如何判断您的电机驱动器是否正常工作？
发布日期:2023-10-20
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当您尝试使用新设计的 PCB 系统驱动电机时，新系统在第一次并不总是能正常工作。
例如，电机可能不会启动或运行不平稳。
调试过程包括分析您的系统并收集有关各个部件的信息。找出问题根源的一个有效方法是确定系统的特定功能是否按预期运行。了解电机驱动器器件的各种重要参数可帮助您或您的团队调试问题并提出解决方案。
我们来看一下 DRV835x，它是一款无刷直流栅极驱动器器件系列。
下面是该器件的主要特性表：
| 类别 | 设计/特性 | 功能 | 相关参数 |
| 电源 | VM 电机电压 | 为上电器件提供初级电压输入、启用内核 IC 运行和为稳压器供电。 | VM - 电机驱动器电压 |
| I_VM - 工作电源电流 | |||
| 稳压器 | VCP 电荷泵稳压器 | 使用电容器和开关电路为高侧栅极驱动器提供更高的电压。 | VCP - 存储的电荷泵电压输出 |
| CPH/CPL - 飞跨电容器正负极节点 | |||
| VDRAIN 或 VM - 电荷泵电压基准 | |||
| VGLS 线性稳压器 | 为低侧栅极驱动器电压提供 ~11V 电压源。 | 最大输入电压 | |
| 最小输入电压（压降） | |||
| 电流消耗和额定值 | |||
| 功耗 | |||
| DVDD 线性稳压器 | 提供可供外部电路使用的 5V 电压源。 | 外部输出电容器 | |
| 降压/升压稳压器 | 使用开关直流/直流电路电源稳压器提供电压源。 | 选择外部元件，例如电容器、电感器、二极管和开关 | |
| 故障检测 | 过流 | 电路保护功能，可在系统中产生过流时触发。通常通过监控串联电阻上的压降来实现。 | V_DS - MOSFET 漏源电压 |
| V_Sense - R_sense 两端的压降 | |||
| 过热 | 电路保护功能，可在系统温度过高时触发警告和故障。 | 器件温度 | |
| PCB 散热和设计布局 | |||
| 欠压/过压 | 电路保护功能，可在出现不规则电压时触发。系统中的各种电压电源和稳压器可能具有此保护。 | VM - 电机驱动器输入电压 | |
| VCP - 电荷泵电压 | |||
| VDRAIN - 高侧 MOSFET 漏极电压 | |||
| VGLS - 来自稳压器的低侧栅极电压 | |||
| 栅极驱动器故障 | 电路保护功能，可监控 GHx/GLx 引脚上的栅极驱动电压与外部 MOSFET 栅极电压。 | I_Drive - 栅极驱动电流设置 | |
| T_Drive - 栅极驱动时序设置 | |||
| MOSFET 栅极源电压（电势短路） | |||
| 输出开关 | 栅极驱动器和输出 MOSFET | 驱动器件输出高/低取决于器件输入。需要适当的栅极驱动电压和栅极驱动电流设置以实现出色性能。 | 栅极驱动电压和电流 |
| 输出 MOSFET 额定值 | |||
| 特定于器件的真值表逻辑 | |||
| 传感器和反馈 | 霍尔效应传感器 | 根据转子的磁场提供有关转子位置的反馈。 | 电机驱动器系统接线/信号布线 |
| 霍尔效应传感器放置 | |||
| CSA - 电流检测放大器 | 监测流经半桥 LS 的电流。 | R_sense - 电阻器选择 | |
| - 闭环相电流反馈 | CSA 的增益设置 | ||
| 单向与双向电流检测 | |||
| - 实施外部扭矩控制 | 电机驱动器系统接线/信号布线 | ||
| 可编程性 | I2C/SPI 协议 | 器件可通过使用各种存储器寄存器和已编程的用户设置来提供可配置的功能。 | 存储器寄存器地址和位值 |
| 器件还可能具有用于指示故障事件类型的故障代码存储寄存器 |
详细说明各种器件功能类别：
电源
•VM 是电机驱动器 IC 的主电源，通常偏置在电机的电压电平。
•在适当的工作条件下，电源电压和电流消耗应在数据表限制范围内。
•否则，器件可能处于异常运行状态，或者这可能表明您电路板上的特定样片有某种程度损坏。
稳压器
•稳压器的用途是在系统中输出稳定的特定值电压。有许多不同的稳压器类型，例如低压降线性稳压器 (LDO)、电荷泵稳压器和降压/升压稳压器。您可能需要先检查这些功能，因为这些稳压器通常对系统中的其他电路（例如 HS 和 LS MOSFET 的栅极驱动电压）至关重要。
•如果系统中的稳压器没有正确的电压输出，您将需要检查是否出现以下情况：
•它已由器件的保护功能或低功耗/睡眠模式功能关闭
•输入电压均正确且已连接至器件引脚
•栅极驱动器的栅极驱动电流设置和波形的行为符合预期
•稳压器输入的外部无源器件的值缺失或不正确
•器件可能在内部损坏，因此导致稳压器无法正常工作
故障检测
• “故障”是一个检测到的事件，表示器件的当前运行状态存在问题。
• 如果电机不工作，首先要检查的是 nFault 引脚和故障寄存器。
•故障类型有许多，但主要故障与电压、电流和温度有关。许多器件将包括某种故障检测功能，可以在检测到故障时保护系统，并将关闭器件功能以防止进一步损坏。要确定特定故障类型以及存在哪种故障恢复机制，请参阅器件数据表。
输出开关
•电机驱动器的一个核心功能是能够控制栅极驱动器并打开/关闭 MOSFET。
•控制逻辑将取决于您的器件的控制接口，但通常会用真值表进行说明，以指明任何给定输入会产生什么输出。
•请注意，栅极驱动电压和电流对于 MOSFET 正常运行非常重要。
•如果您的电机系统在换向时遇到问题，则需要重新考虑的是真值表逻辑。例如，它可能会说明电机启动时出现故障或旋转方向错误的原因。
含传感器/无传感器反馈
•涉及霍尔效应传感器或电流检测放大器的反馈环路通常用于检测电机位置，以帮助 MCU 更高效地驱动电机。
•如果您的电机运行不正常，并且您的设计包含这些反馈功能，重新查看数据表指南可帮助确定 CSA 增益设置或输入信号的问题。设置不当还可能导致输出 MOSFET 出现过流故障检测的错误警报。
•此外，最好检查系统的换向算法和电机接线。
可编程性
•某些电机驱动器 IC 可能由存储器 (OTP/EEPROM) 来配置电机的设置。
•这需要有一个通信协议（例如，SPI 或 I2C），用来读取/写入芯片中的存储器值并对设置进行编程。所用的设置和协议的详细信息可在特定器件数据表中找到。
•每个可由存储器配置的功能将在特定地址的位具有相应值，如器件寄存器映射中所述。异常的器件行为可能是由于使用了错误的设置。
•最佳实践是通过查看数据表，了解 I2C 引脚（SCL、SDA）或 SPI 引脚（SDI、SDO）上需要什么样的上拉或下拉电阻器。以下链接记录了有关 SPI 的一些其他通用指南：
•SPI 配置和使用
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