stuck-on-startup-or-during-operation

器件型号：MCT8316A

工具与软件：

大家好！

I²C 面临 MCT8316AV (μ C 型号) BLDC 驱动器的问题。 首先、对我们的用例进行总结：

  • 单个小型 PCB 仅包含驱动器以及一些支持组件
  • 在生产/测试期间对 EEPROM 寄存器进行编程
  • 正常运行时、使用模拟控制模式、未连接 I²C Ω(当然是上拉)
  • 该驱动器以高达35krpm (电气频率约为2.3kHz)运行高速径向风扇
  • 风扇类型为 TF037E-2000-F
  • 旋转方向通过 I²C Ω 配置固定为反向
  • 通过 I²C Ω 配置禁用制动
  • PCB 上有10uH 电感器、因为电机本身的低电感会导致 OCP 跳闸
  • 电机全天候运行、但转速通常为8-20krpm、每日峰值约为1分钟。 35krpm 时

从目前使用的组件(只有几十个)来看、所有组件都可以编程和测试、不会出现任何问题。 其中约90%在正常使用期间也能正常运行。 他们在几个月前就这样做了。 但是、大约10%的器件表现出不稳定行为：

  • 加电后、他们可能无法再启动风扇、刀片没有任何明显的抖动或声音
  • 单次或多次重启可能会使设备恢复正常运行、之后设备会再次正常运行、只会在稍后再出现问题
  • 在至少两次中,驱动器卡在风扇实际运行时;风扇刚刚停止,所有输出被禁用
  • 驱动器上的电压正常(VM 24V、DVDD 1.55V、降压4.97V、CP 29.2V、AVDD 3.3V)
  • 不会报告故障、不是通过 I²C Ω(不在引脚上)、nFAULT 为高电平

对于运行时出现故障的其中一个器件、我连接了编程设备以读出 μ I²C 寄存器。 寄存器0xEA 的值为0x20011275、如果我获取了正确的位、这表示状态机处于 MOTOR_RUN 状态。 但电机肯定没有运行、也没有 FG 输出(恒定高电平)。 我尝试将寄存器0xE8设置为0x10008000以12.5%的速度覆盖速度命令、该值可以正确读回、但电机仍不旋转。

对我来说、它看起来是驱动器的内部控制器、或者至少有一个任务完全崩溃、从而导致电机不再被驱动、而 μ I²C 接口仍在工作。

问题：

  • 配置是否存在任何可能导致此行为的错误？
  • 我们如何才能避免这种失败？
  • 我们是否需要预计工作中的器件也会在更长的时间内发生故障？

这里是所有寄存器的值(我使用 EVM 评估了正确的值并导出了寄存器文件)： 

isd_config               (0x0080): 0x4404c140
motor_startup1           (0x0082): 0x75489197
motor_startup2           (0x0084): 0x1a2d7980
closed_loop1             (0x0086): 0x0b3b2400
closed_loop2             (0x0088): 0x020024f8
closed_loop3             (0x008a): 0x4cc40110
closed_loop4             (0x008c): 0x000ce944
const_speed              (0x008e): 0x00a00500
const_pwr                (0x0090): 0x66664c80
150_deg_two_ph_profile   (0x0096): 0x36db6da6
150_deg_three_ph_profile (0x0098): 0x36db6d80
trap_config1             (0x009a): 0x054ba106
trap_config2             (0x009c): 0x3a880000
fault_config1            (0x0092): 0x7fff9071
fault_config2            (0x0094): 0x0f47a009
pin_config1              (0x00a4): 0x00000050
pin_config2              (0x00a6): 0x00101462
device_config            (0x00a8): 0x7fff0000
gd_config1               (0x00ac): 0x1c40030c
gd_config2               (0x00ae): 0x16a00000
gate_driver_fault_status (0x00e0): 0x00000000
controller_fault_status  (0x00e2): 0x00000000
sys_status1              (0x00e4): 0x00ef0ad0
sys_status2              (0x00ea): 0x20011275
sys_status3              (0x00ec): 0x0007002d
algo_ctrl1               (0x00e6): 0x00000000
device_ctrl              (0x00e8): 0x10008000
input_duty               (0x040c): 0x00cc0000
current_duty             (0x04f6): 0x00000000
set_duty                 (0x0506): 0x00020000
motor_speed_pu           (0x05b2): 0x00000000
dc_bus_power_pu          (0x06f4): 0x000000e5

