如何判斷您的電機驅(qū)動器是否正常工作？
發(fā)布日期:2023-10-20
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當您嘗試使用新設(shè)計的 PCB 系統(tǒng)驅(qū)動電機時，新系統(tǒng)在第一次并不總是能正常工作。
例如，電機可能不會啟動或運行不平穩(wěn)。
調(diào)試過程包括分析您的系統(tǒng)并收集有關(guān)各個部件的信息。找出問題根源的一個有效方法是確定系統(tǒng)的特定功能是否按預(yù)期運行。了解電機驅(qū)動器器件的各種重要參數(shù)可幫助您或您的團隊調(diào)試問題并提出解決方案。
我們來看一下 DRV835x，它是一款無刷直流柵極驅(qū)動器器件系列。
下面是該器件的主要特性表：
| 類別 | 設(shè)計/特性 | 功能 | 相關(guān)參數(shù) |
| 電源 | VM 電機電壓 | 為上電器件提供初級電壓輸入、啟用內(nèi)核 IC 運行和為穩(wěn)壓器供電。 | VM - 電機驅(qū)動器電壓 |
| I_VM - 工作電源電流 | |||
| 穩(wěn)壓器 | VCP 電荷泵穩(wěn)壓器 | 使用電容器和開關(guān)電路為高側(cè)柵極驅(qū)動器提供更高的電壓。 | VCP - 存儲的電荷泵電壓輸出 |
| CPH/CPL - 飛跨電容器正負極節(jié)點 | |||
| VDRAIN 或 VM - 電荷泵電壓基準 | |||
| VGLS 線性穩(wěn)壓器 | 為低側(cè)柵極驅(qū)動器電壓提供 ~11V 電壓源。 | 最大輸入電壓 | |
| 最小輸入電壓（壓降） | |||
| 電流消耗和額定值 | |||
| 功耗 | |||
| DVDD 線性穩(wěn)壓器 | 提供可供外部電路使用的 5V 電壓源。 | 外部輸出電容器 | |
| 降壓/升壓穩(wěn)壓器 | 使用開關(guān)直流/直流電路電源穩(wěn)壓器提供電壓源。 | 選擇外部元件，例如電容器、電感器、二極管和開關(guān) | |
| 故障檢測 | 過流 | 電路保護功能，可在系統(tǒng)中產(chǎn)生過流時觸發(fā)。通常通過監(jiān)控串聯(lián)電阻上的壓降來實現(xiàn)。 | V_DS - MOSFET 漏源電壓 |
| V_Sense - R_sense 兩端的壓降 | |||
| 過熱 | 電路保護功能，可在系統(tǒng)溫度過高時觸發(fā)警告和故障。 | 器件溫度 | |
| PCB 散熱和設(shè)計布局 | |||
| 欠壓/過壓 | 電路保護功能，可在出現(xiàn)不規(guī)則電壓時觸發(fā)。系統(tǒng)中的各種電壓電源和穩(wěn)壓器可能具有此保護。 | VM - 電機驅(qū)動器輸入電壓 | |
| VCP - 電荷泵電壓 | |||
| VDRAIN - 高側(cè) MOSFET 漏極電壓 | |||
| VGLS - 來自穩(wěn)壓器的低側(cè)柵極電壓 | |||
| 柵極驅(qū)動器故障 | 電路保護功能，可監(jiān)控 GHx/GLx 引腳上的柵極驅(qū)動電壓與外部 MOSFET 柵極電壓。 | I_Drive - 柵極驅(qū)動電流設(shè)置 | |
| T_Drive - 柵極驅(qū)動時序設(shè)置 | |||
| MOSFET 柵極源電壓（電勢短路） | |||
| 輸出開關(guān) | 柵極驅(qū)動器和輸出 MOSFET | 驅(qū)動器件輸出高/低取決于器件輸入。需要適當?shù)臇艠O驅(qū)動電壓和柵極驅(qū)動電流設(shè)置以實現(xiàn)出色性能。 | 柵極驅(qū)動電壓和電流 |
| 輸出 MOSFET 額定值 | |||
| 特定于器件的真值表邏輯 | |||
| 傳感器和反饋 | 霍爾效應(yīng)傳感器 | 根據(jù)轉(zhuǎn)子的磁場提供有關(guān)轉(zhuǎn)子位置的反饋。 | 電機驅(qū)動器系統(tǒng)接線/信號布線 |
| 霍爾效應(yīng)傳感器放置 | |||
| CSA - 電流檢測放大器 | 監(jiān)測流經(jīng)半橋 LS 的電流。 | R_sense - 電阻器選擇 | |
