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DRV8256: 使用PWM控制转速时,电机发热

Part Number: DRV8256

使用的驱动芯片是DRV8256P,驱动一个24V直流电机,电机的最大电流是2A,芯片的IN1采用PWM信号,50kHz,IN2常为低电平,Itrip设置为2.5A,Toff设计为24us,slow decay 模式,当PWM信号的占空比在30%~90%之间时,电机发热比较严重,温升有50摄氏度,而当占空比为20%以内或者100%时,电机的温度就正常,跟直接加直流电压驱动电机一样。

请问:1、PWM信号占空比在30%~90%之间的电机温升是否正常?

2、引起的原因是什么?

3、有没有办法降温?

谢谢!

  • 您好,我们已收到您的问题并升级到英文论坛寻求帮助,如有答复将尽快回复您,谢谢!

  • 您好,

    而当占空比为20%以内或者100%时,

    您是说当占空比小于20%或等于100%时,电机温度是正常的?

    、PWM信号占空比在30%~90%之间的电机温升是否正常?

    一旦出现 PWM 转换,就将会出现开关损耗以及 I2R 损耗,从而导致电机温度过高。 当占空比接近直流(~100%)时,开关损耗会消失,只有 I2R 损耗会主要导致温度上升。 

    3、有没有办法降温?

    建议您从更改衰减模式开始尝试。 由于不同衰减模式的工作方式,某些衰减模式会产生更多的 PWM 转换来调节电流,并会导致更高的开关损耗。 

    从您描述的整体情况来看,电机处于速度控制模式,请问电机上是否存在任何负载(泵或风扇应用等)? 在驱动负载下,很难想象完全施加到电机的24V 电压(100%PWM),并且运行温度低于40%PWM,因为无论铁层叠中的开关损耗如何,电机接线在100%时的 I^2R 损耗要高得多。

    和您确认下,您说的是驱动器芯片或电机体上的热量吗?

    此外,请问下为什么是以50kHz PWM 驱动来降低开关损耗,而不是20kHz 驱动? 需要50kHz,是因为电机具有非常低的电感绕组吗? 电机的 R 和 L? 

  • Cherry,感谢你的回复。

    您是说当占空比小于20%或等于100%时,电机温度是正常的?

    是的,这两种情况下,电机温度是正常的。

    建议您从更改衰减模式开始尝试。 由于不同衰减模式的工作方式,某些衰减模式会产生更多的 PWM 转换来调节电流,并会导致更高的开关损耗。 

    从您描述的整体情况来看,电机处于速度控制模式,请问电机上是否存在任何负载(泵或风扇应用等)? 在驱动负载下,很难想象完全施加到电机的24V 电压(100%PWM),并且运行温度低于40%PWM,因为无论铁层叠中的开关损耗如何,电机接线在100%时的 I^2R 损耗要高得多。

    我们已经尝过所有的衰减模式了,几乎没有什么变化,最后决定使用慢速衰减模式的。电机是空转,没有带任何负载的情况下测得的温度。

    这里想问一下,衰减电流是否可控的?

    和您确认下,您说的是驱动器芯片或电机体上的热量吗?

    此外,请问下为什么是以50kHz PWM 驱动来降低开关损耗,而不是20kHz 驱动? 需要50kHz,是因为电机具有非常低的电感绕组吗? 电机的 R 和 L? 

    驱动芯片的发热是正常的,主要是电机体上的热量,一般在20分钟以后,电机体就开始烫手了,用热电偶测了两个小时,电机体上的温度已经高达70度了。

    采用50kHz是由于我们从1k,2k, 10k, 20k, 50k, 100k这几个驱动频率测试对比中发现,50kHz时,电机温度的上升时间最长,所以才决定使用50kHz有驱动频率的。电机的R约1.8欧姆,L规格书没有标出来,实测约900uH@1kHZ。

  • 好的感谢您提供的信息,我们跟进给工程师看下哈。

  • 您好,

    驱动芯片的发热是正常的,主要是电机体上的热量,一般在20分钟以后,电机体就开始烫手了,用热电偶测了两个小时,电机体上的温度已经高达70度了。

    如果电机驱动器温度正常,根本原因可能是电机本身。 建议您再次以20kHz 的频率来测试电机温度,然后测量温度。 正如以上提到的,所有的迹象都表明是由于开关损耗而产生热量。 

    采用50kHz是由于我们从1k,2k, 10k, 20k, 50k, 100k这几个驱动频率测试对比中发现,50kHz时,电机温度的上升时间最长,所以才决定使用50kHz有驱动频率的。

    还有其他的方法可以减缓上升时间。 可以添加一个简单的 RC 电路来帮助降低输出边沿上升速度。 如果需要20kHz 的电机温度,则可以放置 RC 滤波器来增加上升时间。 

    我们已经尝过所有的衰减模式了,几乎没有什么变化,最后决定使用慢速衰减模式的。

    因为这些衰减模式只在 ITRIP 电流限制触发时工作。 由于您的电机是无负载运行,因此应该从未以稳定的速度触发过电流限制。

    使用的驱动芯片是DRV8256P,驱动一个24V直流电机,

    为什么在此应用中使用具有 PWM 模式的8256P,而不用具有相位/使能模式的8256E?

