Bürstenloser Motortreiber fällt bei PWM-Einschaltdauer > 10 % aus

Ich versuche, einen Allegro AMT49413- Chip zu verwenden, um einen bürstenlosen Motor anzutreiben. Die Schaltung funktioniert mit einer PWM-Einschaltdauer von bis zu etwa 10% (wenn ich dem Motor zuerst einen Schubs gebe). Aber über 10% scheinen die Tore nicht richtig zu kommen.

AMT49413 Bürstenloser Motortreiber (nicht voll funktionsfähig)

Ich habe jeden Aspekt des Designs und des Baus sorgfältig überprüft und alles scheint korrekt zu sein, aber ich kann immer noch keine Fortschritte machen.

Laut Datenblatt, p13, kann das PWM-Tastverhältnis begrenzt werden, indem ein zu hoher Wert für die Bootstrap-Kondensatoren gewählt wird. Ich glaube jedoch, dass meine Berechnungen für die von mir verwendeten SIR882- MOSFETS korrekt sind:

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

Ich habe auch versucht, auf 18 nF herunterzugehen, und es schien die maximale PWM-Leistung nicht zu beeinflussen.

Andere Einstellungen:

  • Fosc = 34kHz (von 1nF CT und 24k RT)
  • Totzeit = 1,4 us (ab 100k Rdead)
  • Austastzeit = 2us (ab 1nF CT)
  • Externe PWM = 31,25 kHz

Irgendwelche Ideen, was das Problem verursachen könnte, oder was ich als nächstes untersuchen kann?

Hinzugefügt: Die High-Side-MOSFETS werden auch ziemlich warm.

28 nF klingt niedrig. Bitte zeigen Sie Vgs-Oszillogramme für Low- und High-Side-MOSFET in einem Bein. Gibt es eine interne Diode für den Boot auf dem Treiber?
Warum würde eine zu große Bootstrap-Kappe den Arbeitszyklus einschränken? Die Ladeverzögerung, von der sie sprechen, ist nur beim ersten Aufladen vorhanden, wenn sie nicht korrekt ist.
Der Spannungsabfall an der Bootstrap-Kappe beträgt QGtotal/Cboot. Das Datenblatt besagt, dass Ihr Spannungsabfall an der Bootstrap-Kappe weniger als 400 mV betragen sollte, Ihrer beträgt derzeit 2 V. Bootstrap-Diode ist intern (siehe Seite 14)
@Jogitech - Ich versuche nur, das Oszillogramm zu bekommen. Denken Sie, ich sollte einen höherwertigen Cboot verwenden? Bedeutet QGtotal 18,3nF x 6?
Ich hoffe, es gibt keine Begrenzung für aufeinanderfolgende Kommentare. Mir ist gerade aufgefallen, dass Sie den falschen Wert für die gesamte Gate-Ladung verwendet haben. Ihre Vgs beträgt 13 V, das Datenblatt gibt an, dass Qgtotal 58 nC (max.) bei 10 V Vgs beträgt. Hier sollten Sie den Maximalwert aus dem Datenblatt verwenden.
QGtotal ist die gesamte Gate-Kapazität eines FET. warum 18,3nF* 6? Sie haben 3 High-Side-FETs bzw. 3 Bootstrap-Kappen. Auch die Gate-Ladung wird nicht in Farad gemessen. In Anbetracht des Datenblatts des Fets und des Controllers muss Ihre Bootstrap-Kappe mindestens 58 nC / 400 mV = 145 nF betragen, ich würde einfach 220 nF verwenden
@Jogitech - Hoppla, ich wollte 18,3 nC schreiben. Entschuldigung, ich habe nicht verstanden, was Sie mit "Gesamtgebühr" gemeint haben. Ich dachte, Sie meinten die gesamte Gate-Ladung für die gesamte Platine (für alle 6 MOSFETS). Jetzt verstehe ich, dass die Gate-Ladung, die ich in der Berechnung verwenden sollte, nicht die oben im Datenblatt erwähnte ist, sondern die in der Tabelle weiter unten.
Über die heißen High-Side-Fets: Könnte auch durch die kleinen Bootstrap-Kappen verursacht werden. Sie haben ziemlich große Gate-Widerstände (gibt es einen Grund?), Was dazu führt, dass sich der Fet sehr langsam einschaltet, da die zusätzliche niedrigere Spannung zum Einschalten der High-Side-Fets verfügbar ist (verursacht durch die kleine Bootstraß-Kappe), in der sie höchstwahrscheinlich bleiben ein Bereich mit hohem RdsON länger als die niedrige Seite.
@Jogitech - Das Datenblatt empfiehlt Gate-Widerstände, schlägt jedoch keinen Wert vor.
Ich schlage vor, dass Sie kleinere Gate-Widerstände verwenden, da Sie in dieser Konfiguration fast 15% einer Schaltperiode aufwenden, um Ihre Fets vollständig ein- / auszuschalten.

