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[参考译文] DRV8353F:驱动器损坏:芯片中的 GLB 引脚短接至 GND

Guru**** 2393105 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/1450648/drv8353f-damaged-driver-glb-pin-shorted-to-gnd-in-chip

器件型号:DRV8353F

工具与软件:

您好!

我已经设计了一款使用该栅极驱动器的电机控制器。 增加多个 PCB 的总运行时间必须约为500h-1000h、而不会出现任何问题。 40-60V 应用。 问题说明:

  1. 系统最初开始工作不正常、电机只能在几分钟内保持很小的扭矩
  2. 然后系统完全停止工作、电机完全没有运动
  3. 在 PCB 测试时、我看到低侧 MOSFET 的栅极具有270Ohm 的接地电阻。 我假设 MOSFET 是有问题的元件、我将其更换了、但问题仍然存在、在测量栅极电阻时、它现在是22 Ω。 我意识到、如果问题不是 MOSFET、电阻发生变化没有多大意义、这可能是由于更换 MOSFET 时 PCB 发热所致
  4. 然后、我再次移除了新的 MOSFET 并在上游进行了测试、发现 GLB 接地电阻为22 Ω

正如您所想象的那样、按失败前的工作小时数、我无法轻松地重现问题。

此图显示了驱动程序配置:

驱动器和每个 MOSFET 的栅极之间有一个1欧姆的电阻器。 I 测量了以下电压:

  • VBAT = 48V
  • VM = 11.7V
  • VCP = 52.4V
  • Vgls = 3.89V
  • VCPH = 50.1V
  • VDD = 4.6V

nFault 信号为低电平、表示驱动器发现此问题。 我拍摄了一幅热像、但驱动器在电源区域很热、我想由于输出短路导致 LDO 变热:

您能否支持有关问题原因的调查以及将来如何避免该问题?

谢谢。此致

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    您好、Nicolas、   

    感谢您发送编修。  

    请允许我对设计和问题进行概述、并在下周初提供适当的反馈、以便我们进行调查和跟进。  

    此致、  

    -约书亚

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    您好、Nicolas、   

    感谢您的耐心等待!

    从您的观察/收集的数据来看、低侧功率级引脚(GLx/SPx)上可能存在轻微的 Abs-max 违例、在数百个工作小时内重复违反后、低侧栅极/源极上的应力会导致损坏(在本例中为短路)。 电压超出范围的原因很可能是快速的高电流开关在绝对最大值处或高于绝对最大值时引起电压瞬变   

    如果可能、 我们是否可以在正常操作期间收集低侧栅极、源极和输出电流波形以观察我们是否看到任何大电压尖峰来帮助确认该理论?

    无论如何、 我们都建议降低使用的 IDRIVE 设置、因为当前的18k Ω DVDD IDRIVE 设置(700mA)可能会导致开关速度过快、从而导致损坏 MOSFET、或在非最佳 PCB 布局设计中导致寄生电感引起的电压尖峰。

    我希望这些信息能为解决您的问题提供一个良好的起点!

    此致、  

    -约书亚

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    你好、Joshua:

    感谢您的全面答复。

    请解释以下内容:低侧驱动器由来自线性稳压器的 VGLS 供电。 在本例中、VM 为12V、VGLS 约为11.5V。 由于 VGLS 为驱动器供电、稳态栅极电压为 VGLS。 栅极电压的绝对最大额定值如何为 VGLS + 0.3V?¿、对于每个系统中将发生的开关振荡、这会留下非常小的裕度。  

    您能否解释一下这一评级限制背后的原因?  

    当然、优化布局至关重要、以便尽可能减小栅极环路电感、我们试图通过重叠栅极信号和返回来实现这一点、但仍然非常有限地需要符合0.3V 过冲、0.3V/11.5V 是2.6%的过冲限值、这并不合理。

    当然我们可以降低驱动电流、但正如您已经知道的、在功耗和开关速度之间要做出折衷。

    是否有其他建议有助于确保驱动器在保持当前驱动电流时不会损坏?

    谢谢。此致

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    约书亚

    编辑:不管怎么说、我认为我测量的电压超出了规格、但由于我们实验室中存在电气噪声、这是一个测量问题(也是在系统关闭时发生的)。  

    我还无法重现此问题、但我正在组装一个装置来对其施加压力。

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    您好、Nicolas、

    听起来不错、让我们随时了解最新信息!