PCB 原理图：

PCB 布局(底部未填充的 GND 平面)用于提高可见性：

应附加 EVM 软件中的寄存器 JSON 文件(如果这样做...)。

谢谢、此致、
Philipp

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    TI__Guru**** 2412150 points
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    更新：并非完全意外、下电上电使控制器恢复使用。 谁知道它会在下一次失败。 如果情况很重要、下面是风扇实际运行速度大约为10krpm 时控制器的寄存器转储： 

    isd_config               (0x0080): 0x4404c140
motor_startup1           (0x0082): 0x75489197
motor_startup2           (0x0084): 0x1a2d7980
closed_loop1             (0x0086): 0x0b3b2400
closed_loop2             (0x0088): 0x020024f8
closed_loop3             (0x008a): 0x4cc40110
closed_loop4             (0x008c): 0x000ce944
const_speed              (0x008e): 0x00a00500
const_pwr                (0x0090): 0x66664c80
150_deg_two_ph_profile   (0x0096): 0x36db6da6
150_deg_three_ph_profile (0x0098): 0x36db6d80
trap_config1             (0x009a): 0x054ba106
trap_config2             (0x009c): 0x3a880000
fault_config1            (0x0092): 0x7fff9071
fault_config2            (0x0094): 0x0f47a009
pin_config1              (0x00a4): 0x00000050
pin_config2              (0x00a6): 0x00101462
device_config            (0x00a8): 0x7fff0000
gd_config1               (0x00ac): 0x1c40030c
gd_config2               (0x00ae): 0x16a00000
gate_driver_fault_status (0x00e0): 0x00000000
controller_fault_status  (0x00e2): 0x00000000
sys_status1              (0x00e4): 0x00ef0bf0
sys_status2              (0x00ea): 0x2001197e
sys_status3              (0x00ec): 0x000b0047
algo_ctrl1               (0x00e6): 0x00000000
device_ctrl              (0x00e8): 0x00000000
input_duty               (0x040c): 0x02fc0000
current_duty             (0x04f6): 0x00000000
set_duty                 (0x0506): 0x00020000
motor_speed_pu           (0x05b2): 0x0000330e
dc_bus_power_pu          (0x06f4): 0x000000cb

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    您好、Philipp：

    感谢您提供详细信息。 我将对此进行调查、并在下周中旬向您通报最新情况。

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    尊敬的 Venkatadri：

    还有新消息吗？ 我将驱动单元从我们的器件中取出来显示出最大的故障、现在让它在桌子上运行(电机和外部控制器的类型完全相同)、到目前为止它可以正常工作。 是否存在任何可能触发此类行为的特定频率或其他频率的特殊控制信号波形或电噪声？

    谢谢、此致、
    Philipp

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    你好、Philipp

    我会在星期一之前审阅和回复。  

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    您好、Philipp：

    我的目标是以6回答你.

