Драйвер бесщеточного двигателя выходит из строя при режиме ШИМ> 10%

Я пытаюсь использовать чип Allegro AMT49413 для управления бесщеточным двигателем. Схема работает с режимом ШИМ примерно до 10% (если я сначала дам двигателю толчок). Но выше 10% ворота не работают должным образом.

Драйвер бесщеточного двигателя AMT49413 (не полностью рабочий)

Я тщательно проверил каждый аспект дизайна и сборки, и все кажется правильным, но я все еще не могу добиться никакого прогресса.

Согласно техническому описанию, стр. 13, режим ШИМ можно ограничить, выбрав слишком высокое значение для бутстрепных конденсаторов. Тем не менее, я считаю, что мои расчеты правильны для МОП-транзисторов SIR882 , которые я использую:

Cboot = Qgate x 20 / Vboot
      = 18.3nF x 20 / 13v
      = 28nF

Я также попытался снизить емкость до 18 нФ, и это, похоже, не повлияло на максимальную нагрузку ШИМ.

Другие настройки:

  • Fosc = 34 кГц (от 1 нФ CT и 24 кОм RT)
  • Мертвое время = 1,4 мкс (от 100k Rdead)
  • Время холостого хода = 2 мкс (от 1 нФ ТТ)
  • Внешний ШИМ = 31,25 кГц

Любые идеи, что может быть причиной проблемы, или что я могу исследовать дальше?

Добавлено: МОП-транзисторы на стороне высокого напряжения также сильно нагреваются.

28 нФ звучит низко. Пожалуйста, покажите осциллограммы Vgs для MOSFET с низкой и высокой стороны в одном плече. Есть ли внутренний диод для загрузки на драйвере?
почему слишком большая загрузочная крышка ограничивает рабочий цикл? Задержка зарядки, о которой они говорят, присутствует только при первой зарядке, если я прав.
Падение напряжения на загрузочном колпачке равно QGtotal/Cboot. В техническом описании указано, что падение напряжения на загрузочном колпачке должно быть менее 400 мВ, у вас на данный момент 2 В. Бутстрепный диод встроенный (см. стр. 14)
@Jogitech - Просто пытаюсь получить осциллограмму. Как вы думаете, мне следует использовать Cboot с более высоким значением? Означает ли QGtotal 18,3 нФ x 6?
Надеюсь, что нет ограничений на количество последовательных комментариев. Я только что понял, что вы использовали неправильное значение для общего заряда ворот. Ваш Vgs составляет 13 В, в техническом описании указано, что Qgtotal составляет 58 нКл (макс.) при 10 В Vgs. Вы должны использовать максимальное значение из таблицы данных в этом вопросе.
QGtotal — это общая емкость затвора одного полевого транзистора. почему 18,3нФ*6? У вас есть 3 полевых транзистора с высокой стороной и 3 заглушки соответственно. Также заряд затвора не измеряется в фарадах. Учитывая таблицу данных полевого транзистора и контроллера, ваша загрузочная крышка должна быть не менее 58 нКл / 400 мВ = 145 нФ, я бы просто использовал 220 нФ.
@Jogitech - Упс, я хотел написать 18.3nC. Извините, я не понял, что вы имели в виду под «общим» сбором за вход. Я думал, вы имеете в виду общий заряд затвора для всей платы (для всех 6 МОП-транзисторов). Теперь я понимаю, что заряд затвора, который я должен использовать в расчетах, не тот, что указан в верхней части таблицы данных, а тот, который указан в таблице ниже.
О горячих высоких боковых петлях: это также может быть вызвано маленькими заглушками бутстрапа. У вас довольно большие резисторы затвора (есть ли причина?), что приводит к очень медленному включению полевого транзистора из-за дополнительного более низкого напряжения, доступного для включения полевых транзисторов с высокой стороны (вызванного маленькой крышкой бутштрасса), они, скорее всего, остаются в закрытом положении. область с высоким RdsON длиннее, чем с низкой стороной.
@Jogitech - В техническом описании рекомендуются резисторы затвора, но не указывается значение.
Я предлагаю вам использовать меньшие резисторы затвора, потому что в этой конфигурации вы тратите почти 15% одного периода переключения, чтобы полностью включить / выключить ваши полевые транзисторы.

Ответы (3)

Трудно точно сказать, что происходит, не исследуя аппаратное обеспечение, но, возможно, некоторые из этих идей могут помочь:

