H-Brücken-Low-Side-Strommessung: Stromsignal mit Oszillation warum?

Mein Problem ist folgendes: Ich verwende zwei DRV8842 H-Brücken-ICs, um 2 verschiedene DC-Bürstenmotoren zu steuern. Meine Absicht ist es, einen PI-Controller für die Stromschleife zu verwenden. Das Schema sieht so aus:Schematischer Motortreiber und Low-Side-Stromerfassung

und das Platinenlayout:Motortreiberplatine

Für die Strommessung verwende ich den INA301-Chip von Texas Instruments für die Low-Side-Erfassung und einen Shunt-Widerstand von 30 mOhm. Um den Strom zu messen, verwende ich einen ADC-Interrupt in der Mitte des PWM-Impulses, um jedes Mal eine Messung durchzuführen, wenn die Transistoren geschlossen sind. Mir ist aufgefallen, dass meine aktuellen Messwerte bei niedrigem Tastverhältnis höher waren als bei Erhöhung des Tastverhältnisses (PWM-Frequenz 20 KHz). Als ich das Spannungssignal im Widerstand und nach dem INA301 überprüfte, bemerkte ich, dass es Oszillationen im Signal gab, wie im Bild gezeigt:Stromsignal für 10 % Einschaltdauer

Das blaue Signal wird direkt an den Shunt-Widerstandsklemmen gemessen. Und das Eingangssignal zum ADC sieht für den Fall von 10% und 50% Tastverhältnis so aus:

Aktuelle PWM mit 10 % Tastverhältnis Aktuelle PWM mit 50 % Tastverhältnis

Die blauen Signale sind die vom INA301 verstärkte und mit einem RC-Filter mit einer Grenzfrequenz von ~1,3 MHz tiefpassgefilterte Widerstandsspannung. Da ich in der Mitte des Impulses abtaste, lese ich für niedrige Arbeitszyklen diesen Spitzenwert und nicht den stationären Wert. Für einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor hätte ich ein Stromsignal mit einer sägezahnartigen Form erwartet, was könnte diese Schwingungen verursachen? Vielleicht ist mein PCB-Layout schlecht und hat parasitäre Induktivität und Kapazität oder liegt es an der PWM-Modulation und ich muss eine Snubber-Schaltung verwenden? Alle Ideen, was falsch sein könnte oder wie man es löst, werden geschätzt. Vielen Dank an alle im Voraus!

Grüße Emmanuel

Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren sind extrem laut und ziehen in kurzen Stößen große Strommengen. Sie werden wahrscheinlich eine niedrigere Grenzfrequenz für Ihren Filter benötigen. Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie drei Kondensatoren direkt zum Motor hinzufügen (zwischen den Klemmen und zwischen jeder Klemme und der Schale), wenn sie noch nicht vorhanden sind.
Für mich sieht das so aus, als ob etwas kapazitiv an den Stromerfassungssignalpfad koppelt. Dies geschieht nur nach einer leichten Verzögerung gegenüber der gelben Kurve (dem Logikpegel-PWM-Eingang), da der Treiber eine Laufzeitverzögerung hat. Versuchen Sie, die Motoren durch eine nicht induktive Dummy-Last (Widerstand) zu ersetzen. Sehen Sie diese Spitzen immer noch? Ich wette, Sie tun.

Antworten (3)

Die Spitze ganz am Anfang ist der Rückstrom der Diode. Dies ist bei Schaltnetzteiltopologien völlig normal. Aus diesem Grund wird die Vorderkantenaustastung verwendet, wenn die Strommodussteuerung verwendet wird. Die Vorderkantenausblendung ignoriert einen vordefinierten Teil des Stroms, sodass keine falsche Überstromerkennung erfolgt. Freilaufdioden beheben dieses Problem nicht, da es die Körperdioden sind, die dies verursachen.

Wenn Sie aufgrund der induktiven Last des Motors eine Spannungsspitze hatten, würde dies beim Ausschalten des Schalters und nicht beim ersten Einschalten wie bei Ihnen der Fall sein. Es gibt nicht wirklich viel, was Sie dagegen tun können, außer sicherzustellen, dass die von Ihnen verwendeten Komponenten diese wirklich kurze Stromspitze bewältigen können.

Ein wilder Stich im Dunkeln - Ihre Oszilloskopsonde verwendet keines davon: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Schaltnetzteile sind berüchtigt dafür, pulsierende Magnetfelder zu erzeugen, die leicht aufgenommen werden können, wenn Sie nur dies verwenden: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es ist leicht zu beweisen - verbinden Sie die Krokodilklemme mit der Masse der Zielplatine und verbinden Sie die Sondenspitze mit genau derselben Stelle - was sehen Sie?

Ich stimme in Bezug auf das Klingeln in der ersten Wellenform zu, aber in den anderen ist die Spitze in der Größenordnung von 5 us lang. Ist dieser Effekt nicht ein bisschen lang, um durch schlechte Sondierungs- / Impedanzfehlanpassungen verursacht zu werden?
Ja, die Verwendung dieser Art von Sondierungsmethode ist eine gute Möglichkeit, das Rauschen zu reduzieren, aber diese Stromspitze am Anfang ist kein Rauschartefakt. Das ist Ihre Sperrverzögerungsstromspitze Ihrer Diode.

Ich habe vielleicht etwas übersehen, aber ich sehe keine Freilaufdioden im Design. Ich denke, was Sie sehen, ist eine Spannungsspitze durch den induktiven Effekt (L * di / dt) der DC-Motorspulen.

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