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    尊敬的 Venkatadri：

    感谢您的答复。 尽可能禁用故障是正确的。 我必须这样做才能可靠地驱动电机(所述故障除外)、否则电机会因故障情况而随机停止。 但是、这些故障似乎都是误报、因为在断电后、我无法测量任何异常情况。

    有关原理图和布局、请参阅我的初始贴文。

    另请注意、我们有两种故障模式：

    -电机根本无法启动

    -电机在运行时发生故障

    虽然我同意启动失败可能会与选择启动算法有关、但运行期间出现失速的原因必须不同。

    我将回顾您建议的配置更改、并尝试这些更改是否可以改善情况。 当然、如果控制器仍然能够驱动电机。

    此致、
    Philipp

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    您好、Philipp：

    我将等待您的测试结果。

    同时、我将回顾原理图并提供我的观察结果、

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

  • 0
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    尊敬的 Venkatadri：

    我明天只能测试建议的设置、但我回顾了这些更改。 虽然有些元件可能会起作用、但我怀疑其他变化仍然允许电机运行、因为要使电机首先正常工作、需要进行一些试错。 我手动对位进行了解码、因此可能会在某个地方出现错误、但我发现了以下更改： 

    MTR_STARTUP: 11 -> 00 (Slow 1st cycle -> Align)
ALIGN_RAMP_RATE: 0101 -> 0111 (5V/s -> 10V/s)
ALIGN_TIME: 1010 -> 1010 (1s)
ALIGN_CURR_THR: 0100 -> 0011 (0.4V -> 0.3V)
CL_DEC: 01110 -> 01110 (20V/s)
PWM_FREQ_OUT: 11001 -> 01111 (70kHz -> 20kHz)
CBC_ILIMIT_MODE: 1111 -> 0111 (CBC limit disabled)
LOCK_ILIMIT: 1111 -> 1111 (1.5V)
LOCK_ILIMIT_MODE: 1111 -> 0000 (Ilimit lock det disabled -> Ilimit lock det latched fault)
LOCK_ILIMIT_DEG: 0010 -> 0010 (5ms)
CBC_RETRY_PWM_CYC: 000 -> 000 (0 PWM cycles)
MTR_LCK_MODE: 1110 -> 0000 (Lock det disabled -> Lock det latched fault)
LCK_RETRY: 001 -> 001 (500ms)
LOCK1_EN: 0 -> 1
LOCK2_EN: 0 -> 1
LOCK3_EN: 0 -> 1
LOCK_ABN_SPEED: 1111 -> 1011 (4kHz -> 3kHz)
OVP_EN: 0 -> 1
DAC_XTAL_CONFIG: 1 -> 0
PIN_CONFIG2_RESERVED_23_20: 0000 -> 0001
SLEEP_TIME: 11 -> 00 (200ms -> 50us)
EXT_WD_FAULT: 0 -> 0
EXT_WD_FREQ: 00 -> 00
PIN_CONFIG2_RESERVED_12_0: 00000 00000000 -> 10010 00000000
PERIPH_CONFIG: 0x00000000 -> 0x41C01F00 (?)

    当您更改了 GUI 中的值时、这是吗？ 问题/疑问特别出现在以下方面：

    • 启动模式：1s 的对齐时间肯定太长、并会导致过流情况。
    • PWM_FREQ_OUT：70kHz -> 20kHz：电机的电感非常低、我甚至需要在电路板上添加电感、因此我怀疑降低 PWM 频率会有积极的影响；事实上、70kHz 已经是个折衷方案、因为换向在较高频率下通常失败。
    • 在 PIN_CONFIG2寄存器中、一些保留位已更改。 它们是否有特殊含义？
    • 数据表中未记录 PERIPH_CONFIG 寄存器(仅在地址表中提及推荐值为0x00000000)。 从0x00000000变为0x41C01F00有什么作用？
  • 0
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    你好、Philipp

    我不在办公室,直到星期五,我会解释原因.

    谢谢、此致  

    Venkatadri S.  

