DRV8701: nfault引脚在超过硬件限流后仍然高电平

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Part Number: DRV8701
Other Parts Discussed in Thread: DRV8706-Q1, DRV8262, DRV8705-Q1

尊敬的TI团队：，

最近，我们的DRV8701芯片出现了以下故障，我们尝试将电机两极短路，此时尖峰电流可达到40A（设计的限流值为8A），出现尖峰电流的频率是35KHZ，而这时nfault引脚还是高电平，没有报错关断输出。
我们尝试更换了不同的电源和电池得到的现象都一致。
目前有以下两个问题：
（1）为什么出现尖峰电流的频率是35KHZ？
（2）为什么在超过硬件限流后nfault引脚还是高电平？

pic1

pic2

pic1为电流波形，pic2为设计的原理图。请问为何会出现这种现象？谢谢！

1 个月前

0 Annie Liu 1 个月前

TI__Mastermind 33345 points

关于您的问题，我需要询问更了解这款芯片的TI资深工程师，再为您解答，一旦得到回复会立即回复给您。

0 Annie Liu 1 个月前

TI__Mastermind 33345 points

你说“设计的限流值为8A”，通过使用 R30 和 R34 计算，得出 7.875A，即约为8A。

对于 ICCHOP 电流调节，有 2us 的blanking time（参见数据表）。电流调节比较器检测仅在该时间到期后才有效。电流调节是通过固定 TOFF 斩波来完成的。TOFF 指定为 25us（典型值）。在您的案例中，由于 FET 的短路和低 Rdson，电流在 2us blanking time内达到更高的峰值。根据您分享的示波器截图，电流峰值看起来约为 32A。ICHOP 比较器在 2us blanking time后立即检测到电流超过设定值，并进行 25us 的 TOFF 斩波。该模式不断重复，产生 (2 + 25) 27us 时间周期，计算结果约为 37kHz。

在电机负载适当的情况下，电流上升速度会慢得多，因此在 tBLANK 之后，电流仍将小于目标 ~ 8A。因此，将会有 tDRIVE，直到负载电流达到 ICHOP 水平，然后有一个 TOFF。这是 BDC 电机负载的预期行为。

短路测试期间未出现 nFAULT 的原因是从未达到 OCP 阈值。为了检测到 OCP，VDS 应达到 1V，或者 VSP（检测电阻器两端）应达到 1V。 Rsense = 0.02Ω，因此对于 1V VSP，电流峰值必须为 1/0.02 = 50A。这是从未达到的。如果您更改 Rsense = 50mΩ，则 VSP 在 20A 时将为 1V，因此 >20A 将在 tOCP 之后检测到 OCP。当 tOCP 到期时，当 OCP 关闭输出时，电流可能远高于 20A。对于 50mΩ，您可以修改 VREF 以实现 ICHOP 的 8A。

使用的 FET 是 TSM045NB06CR，其 Rdson = 5mΩ。对于 VDS = 1V，流经 FET 的电流必须为 1/0.005 = 200A！因此，40A 短路电流永远不会达到 VDS 阈值。

注意：不确定 IDRIVE 引脚是否通过 0Ω 连接到 AVDD。如果是这样，高端 FET 上的 OCP 监控器将被禁用。

0 han wu 1 个月前回复 Annie Liu

Prodigy 50 points

您好，

如果将RSENSE更改为50mΩ，电流=20A时，VSP=1V。

ICHOP=(VREF-VOFF)/AV*RSENSE

那么限流8A的话对应的VREF将达到8V，手册中VREF的值为0.3V-AVDD,而AVDD的最大电压为4.8V，就无法实现限流8A。

对于这个问题，您有没有好的解决办法呢？谢谢！

0 Annie Liu 1 个月前回复 han wu

TI__Mastermind 33345 points

上面已经解释了在 20A 下实现 OCP 的行为和方法，因为您使用的是导通电阻非常低的 FET。

由于 AV 增益固定，DRV8701 无法同时执行 8A ICHOP 和 20A 电流 OCP。您需要做出权衡。另一种选择是选择 FET 的 Rdson，使其在感兴趣的 OCP 电流下具有 VDS = 0.8A。例如，对于 30A VDS_OCP 跳闸，0.8/30 = ~26mΩ。