  1. Вы подтягиваете входы зала через светодиод. Это может быть хорошо, но кажется немного нестандартным. Вы проверили уровни напряжения и время перехода на этих входах? Я полагаю, что VIH составляет 2 В для этих входов - вы должны убедиться, что у вас есть небольшой запас - неизвестно, какой ток могут потреблять ваши внешние датчики холла. VIL составляет 0,8 В, поэтому, если ваши датчики Холла не могут получить этот сигнал достаточно низким, это может вызвать проблемы, которые вы описываете.
  2. Вы упомянули, что ваши высокие боковые фетры нагреваются. Вы смотрели на сигналы привода затвора? На это может быть тяжело смотреть. Иногда я помещаю один канал осциллографа на выход моста (источник на полевых транзисторах), другой канал на напряжение затвора, оба относительно земли. Затем вы можете выполнить математическую функцию и вычесть одно из другого, чтобы получить хорошее представление источника-затвора в вашей области. Затем вы можете посмотреть на уровни напряжения и убедиться, что вы находитесь выше порога затвор-исток. Также проверьте время перехода, чтобы убедиться, что диск исправен. Если все в порядке, вы можете исключить любые проблемы с емкостью бутстрапа, насосом заряда, внутренним диодом и т. д.
  3. Ваши резисторы привода затвора кажутся большими. Я бы снизил их до 1 Ом или 10 Ом, пока вы не сможете изолировать/оптимизировать эту часть конструкции. Сначала заставьте его работать - это может привести к тому, что конструкция не будет работать, и ваши верхние полевые транзисторы будут слишком долго находиться в переходной области и нагреваться.
  4. Я бы избавился от вашей выходной емкости - т.е. С12/С13, С16/С17, С14/С15. Возможно, добавите их обратно позже, если они помогут снизить уровень шума, но если подумать, каждый раз, когда вы чередуете фазы двигателя, вам приходится заряжать/разряжать эти конденсаторы. Импульсы тока, вероятно, огромны, чтобы зарядить их, когда включатся полевые транзисторы. По порядку ампер.
  5. (РЕДАКТИРОВАТЬ) И последнее. Вы добавили шунтирующую емкость для Vbb, и это хорошо. Однако вы заземлили свои колпачки над чувствительным резистором. Вместо этого вы должны обойти свое заземление. Вы хотите, чтобы ИС «видела» весь ток через фазы двигателя. Похоже, что при том, как вы его подключили, любой ток, проходящий через цепь от больших шунтирующих колпачков, не будет правильно восприниматься ИС.

Дайте нам знать, как это получается!

Похоже, выходная емкость вызывала много проблем. Интересно, почему даташит рекомендует именно их?

Хорошо, чтобы подвести итог:

Расчет бутстрепных конденсаторов: В техническом описании указано, что падение напряжения на бутстрепном конденсаторе не должно превышать 400 мВ; Общий заряд затвора MOSFET составляет примерно 60 нКл, учитывая напряжение затвор-исток. Таким образом, минимальная требуемая загрузочная шапка

CBoot_min = 60 нКл/400 мВ --> 150 нФ --> использовать 220 нФ

Отрегулируйте сопротивление затвора: Высокое сопротивление затвора приводит к длительному времени переключения полевых транзисторов, что положительно влияет на электромагнитные помехи, но отрицательно влияет на потери мощности полевого транзистора (длительное перекрытие VDS/ID), а также вы тратите много времени на переключение (ок. 1us с вашим конфигом). Учитывая мертвое время 1,4 мкс, у вас может быть даже перекрестная проводимость. Я предлагаю вам использовать резистор затвора ниже 10 Ом.

Горячие полевые транзисторы на стороне высокого напряжения: вероятно, комбинация длительного времени перехода (возможная перекрестная проводимость) и, возможно, более низкое напряжение VGS полевых транзисторов на стороне высокого напряжения.

Спасибо. Я изменил Cboots на 220nF, а сопротивление затвора на 10R. Трудно сказать, были ли они определенно среди проблем, но, вероятно, были. Последней проблемой были выходные колпачки. Когда я их удалил, все заработало.

Что / кто бы ни сказал вам, что вы должны использовать огромный электролитический конденсатор с низким Zc (f) через +/- 5 ШИМ с 1 мОм RdsOn и крышкой ~ 1 Ом ESR (оценка).

Ic= C dV/dt будет огромным.

Это состояние короткого замыкания переменного тока для трехфазного драйвера моста постоянного тока, ограниченное ESR конденсаторов.

Удалите их и используйте витые пары для непосредственного подключения двигателя к каждой фазе. Экранированные кабели и ферритовый балун также помогают уменьшить электромагнитные помехи.

Вместо этого поместите 3 e-Caps с низким ESR через шины питания и возврата постоянного тока «VBB-LSS» очень близко к каждой (3) паре MOSFET. Используйте только конденсаторы с низким ESR 1 ~ 10 мкФ с ESR 10 м ~ 20 м Ом (аналогично ESR RdsOn полевых транзисторов, хотя в лучших конструкциях будут использоваться значения C, аналогичные значению мкГн катушки двигателя для двигателей с низкой индуктивностью и низким постоянным током).

Это то, о чем я думал. Впрочем, в техпаспорте так и написано. странно!
Прочитай заново. Я прав. «VBB. Развязка с помощью керамического конденсатора емкостью не менее 100 нФ, установленного между контактами VBB и AGND. Также рекомендуется использовать электролитический конденсатор большей емкости, обычно 10 мкФ, параллельно керамическому конденсатору». См. рис. 3 (более странно, что вы принимаете противоречие базовому обучению электронике :)
Прочтите еще раз: Страница 16: «Рассмотрите возможность использования небольших (100 нФ) керамических развязывающих конденсаторов на истоке и стоке мощных полевых транзисторов для ограничения быстрых скачков переходного напряжения, вызванных индуктивностью дорожки».
Мне было трудно читать единицы измерения. Извините, я видел мкФ, но при увеличении это нФ. Моя вина. Проблема здесь заключается в том, чтобы свести к минимуму мертвое время на индуктивности нагрузки (?? Гн), чтобы в течение мертвого времени ток шел через колпачок и фиксирующие диоды, а не через индуктивную дорожку и нагрузку. Кстати, какая у вас нагрузка L, DCR? Мертвое время, которое становится «dt», должно быть < 1 мкс, а пик пика как dV = L*dI/dt прибл. Добавление небольшого ряда R к нагрузке также уменьшает значение L/R =T.
Мой опыт работы с Rg показывает, что Rg/DCR_load 100~1000 в зависимости от формирования мертвого времени.
Драйвер бесщеточного двигателя выходит из строя при режиме ШИМ> 10%
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v