ZHCAB45 June   2021 DRV3255-Q1 , DRV8300 , DRV8301 , DRV8302 , DRV8303 , DRV8304 , DRV8305 , DRV8305-Q1 , DRV8306 , DRV8307 , DRV8308 , DRV8320 , DRV8320R , DRV8323 , DRV8323R , DRV8340-Q1 , DRV8343-Q1 , DRV8350 , DRV8350F , DRV8350R , DRV8353 , DRV8353F , DRV8353R

 

  1. 1 大功率电机应用简介
    1. 1.1 设计不当的大功率电机驱动系统的影响
    2. 1.2 大功率设计流程的示例
  2. 2 简要研究大功率电机驱动系统
    1. 2.1 电机驱动功率级剖析及故障排除方法
    2. 2.2 大功率系统故障排除
  3. 3 通过 MOSFET 和 MOSFET 栅极电流实现大功率设计 (IDRIVE)
    1. 3.1 MOSFET 栅极电流
      1. 3.1.1 栅极电流为何会导致损坏
      2. 3.1.2 栅极电阻器和智能栅极驱动技术
        1. 3.1.2.1 栅极电阻器
        2. 3.1.2.2 智能栅极驱动和内部控制的栅极灌电流和拉电流
        3. 3.1.2.3 栅极电阻器和智能栅极驱动技术摘要
      3. 3.1.3 给定 FET 的栅极电流计算示例
  4. 4 通过外部元件实现大功率设计
    1. 4.1 大容量和去耦电容器
      1. 4.1.1 额定电容器电压说明
    2. 4.2 RC 缓冲器电路
    3. 4.3 高侧漏极到低侧源极电容器
    4. 4.4 栅极至 GND 二极管
  5. 5 通过并联 MOSFET 功率级实现大功率设计
  6. 6 通过保护实现大功率设计
    1. 6.1 VDS 和 VGS 监控
      1. 6.1.1 在过流、击穿或 FET 短路事件期间关闭 FET
    2. 6.2 无源栅极至源极下拉电阻
    3. 6.3 电源反极性或电源截断保护
  7. 7 通过电机控制方法实现大功率设计
    1. 7.1 制动与惯性滑行
      1. 7.1.1 基于算法的解决方案
      2. 7.1.2 外部电路解决方案
      3. 7.1.3 制动与惯性滑行摘要
  8. 8 通过布局实现大功率设计
    1. 8.1 什么是开尔文连接?
    2. 8.2 总体布局建议
  9. 9 结论
  10. 10鸣谢

大功率设计流程的示例

此示例涵盖了一个假设,并使用大功率设计原理来改进大功率电机驱动器应用。请注意,此示例用于说明如何利用该过程,应用手册的其余部分解释了选择最终实际使用的过程所依据的理论。

考虑以下示例:

  • 在使用 DRV835x 以 20A 运行的 48V 系统中,系统按预期工作
  • 将电流增加到 30A 的目标电流时,系统会持续受损
  • 所有电流电平超过 30A 的系统都会发生这种情况

检查给定内容,系统存在根本问题。在这种情况下,故障排除的下一步必须是验证栅极驱动电路的功能。

在完成故障排除步骤后,可以发现:

  • 仅在尝试切换低侧并查看标准后才施加 nFAULT 信号,低侧发生 VGS 故障,这意味着在切换输入低侧栅极信号后,栅极电压没有上升到预期电压
  • 使用 DMM,对低侧栅极到源极进行的阻抗测试结果显示为几个欧姆,这表明发生了短路和损坏
  • 损坏主要发生在单个相位上,但其他一些相位已受到损坏,具体取决于所测试的系统

栅极到源极之间的短路似乎表明问题出在电压电感尖峰上,因为可能已经超过绝对最大限值。在较低电流电平下没有发生损坏进一步支持了这一观点。此外,如果损坏主要发生在单个相位,这表明可能存在布局未优化,并且可能正是这一点导致了问题发生。

目标是降低电压尖峰:

  • 通过降低 IDRIVE 来限制尖峰,这降低了栅极驱动灌电流和拉电流。
    • 这使系统能够耐受 30A 电流,但由此产生的 VDS 信号和栅极的上升和下降时间对于应用来说太长了。如果上升和下降时间可以接受,那么问题到这里就解决了。
  • 通过在 20A 的低侧栅极和源极电压上使用示波器探头,波形显示低侧源上存在负电压尖峰,该尖峰接近但不超过 DRV835x 100-V 三相智能栅极驱动器 数据表中定义的绝对最大限值。

    • 这便产生了以下假设:这些尖峰会随着电流的增加而变得更糟,最终会超过绝对最大额定值

有一些指标表明低侧源极和栅极的负尖峰是问题所在,可以采用以下几种解决方案进行处理:

  • 将高侧源添加到低侧电容器
  • 添加栅极至 GND 二极管
  • 增加大容量电容
  • 分析受到损坏的相位周围的布局并对其进行改进,特别是 GND 和检测电阻路径

评估哪种解决方案能够解决问题。为避免重新设计电路板,最佳做法是查看物料清单的变化或填充先前已取消填充的元件。

  • 存在高侧漏极到低侧源极电容器的位置,但未填充,因此添加电容器即可解决问题,而无需重新设计,同时也不会降低栅极驱动电流。

本应用手册将此过程拆分为开发故障排除指南、外部电路库、TI 驱动器产品特性或布局技术,以应对更大功率系统的易失性。