Antworten (3)

Es ist schwer zu sagen, was genau vor sich geht, ohne die Hardware zu untersuchen, aber vielleicht helfen einige dieser Ideen:

  1. Sie ziehen die Hall-Eingänge über eine LED hoch. Das mag in Ordnung sein, scheint aber ein wenig nicht standardisiert zu sein. Haben Sie die Spannungspegel und die Übergangszeiten an diesen Eingängen überprüft? Ich glaube, der VIH beträgt 2 V für diese Eingänge - Sie sollten sicherstellen, dass Sie ein wenig Spielraum haben - unbekannt, wie viel Strom Ihre Off-Board-Hallsensoren sinken können. VIL beträgt 0,8 V. Wenn Ihre Hallsensoren also Schwierigkeiten haben, dieses Signal niedrig genug zu halten, kann dies zu den von Ihnen beschriebenen Problemen führen.
  2. Du hast erwähnt, dass deine High Side Fets warm werden. Haben Sie sich die Gate-Treiber-Wellenformen angesehen? Diese können schwer zu betrachten sein. Manchmal lege ich einen Scope-Kanal auf den Brückenausgang (FET-Source), einen anderen Kanal auf die Gate-Spannung, beide auf Masse bezogen. Dann können Sie eine mathematische Funktion ausführen und voneinander subtrahieren, um eine gute Gate-Source-Darstellung auf Ihrem Oszilloskop zu erhalten. Dann können Sie sich die Spannungspegel ansehen und sicherstellen, dass Sie über Ihrer Gate-Source-Schwelle liegen. Sehen Sie sich auch die Übergangszeiten an, um sicherzustellen, dass das Laufwerk in Ordnung ist. Wenn diese Dinge gut sind, können Sie Probleme mit Ihrer Bootstrap-Kapazität, Ladungspumpe, internen Diode usw. ausschließen.
  3. Ihre Gate-Treiber-Widerstände scheinen groß zu sein. Ich würde diese auf 1 Ohm oder 10 Ohm zurücksetzen, bis Sie diesen Teil des Designs isolieren / optimieren können. Bringen Sie es zuerst zum Laufen - dies könnte dazu führen, dass das Design nicht funktioniert und Ihre oberen FETs zu lange in einem Übergangsbereich verbringen und warm werden.
  4. Ich würde Ihre Ausgangskapazität loswerden - dh C12 / C13, C16 / C17, C14 / C15. Vielleicht fügen Sie sie später wieder hinzu, wenn sie zur Geräuschminderung beitragen, aber wenn Sie darüber nachdenken, müssen Sie diese Kappen jedes Mal laden / entladen, wenn Sie eine Motorphase sequenzieren. Die Stromimpulse sind wahrscheinlich riesig, um sie aufzuladen, wenn die FETs eingeschaltet werden. In der Reihenfolge der Verstärker.
  5. (BEARBEITEN) Eine letzte Sache. Sie haben eine Bypass-Kapazität für Vbb hinzugefügt, was gut ist. Sie haben Ihre Kappen jedoch über dem Messwiderstand geerdet. Sie sollten stattdessen zu Ihrer Stromerde umgehen. Sie möchten, dass der IC den gesamten Strom durch die Motorphasen "sieht". Es scheint, dass bei der Art und Weise, wie Sie es verdrahtet haben, jeder Strom, der von den großen Bypass-Kappen durch den Stromkreis fließt, vom IC nicht angemessen erfasst wird.

Lass uns wissen, wie es ausgeht!

Sieht so aus, als hätte die Ausgangskapazität viele Probleme verursacht. Ich frage mich, warum das Datenblatt sie empfiehlt?