  • 0
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    尊敬的 Venkatadri：

    我能够使用建议的寄存器设置测试驱动器的行为。 令我惊讶的是(说实话)、它甚至能够在20kHz 的频率下运行、虽然功率耗散更高一些。 然后、我将对齐时间缩短到了100ms、同时也降低了开环电压设置、使其启动更加顺畅。

    遗憾的是、对于观察到的控制器崩溃(或任何情况)、没有任何改善。 但是、由于我把它连接到 EVM (仅限 GND、SCL 和 SDA)、我可以进一步测试并发现一些类似的模式：

    1.电机以配置的占空比运行

    2.电机状态自动读数时,报告的电速总是以几 Hz 的频率变化

    3.突然,报告的电速不再改变

    4. I²C 访问仍然正常、所有寄存器均可读取、并可通过 μ I²C 覆盖来改变占空比

    5.电机仍在旋转 它会对占空比的变化进行响应

    6.即使速度变化很大,所报告的电气速度也不会再改变

    7.我可以通过将占空比设置为0来关闭电机

    8.即使电机停止、仍报告状态机处于 MOTOR_RUN 状态、并且报告的电气速度值也与之前相同

    9.当我现在再次将占空比设置为非零值时、电机不再启动

    10、控制器恢复工作的唯一方法是通过电源循环

    对于30kHz 和80kHz PWM 频率、行为也是相同的、除此之外、设置是相同的。

    然后、我从 EVM 上断开了控制器 PCB (配置为20kHz)、并使用模拟速度信号将其连接到我们自己的硬件、用一个简单的测试程序(5%、等待5s、25%、等待5s、10%、 等待5s、50%、等待5s、0%、等待10s、 重复)。 这对于第一个周期是有效的、但一旦电机关闭、它就拒绝再次启动。 与 I²C 到 EVM 时的行为相同、但这次甚至没有连接到 μ C 接口。 然后、我进行了下电上电并保持测试程序运行、从那时起运行正常。