其他选项包括考虑 DRV8705-Q1 或 DRV8706-Q1，或者完全集成的 MOSFET BDC 驱动器 DRV8262 也是另一种选择。

0 han wu 1 个月前回复 Annie Liu

Prodigy 50 points

您好，我还有一个问题。

看到手册中对于检测OCP的时间应该为大于4.5us，我们又测试了FET短路状态下，原理图中Q12的D和S对GND的波形，绿色为D，黄色为S，可以看到VDS有大概25us的时间压差是20V以上的，这时为何不会触发OCP检测呢？谢谢！

0 Annie Liu 1 个月前回复 han wu

TI__Mastermind 33345 points

han wu 说：
我们又测试了FET短路状态下，原理图中Q12的D和S对GND的波形

根据原理图，绿色是 Q12 的 22V 漏极。根据示波器抓取的截图，看起来当 Q12 导通约 2.5us 时，Q12 的源极接近 22V 或 VDS 是一个小电压电平，不足以触发 VDS_OCP。当 Q12 不导通约 25us 时，VDS 为 22V。

VDS_OCP 监视器仅在 FET 导通时有效，在 FET 不导通时无效。根据记录，硬开关导通时 5mΩ FET 的 VDS 电平 = 1V，表明电流为 1/0.005 = 200A。

您提到“当 FET 短路时”哪个 FET 被短路？ Q11？

0 han wu 1 个月前回复 Annie Liu

Prodigy 50 points

我们又测试了一下，发现FET导通的时间刚好对应电流采样的高电平时间，这个时间似乎是blanking time，实际大约2.5us，也就是当用导线将电机的两极短路后，FET的实际开关频率与电流采样一致，都是2.5us打开时间，然后25us关闭时间。这样看的话如果用VDS去监测过流，即使选用Rdson较大的FET，时间上好像也无法满足OCP的检测要求（4.5us），这是不是可以说明用VDS去监测过流不如VSP有效呢？

谢谢！

0 Annie Liu 1 个月前回复 han wu

TI__Mastermind 33345 points

假设您使用更新后的 Rsense = 50mΩ 进行测试。

基于 R30 = 10k 和 R34 = 20k，VREF = (AVDD/30k)*10k = 4.8/3 = 1.6V。 ICHOP=(VREF-VOFF)/AV*RSENSE = (1.6 - 0.050)/(20*0.050) = 1.55A。我认为 1.55A 的 tON 是 2us + 0.5us = 2.5us 的 PWM 消隐时间，在此期间 FET Q12 开启，然后 tOFF = 25us Q12 关闭。该电流调节 PWM 模式根据示波器抓取进行重复。

从未达到 20A 的 VSP_OCP 阈值（具有 50mΩ Rsense）。所以没有 OCP 报告。因为电流调节始终会首先启动，除非在此器件中禁用电流调节，否则永远不会达到 VSP_OCP。如果不需要电流调节功能，可以通过将 VREF 直接连接到 AVDD 并将 SP 和 SN 连接到 GND 来禁用它。

假设 VREF 直接连接到 AVDD，即 4.8V。要实现 8A Ichop Rsense，所需电阻为 4.75/(2*8) = 29.6875 mΩ = ，约30mΩ。通过 30mΩ 和 4.8V VREF，可以实现接近 8A Ichop。使用该电阻器，VSP_OCP 阈值将为 1/0.03 = 33.33A。请注意，只有在电流调节被禁用的情况下才能达到 VSP_OCP。

对于 5mΩ FET Rdson，VDS_OCP = 1/0.005 = 200A，这是永远无法达到的。在这种情况下，如果 Ichop 电流调节被禁用，则 VSP_OCP 阈值将在 VDS_OCP 之前达到。如果启用 Ichop 电流调节，则 VSP_OCP 将永远不会发生。这不是问题，这里不用担心。这也意味着 nFAULT 将不会报告短路情况。如果需要此报告，我们必须在我们的产品组合中确定另一种适合此应用的设备。

在某些应用中，不使用 Rsense，并且 SP 和 SN 连接到 GND 以禁用电流调节。在这种情况下，VDS_OCP 将是唯一的过流保护。然而，对于导通电阻非常低的 FET，如果电源能够提供电流，该电流可能会明显更高。对于该器件，最好使用 Rdson 较高的 FET 来实现合理的 OCP 保护电流水平。

这就是 DRV8701 的工作原理。我希望这个解释涵盖了使用该设备进行设计所需的所有信息。