| - 閉環(huán)相電流反饋 | CSA 的增益設(shè)置 | ||
| 單向與雙向電流檢測 | |||
| - 實施外部扭矩控制 | 電機驅(qū)動器系統(tǒng)接線/信號布線 | ||
| 可編程性 | I2C/SPI 協(xié)議 | 器件可通過使用各種存儲器寄存器和已編程的用戶設(shè)置來提供可配置的功能。 | 存儲器寄存器地址和位值 |
| 器件還可能具有用于指示故障事件類型的故障代碼存儲寄存器 |
詳細說明各種器件功能類別：
電源
•VM 是電機驅(qū)動器 IC 的主電源，通常偏置在電機的電壓電平。
•在適當?shù)墓ぷ鳁l件下，電源電壓和電流消耗應(yīng)在數(shù)據(jù)表限制范圍內(nèi)。
•否則，器件可能處于異常運行狀態(tài)，或者這可能表明您電路板上的特定樣片有某種程度損壞。
穩(wěn)壓器
•穩(wěn)壓器的用途是在系統(tǒng)中輸出穩(wěn)定的特定值電壓。有許多不同的穩(wěn)壓器類型，例如低壓降線性穩(wěn)壓器 (LDO)、電荷泵穩(wěn)壓器和降壓/升壓穩(wěn)壓器。您可能需要先檢查這些功能，因為這些穩(wěn)壓器通常對系統(tǒng)中的其他電路（例如 HS 和 LS MOSFET 的柵極驅(qū)動電壓）至關(guān)重要。
•如果系統(tǒng)中的穩(wěn)壓器沒有正確的電壓輸出，您將需要檢查是否出現(xiàn)以下情況：
•它已由器件的保護功能或低功耗/睡眠模式功能關(guān)閉
•輸入電壓均正確且已連接至器件引腳
•柵極驅(qū)動器的柵極驅(qū)動電流設(shè)置和波形的行為符合預(yù)期
•穩(wěn)壓器輸入的外部無源器件的值缺失或不正確
•器件可能在內(nèi)部損壞，因此導致穩(wěn)壓器無法正常工作
故障檢測
• “故障”是一個檢測到的事件，表示器件的當前運行狀態(tài)存在問題。
• 如果電機不工作，首先要檢查的是 nFault 引腳和故障寄存器。
•故障類型有許多，但主要故障與電壓、電流和溫度有關(guān)。許多器件將包括某種故障檢測功能，可以在檢測到故障時保護系統(tǒng)，并將關(guān)閉器件功能以防止進一步損壞。要確定特定故障類型以及存在哪種故障恢復機制，請參閱器件數(shù)據(jù)表。
輸出開關(guān)
•電機驅(qū)動器的一個核心功能是能夠控制柵極驅(qū)動器并打開/關(guān)閉 MOSFET。
•控制邏輯將取決于您的器件的控制接口，但通常會用真值表進行說明，以指明任何給定輸入會產(chǎn)生什么輸出。
•請注意，柵極驅(qū)動電壓和電流對于 MOSFET 正常運行非常重要。
•如果您的電機系統(tǒng)在換向時遇到問題，則需要重新考慮的是真值表邏輯。例如，它可能會說明電機啟動時出現(xiàn)故障或旋轉(zhuǎn)方向錯誤的原因。
含傳感器/無傳感器反饋
•涉及霍爾效應(yīng)傳感器或電流檢測放大器的反饋環(huán)路通常用于檢測電機位置，以幫助 MCU 更高效地驅(qū)動電機。
•如果您的電機運行不正常，并且您的設(shè)計包含這些反饋功能，重新查看數(shù)據(jù)表指南可幫助確定 CSA 增益設(shè)置或輸入信號的問題。設(shè)置不當還可能導致輸出 MOSFET 出現(xiàn)過流故障檢測的錯誤警報。
•此外，最好檢查系統(tǒng)的換向算法和電機接線。
可編程性
•某些電機驅(qū)動器 IC 可能由存儲器 (OTP/EEPROM) 來配置電機的設(shè)置。
•這需要有一個通信協(xié)議（例如，SPI 或 I2C），用來讀取/寫入芯片中的存儲器值并對設(shè)置進行編程。所用的設(shè)置和協(xié)議的詳細信息可在特定器件數(shù)據(jù)表中找到。
•每個可由存儲器配置的功能將在特定地址的位具有相應(yīng)值，如器件寄存器映射中所述。異常的器件行為可能是由于使用了錯誤的設(shè)置。
•最佳實踐是通過查看數(shù)據(jù)表，了解 I2C 引腳（SCL、SDA）或 SPI 引腳（SDI、SDO）上需要什么樣的上拉或下拉電阻器。以下鏈接記錄了有關(guān) SPI 的一些其他通用指南：
•SPI 配置和使用
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