[参考译文] LM5109A：什么可能会导致 FET 驱动器烧断？

您好、Cameron、

很遗憾听到您的问题。 我们将尝试帮助您启动并运行它。

三个 LM5109s 都发生了故障、还是只有一个发生了故障？

我想您正走正确的道路。 电机驱动器的电感尖峰臭名昭著。 您是否已经使用紧密接地的示波器探针测量了所有引脚、以确保不存在尖峰？ 理想情况下、探头应使用尾纤接地。

我不认为栅极电阻器的缺乏直接导致 LM5109出现故障。 它们主要用于控制开关节点的 dv/dt。  

但是、插入几欧姆的栅极驱动电阻会减慢开关速度、并很好地解决您的问题。

这也可能是由于 PCB 布局中的寄生电感过大导致尖峰超过 LM5109的额定电压。

感谢你的答复。

我尚未仔细检查所有短路电感尖峰的波形。 我认为在驱动器周围添加一些钳位二极管是最简单的、以便吸收尖峰并希望修复。 如果确实如此、这是一个相当好的指标、表明这是问题所在。 确认情况确实如此非常有用。 仍然无法确切确定电流路径如何使这些尖峰出现在 LM5109上。

一个故障、至少两个驱动器 IC 似乎出现故障。 有时、它肯定只有一个驱动程序出现故障。 可能很难准确地诊断每个故障的故障。 有时很明显、特定 IC 会爆炸。 其他时候、我们使用热运送标签作为指示哪些 IC 变热的指示灯、这通常表示出现故障。 我们很少幸运、可以使用万用表直接短接。 然后进行猜测和检查。

现在、正向运行 BLDC、它可以在没有"断续"的情况下完美旋转。 如果我反转扭矩、您可以在换向过程中听到明确的"断续"。 这表明出现了问题、但我不知道可能是什么。 故障的不对称性尤其令人困惑、因为我使用的是全正弦波控制、并且始终开关所有6个 FET。 我猜测一个器件部分发生了故障、并且与主波形的特定相位关系中的反电动势会导致干扰。 我不认为这是电机中的不对称性、因为它应该对称缠绕、并且在故障发生之前、它在每个方向上平稳运行。

事实上、新 PCB 的第一个版本具有相对较长的布线、因为它是在内部制造的。 因此、电感尖峰可能主要来自 PCB 布局问题。 我们将于星期二到达下一个版本的 PCB、它们具有更短、更宽的布线和遍布各地的大型铜平面。


相关说明中、是否有类似的栅极驱动器 IC 更可靠？

您好、Cameron、

感谢您关注 LM5109；我们将努力帮助您解决应用中的问题。

我不知道这是不是问题的原因、但我看到您提到 VDD 和 HB 电容器(Cboot)为1uF。 我们通常建议 VDD 使用大电容、通常使用10x 作为指导原则、因此从 VDD 为自举电容器充电的电流不会导致较大的 VDD 纹波。

请参阅第8.2.2.1节"选择 Boostrap 和 VDD 电容器"。 我将假设较大占空比为90%、但公式1为 Qtotal=Qg +Ihbs x DMax/Fsw + IHB/Fsw。 在您的应用中、这是150nC + 10uA x 0.9/31kHz + 0.2mA/31kHz = 150.03nC；因此栅极电荷是所需能量的大部分。 Cboot=Qtotal/deltaVHB、Cboot=150nC/2.3V = 65nF。 我们通常建议裕度以允许脉冲跳跃和电容器容差、但1uF 大于必要值。 220nF 至330nF 的 Cboot 可能已足够。 对于 VDD 电容、使用10x 的准则会导致 VDD 电容为2.2至3.3uF。 最好使用一个具有较低阻抗的低阻值陶瓷并联、因此建议使用具有较大 VDD 电容值的并联100nF 电容。

如果反电动势产生的电压尖峰较大、并且布局中的寄生电感较大、则驱动器 IC 引脚上可能会出现明显的电压尖峰。 为了确定故障原因、我首先建议限制驱动器输出相对于 VSS/VDD 和 HB/HS 的可能过冲和下冲。  添加小型1A 肖特基二极管来钳制驱动器输出。 将一个二极管阳极连接到 HO、将阴极连接到 HB、将另一个二极管阳极连接到 HS、并将阴极连接到 HO。 将二极管尽可能靠近 LM5109 IC 引脚放置。 在同一配置中放置另两个将 LO 钳位到 VSS 和 VDD 的二极管。 在驱动器与 MOSFET 栅极连接上添加一些栅极电阻、以便在出现过冲或下冲时使输出钳位二极管具有更低的电流尖峰。

 半桥 驱动器和寄生电感引起的尖峰的一个可能问题是 HS 上的负电压、 这可能是超出 HS 至 VSS 上器件额定值的问题。 另一个可能的问题是使用负 HS 尖峰对 HB 至 VSS 电容器进行过充。 您能否确认 HS 关闭沿上的负电压尖峰是否低于-5V 数据表额定值？ 如果您认为是这种情况、则还有  其他具有更高额定电压的驱动器、例如 UCC2720xA。 最好将 2.2至10欧姆电阻与自举二极管串联、以限制自举电容器在负 HS 瞬态期间过充。  

查看在驱动器输出上添加钳位二极管和添加一些栅极电阻(2.2至3.3欧姆)是否有助于解决该问题。 此外、确认您是否看到过可能超过器件额定值的过大电压尖峰。 这可能是负尖峰或从 HB 到 HS 的电压过高。

此致

Richard Herring