Ok um es zusammenzufassen:

Berechnung von Bootstrap-Kondensatoren: Das Datenblatt gibt an, dass der Spannungsabfall an der Bootstrap-Kappe nicht mehr als 400 mV betragen darf; Die gesamte Gate-Ladung des MOSFET beträgt ungefähr 60 nC unter Berücksichtigung Ihrer Gate-Source-Spannung. Die mindestens erforderliche Bootstrap-Kappe ist daher

CBoot_min = 60 nC/400 mV -> 150 nF -> 220 nF verwenden

Gate-Widerstände anpassen: Ein hoher Gate-Widerstand führt zu langen Übergangszeiten des FETs, was sich positiv auf die EMI auswirkt, sich jedoch negativ auf die Verlustleistung des FET auswirkt (lange VDS / ID-Überlappung), außerdem verschwenden Sie viel Zeit beim Schalten (ca. 1us mit Ihrer Konfiguration). In Anbetracht der Totzeit von 1,4 us kann es sogar zu einer Querleitung kommen. Ich schlage vor, Sie gehen mit einem Gate-Widerstand unter 10 Ohm.

Heiße High-Side-Fets: Wahrscheinlich eine Kombination aus langen Übergangszeiten (mögliche Querleitung) und der wahrscheinlich niedrigeren VGS-Spannung der High-Side-Fets.

Danke. Ich habe die Cboots auf 220nF und den Gate-Widerstand auf 10R geändert. Es ist schwer zu sagen, ob diese definitiv zu den Problemen gehörten, aber wahrscheinlich waren sie es. Das letzte Problem waren die Ausgangsobergrenzen. Als ich diese entfernte, funktionierte es gut.

Was / wer auch immer Ihnen gesagt hat, Sie sollten eine riesige Elektrolytkappe mit niedrigem Zc (f) über eine PWM von +/- 5 mit 1 Milliohm RdsOn und einer Kappe von ~ 1 Ohm ESR (geschätzt) verwenden.

Ic= C dV/dt wird enorm sein.

Dies ist ein AC-Kurzschlusszustand für einen 3-Phasen-DC-Brückentreiber, begrenzt durch den ESR der Caps.

Entfernen Sie diese und verwenden Sie verdrillte Paare, um den Motor direkt für jede Phase zu betreiben. Abgeschirmte Kabel und Ferrit-Balun tragen ebenfalls zur Reduzierung von EMI bei.

Legen Sie stattdessen 3 E-Caps mit niedrigem ESR über die DC-Versorgungs- und Rückführungsschienen "VBB-LSS" sehr nahe an jedem (3) MOSFET-Paar. Verwenden Sie nur niedrige ESR-Kapseln von 1 bis 10 uF mit 10 m bis 20 m Ohm ESR (ähnlich ESR wie RdsOn von FETs, obwohl die besten Designs C-Werte verwenden, die dem uH-Wert der Motorspule für Motoren mit niedriger Induktivität und niedrigem DCR ähneln

Das ist was ich dachte. Das steht aber im Datenblatt. Bizarr!
Lies erneut. Ich bin richtig. "VBB. Entkoppeln Sie mit mindestens einem 100-nF-Keramikkondensator, der zwischen dem VBB-Pin und dem AGND-Pin montiert ist. Ein größerer Elektrolytkondensator, typischerweise 10 µF, parallel zum Keramikkondensator wird ebenfalls empfohlen." Siehe Abb. 3 (bizarrer, dass Sie einen Widerspruch zur Elektronik-Grundausbildung akzeptieren würden :)
Lesen Sie noch einmal: Seite 16: "Erwägen Sie die Verwendung kleiner (100 nF) keramischer Entkopplungskondensatoren über Source und Drain der Leistungs-FETs, um schnelle transiente Spannungsspitzen zu begrenzen, die durch Leiterbahninduktivitäten verursacht werden."
Ich hatte Mühe, die Einheiten zu lesen. Entschuldigung, ich habe uF gesehen, aber beim Zoomen ist es nF. Mein Fehler. Das Problem hier ist die Minimierung der Totzeit an der Lastinduktivität (?? H), so dass während der Totzeit Strom in die Kappen- und Klemmdioden fließt und nicht in die induktive Spur und Last. Übrigens, was ist Ihre Last L, DCR? Die Totzeit, die zu "dt" wird, sollte < 1us sein und die Spitzenspitze als dV = L*dI/dt ca. Das Hinzufügen einer kleinen Reihe R zur Last reduziert auch den L/R = T-Wert.
Meine Erfahrung mit Rg ist, dass Rg / DCR_load 100 ~ 1000 beträgt, abhängig von der Gestaltung der Totzeit.
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