    这真的让我疯了。 对于任何严重的应用、故障发生得太频繁(至少对于某些驱动程序)、但我无法通过任何方式可靠地重现故障。

    有什么建议吗？

    下面是我现在使用的实际寄存器设置： 

    {
  "signature": "oneui-register-data",
  "data": [
    [
      {
        "idx": 0,
        "id": "isd_config",
        "value": "0x4404C140"
      },
      {
        "idx": 1,
        "id": "motor_startup1",
        "value": "0x06A69197"
      },
      {
        "idx": 2,
        "id": "motor_startup2",
        "value": "0x012D7980"
      },
      {
        "idx": 3,
        "id": "closed_loop1",
        "value": "0x0B39E400"
      },
      {
        "idx": 4,
        "id": "closed_loop2",
        "value": "0x020024F8"
      },
      {
        "idx": 5,
        "id": "closed_loop3",
        "value": "0x4CC40110"
      },
      {
        "idx": 6,
        "id": "closed_loop4",
        "value": "0x000CE944"
      },
      {
        "idx": 7,
        "id": "const_speed",
        "value": "0x00A00500"
      },
      {
        "idx": 8,
        "id": "const_pwr",
        "value": "0x66664C80"
      },
      {
        "idx": 9,
        "id": "150_deg_two_ph_profile",
        "value": "0x36DB6DA6"
      },
      {
        "idx": 10,
        "id": "150_deg_three_ph_profile",
        "value": "0x36DB6D80"
      },
      {
        "idx": 11,
        "id": "trap_config1",
        "value": "0x054BA106"
      },
      {
        "idx": 12,
        "id": "trap_config2",
        "value": "0x3A880000"
      }
    ],
    [
      {
        "idx": 0,
        "id": "fault_config1",
        "value": "0x7BFA1021"
      },
      {
        "idx": 1,
        "id": "fault_config2",
        "value": "0x7B47A008"
      }
    ],
    [
      {
        "idx": 0,
        "id": "gd_config1",
        "value": "0x1C44090C"
      },
      {
        "idx": 1,
        "id": "gd_config2",
        "value": "0x16A00000"
      }
    ],
    [
      {
        "idx": 0,
        "id": "pin_config1",
        "value": "0x00000050"
      },
      {
        "idx": 1,
        "id": "pin_config2",
        "value": "0x00101462"
      },
      {
        "idx": 2,
        "id": "device_config",
        "value": "0x7FFF0000"
      },
      {
        "idx": 3,
        "id": "peri_config",
        "value": "0x41C01F00"
      }
    ],
    [
      {
        "idx": 0,
        "id": "ana_trim3",
        "value": "0x48004800"
      },
      {
        "idx": 1,
        "id": "ana_trim4",
        "value": "0x00000000"
      },
      {
        "idx": 2,
        "id": "ana_trim5",
        "value": "0x00000013"
      },
      {
        "idx": 3,
        "id": "ana_trim6",
        "value": "0x00000000"
      },
      {
        "idx": 4,
        "id": "ana_trim7",
        "value": "0x00000000"
      },
      {
        "idx": 5,
        "id": "ana_trim8",
        "value": "0x00000861"
      },
      {
        "idx": 6,
        "id": "ana_trim9",
        "value": "0x0099F820"
      },
      {
        "idx": 7,
        "id": "ana_trim10",
        "value": "0x536F0139"
      }
    ],
    [
      {
        "idx": 0,
        "id": "algo_reserved1",
        "value": "0x00000000"
      },
      {
        "idx": 1,
        "id": "algo_reserved2",
        "value": "0x2433407D"
      },
      {
        "idx": 2,
        "id": "algo_reserved3",
        "value": "0x00000000"
      }
    ],
    [
      {
        "idx": 0,
        "id": "gate_driver_fault_status",
        "value": "0x00000000"
      },
      {
        "idx": 1,
        "id": "controller_fault_status",
        "value": "0x00000000"
      }
    ],
    [
      {
        "idx": 0,
        "id": "sys_status1",
        "value": "0x00F00050"
      },
      {
        "idx": 1,
        "id": "sys_status2",
        "value": "0x60010000"
      },
      {
        "idx": 2,
        "id": "sys_status3",
        "value": "0x00000000"
      }
    ],
    [
      {
        "idx": 0,
        "id": "device_ctrl",
        "value": "0x00000000"
      }
    ],
    [
      {
        "idx": 0,
        "id": "algo_ctrl1",
        "value": "0x00000000"
      }
    ]
  ]
}

    谢谢。

    此致、
    Philipp

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    您好、Philipp：

    我会核实这种情况、如果需要更多信息、我将在星期二与您联系。

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    尊敬的 Venkatadri：

    有相关消息吗？

    谢谢、此致、
    Philipp

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    你好、Philipp

    我 无法按计划处理此事。  

    我不在办公室、我要求时间到星期一/星期二。  我一定会回复的。

    谢谢、此致  

    Venkatadri S.  

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    您好、Philipp：

    回到最初的问题、这种行为是否在少数器件上出现、并且可重现还是频繁出现？

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    尊敬的 Venkatadri：

    正如我在最初的文章中所描述的那样,我们观察到目前测试的大约10%的装置(~5个不良装置)的不稳定行为。 由于不稳定、我们目前没有一批较大的批次在运行、因此我不知道是否有更多的批次在稍后出现相同的故障。

    只要没有任何变化、即同一个驱动器的同一个鼓风机处于大致相同的位置、问题通常是可重现的。 连接不同的鼓风机、甚至对设备进行几次电源循环可能会"修复"该问题、但问题可能稍后再出现。 因此肯定不容易重现。 故障间隔可能需要几个小时、至少对于运行期间发生故障的人员是如此。 对于那些在启动过程中发生故障的情况、我需要首先想出合适的测试台、自动重启电源、并反复尝试启动装置。

    到目前为止、是否有任何关于可能出错的提示？

    谢谢、此致、
    Philipp

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    您好、Philipp：

    我们正在分析这一情况、我们将回复您。

    当电机运行时、我们通常不建议通过 I2C 执行突发事务、因为这可能会影响高优先级电机运行状态。

    您可以放宽采样间隔。

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    尊敬的 Venkatadri：

    请查看我的初始帖子：

    -在正常操作中,使用模拟控制模式,没有连接 I²C Ω(当然是上拉的)