    PWM 模式会导致电机上的更多热量损失,原因如下: at every low time (0v) pwm cycle on IN1 input, with IN1 and IN2 = 0v, the motor is braked causing short circuit across the motor wires, and this cause high current in the motor to generate heat as I^2R, according to Table 7-3.

    在 PH/EN 模式下,通过 PWM 输入连接到 EN 引脚,当 PWM 信号为低时,会导致 FET 处于高阻态,因此流经电机的电流很低,产生的热量也会更少。

    在 PH/EN 模式下,建议您尝试20kHz PWM,它使用的电流应该小于50kHz。

  • 如果电机驱动器温度正常,根本原因可能是电机本身。 建议您再次以20kHz 的频率来测试电机温度,然后测量温度。 正如以上提到的,所有的迹象都表明是由于开关损耗而产生热量。
    还有其他的方法可以减缓上升时间。 可以添加一个简单的 RC 电路来帮助降低输出边沿上升速度。 如果需要20kHz 的电机温度,则可以放置 RC 滤波器来增加上升时间。

    以上两点我们会根据建议继续验证。

    因为这些衰减模式只在 ITRIP 电流限制触发时工作。 由于您的电机是无负载运行,因此应该从未以稳定的速度触发过电流限制。

    ITRIP我们设置的是2.5A,虽然电机是无负载运行,工作电流很小,但是电机启动时的电流是会超过2.5A的,不知道这样是否会触发衰减模式?

    为什么在此应用中使用具有 PWM 模式的8256P,而不用具有相位/使能模式的8256E?

    选用DRV8256P是基于我们需要电机在停止时是处于刹车状态的,正如规格书table 7-3中第2行和第5行的状态一样,在table 7-2中我没看出有这种功能。

  • 好的我们已跟进给工程师,应该会在下个工作日给到您答复。

  • 您好,

    ITRIP我们设置的是2.5A,虽然电机是无负载运行,工作电流很小,但是电机启动时的电流是会超过2.5A的,不知道这样是否会触发衰减模式?

    可能会,但仅会在浪涌电流的短时间内。 而且和电机温度上升无关,因为电机已经以非常低的电流达到最终速度,在这种情况下,所选的衰减模式是无关的,并且对温度上升没有影响。 

    选用DRV8256P是基于我们需要电机在停止时是处于刹车状态的,正如规格书table 7-3中第2行和第5行的状态一样,在table 7-2中我没看出有这种功能。

    理解了。不过您仍然可以使用8256E 来降低电机速度(制动):假设电机在 PH = 0和 EN = 70% PWM 占空比的情况下以 CW 方向旋转,然后在时间 t0时,您想要停止电机,但是,您可以在 T 秒的持续时间内更改方向,而不是把 PWM=0设置为停止电机成本(High Z),这个需要更长时间,可以把 PH=1时的 PWM 从0增加到值 A (这个值需要在后续测试中确定)。 假设您在 PH=1时改变方向,并在2秒内将 PWM 从0增加到70%,电机停止或接近停止,然后设置 PWM=0。 以上方法可以使电机快速停止,甚至比在制动模式下使用8256P 更快。 

  • 理解了。不过您仍然可以使用8256E 来降低电机速度(制动):假设电机在 PH = 0和 EN = 70% PWM 占空比的情况下以 CW 方向旋转,然后在时间 t0时,您想要停止电机,但是,您可以在 T 秒的持续时间内更改方向,而不是把 PWM=0设置为停止电机成本(High Z),这个需要更长时间,可以把 PH=1时的 PWM 从0增加到值 A (这个值需要在后续测试中确定)。 假设您在 PH=1时改变方向,并在2秒内将 PWM 从0增加到70%,电机停止或接近停止,然后设置 PWM=0。 以上方法可以使电机快速停止,甚至比在制动模式下使用8256P 更快。

    好的,我们尝试着使用8256E按照你的方法进行测试,谢谢。