    此致、

    Anthony Lodi

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    Anthony 发现、连接了低侧 MOSFET 的栅极电压、通过 CH2尾纤和 CH1的相电流进行测量。  

    在这种情况下、最大电压为11.76V。 假设 VGLS 为11.5V。 我们几乎达到了0.3V 的限值。

    请回答我帖子中之前的问题并讨论接近+0.3V 限制是否可能会引发问题。

    此致

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    您好、Nicolas、

    GLx 上的限值大于 VGLS 的原因是我们希望避免从 GLx 对 VGLS 稳压器反向供电。 从下图中可以看出、如果 GLx 升至 VGLS 以上0.3V、则内部上拉 FET 体二极管变为正向偏置、并允许电流流回 VGLS。

    尽管 VM 为12V 时、VGLS 电压通常为11.5V、但该电压可能会有一些变化、因此可能会更高或更低。 执行该测量的理想方法是同时测量 GLx 电压和 VGLS 电压、以便更准确地观察2之间的电压差。

    在所有测试中、尽可能靠近器件引脚进行测量非常重要、因为由于驱动器和 MOSFET 之间的电感和电容、器件上发生的情况可能与 MOSFET 上发生的情况不同。 此外、在峰值电机电流条件下进行测量通常会产生最差的电压瞬变。  

    此致、

    Anthony Lodi

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    大家好、Anthony、我不太关注:当栅极输出"1"时、高侧驱动器开启、因此任何电流回流会穿过 MOSFET、对吧? 它不会流过体二极管。 除非它不是 MOSFET、而是更复杂的东西、如电流源电路。

    此外、经过几个小时的测试、无法找到任何超出额定值的栅极电压、驱动器看起来就像在断开一样、在下图中、ch1:B 相电流、ch2:VGS MOSFET 低侧 B 相(用尾纤测量)、ch3:nFault 信号:

    在某些情况下、Vgs 会做一些奇怪的事情、这不是采样问题、这是另一个具有不同时间/div 的捕获:

    我不确定可能是什么原因导致了这个问题。 该过程会在问题开始发生之前运行几分钟、因此可能与温度有关。

    在半坏状态下、我是否可以执行任何测量以帮助诊断?

    此致

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    您好、Nicolas、

    您希望系统中的峰值浪涌电流是多少? 这些事件发生的频率如何? 您能否准确地展示一下您在 PCB 上测量的位置? 您能否测量驱动器在 GLx 和 SLx、SLx 至 GND 以及 VGLS 至 GLx 之间的阻抗、以获得良好的器件与损坏的器件?  

    您可以更正的是、当栅极输出1时、高侧驱动器开启、因此任何电流回流主要会通过上拉 MOSFET、但上拉 MOSFET 的体二极管始终存在、因此、如果电压差分过大、您也会有额外的电流流过体二极管。  

    对于部分损坏的器件、很难进行过多的额外测试、因为损坏会改变最初可能导致损坏的行为。

    此致、

    Anthony Lodi

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    Anthony、您好!

    系统中的最大预期电流约为45A、每隔几分钟发生一次。 如果检测到更高的电流、系统安全块将触发一个错误。

    MOSFET GS 测量直接在具有低电感连接的元件上执行。 测量的 GND (示波器的 GND)通过将电缆焊接到 MOSFET 的源极直接连接、该电缆焊接到探头 GND (等效尾纤)。 正极通过探头尖端直接连接到栅极。

    我正在使用大型驱动器、因此没有 SLx、我将测量 wrt SPx。

    半损坏单元:

    R (GLB、SPB)= 131k Ω

    R (SPB、GND)= 0欧姆、由分流器外部短接

    R (VGLS、GLB)= 108k Ω

    新装置:

    R (GLB、SPB)= 133k Ω

    R (SPB、GND)=  0欧姆、由分流器外部短接

    R (VGLS、GLB)= 112k Ω

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    Anthony、您好!

    在进一步测试后、我意识到前几张图片中报告的问题是由于振动立即从测试点断开尖端。 改进测量后、问题消失了。 因此,我正在测试的系统似乎是完美的,从而解释为什么电阻测量是非常相似的新的。

    目前、我将假设该误差是由意外的高电流造成的、并会继续在真实系统上进行测试。

    我正在考虑向栅极添加一个12V 齐纳二极管、以防问题再次发生而没有任何解释、您认为如何?

    此致

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    您好、Nicolas、

    12V 齐纳二极管有助于抑制瞬变。 我会尝试将其放置在尽可能靠近器件的位置。 考虑到 VGLS 的波动、您需要确保齐纳二极管在正常运行期间不导通。 我真的要注意45A 峰值电流下的瞬变、因为这时经常会出现最严重的电压瞬变。 另外、在快速加速和减速期间、也会导致瞬态。

    我看到您正在测量的 是相对于 MOSFET 源的数据、但尝试将接地端 尽可能靠近驱动器接地会更准确、因为绝对最大值规格都是相对于器件接地的数据(除非另有说明)。 由于电感和电机电流、MOSFET 源和驱动器接地之间会存在电压差。

    此致、

    Anthony Lodi