    在我的报告中也有几天后:

    然后、我从 EVM 上断开了控制器 PCB (配置为20kHz)、并使用模拟速度信号将其连接到我们自己的硬件、用一个简单的测试程序(5%、等待5s、25%、等待5s、10%、 等待5s、50%、等待5s、0%、等待10s、 重复)。 这对于第一个周期是有效的、但一旦电机关闭、它就拒绝再次启动。 与连接到 EVM 时的行为相同、不过这次是这样 甚至无需将任何器件连接到 μ I²C 接口 . 然后、我进行了下电上电并保持测试程序运行、从那时起运行正常。

    当 X2 I²C 未连接电缆时会发生该问题、因此 SDA 和 SCL 是使用一对100k 电阻器上拉的、绝对没有0 Ω 流量。 但是、我还观察到了相同的故障、同时使单元通过 GUI 连接到 TI EVM 并定期读取电机状态、因此这似乎没有任何区别。

    当使用 EVM 发生故障时以及在发生故障的单元上事后连接了 μ I²C 接口后、我观察到接口本身仍在工作、但状态寄存器不再更新。 即、尽管电机肯定没有运行、但它们仍指示电机正在运行并具有恒定的电气速度。

    此致、
    Philipp

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    您好、Philipp：

    我发送了请求以讨论此问题。

    我正在与团队讨论这个问题、我将回复给您。

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    您好、Philipp：

    我还有一个问题、您可以在电路板中确认 DRVOFF 引脚状态吗？

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    尊敬的 Venkatadri：

    如原理图所示、DRVOFF 固定为 GND。

    此致、
    Philipp

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    您好、Philipp：

    明白了、谢谢您。

    另外、还有一个有关 I2C 上拉的问题、100K 过弱、我们可以在电路板上降低到5K 吗？

    我将就所报告的其他问题给你答复。

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    尊敬的 Venkatadri：

    100k 上拉电阻只是为了在没有任何器件连接到接口时将 I²C Ω 线路保持在定义的状态。 使用时、主 PCB 上有阻值较低的电阻器(10k)。 μ I²C 仅在器件的初始配置/编程期间使用(运行良好)、在正常运行期间不连接。 因此、除非 I²C Ω 线极易受少量电噪声的影响、否则我不希望降低这些电阻值会产生任何影响。 但是、当我下周回到办公室时、我可以尝试降低价值、但由于问题的重复性非常有限、很难确定是否有变化。

    此致、
    Philipp

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    您好、Philipp：

    明白了、 感谢您的确认。

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    您好、Philipp：

    我将使用您的 JSON 对 EVM 进行测试、您能提供使用的电机类型吗？ 什么类型的惯性和功率级别？

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    您好、Venkatadri

    从我的初始帖子:

    • 该驱动器以高达35krpm (电气频率约为2.3kHz)运行高速径向风扇
    • 风扇类型为 TF037E-2000-F
    • PCB 上有10uH 电感器、因为电机本身的低电感会导致 OCP 跳闸
    • 电机全天候运行、但转速通常为8-20krpm、每日峰值约为1分钟。 35krpm 时

    使用自由吹风风扇、使用24V 电源时、占空比约为50%时可达到35krpm。 在这种情况下、功耗约为30W、如果使用更高的转速、功耗会迅速增加。 转子惯性在数据表中指定为1.9×10⁻⁶ kg・m²。

    此致、
    Philipp

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    您好、Philipp：

    谢谢你,我明天就不在办公室了。

    我的目标是在周末之前作出回应

    谢谢、此致

    Venkatadri S.

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    尊敬的 Venkatadri：

    有相关消息吗？

    谢谢、此致、
    Philipp

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    您好、Philipp：

    很抱歉延迟回复,我会在30前回复。

    谢谢、此致

    Venkatadri S.