Necesito ayuda con el problema del circuito inversor del accionamiento BLDC

Question

Estoy construyendo un circuito de accionamiento BLDC para un motor BLDC de 24V/60W. Elegí SI4564DY(P+N) y FAN3278 para realizarlo como se muestra a continuación (sólo incluyo A+ y A-, B y C son exactamente iguales). El FB indicado en la salida del SI4564 se cortocircuitó en la PCB utilizando soldadura durante la prueba.

Cuando probé el circuito utilizando 12V como VCC para accionar el motor a baja velocidad, el SI4564 se calentó muy rápidamente incluso cuando la corriente de la fuente de alimentación de CC mostraba menos de 200mA. Comprobé las señales de puerta en la entrada del FAN3278 (A+ es PWM con un ciclo de trabajo del 15%, A- es full-on) y las señales de entrada de la puerta del SI4564 AH y AL

Me he dado cuenta de que hay ondulaciones ricas en SI4564 AH y AL y la tensión mínima en AH es de unos 2,5V en lugar de 0V. Así que mis preguntas son

1. ¿El circuito tiene algún problema? Si es así, ¿alguien podría sugerir cómo cambiarlo.
2. ¿Cuál podría ser la razón por la que el SI4564 se calentó tanto con una corriente tan pequeña corriente?
3. ¿Qué ha podido causar tantas ondulaciones en AH y AL? ¿Podría causar algún daño al chip?
4. ¿Por qué hay desviación de tensión (~2,5V) en AH?

Este es mi primer diseño y realmente agradezco la ayuda de cualquiera. Gracias de antemano.

Editado

Como en este momento sólo puedo utilizar dos enlaces, tengo que combinar varias imágenes en una. Así que, para responder a Bruce Abbott para el tema actual, he añadido otra imagen, marcada como Fig 2-4. Fig2-4 es la corriente muestreada por una resistencia de 0,1 ohmios en el brazo inferior del puente para muestrear la corriente de fase del motor, y el valor de pico es de 0,23V, lo que significa que la corriente de fase del motor es de 2,3A.

Answer 1

Las causas más comunes de un sobrecalentamiento del FET son

1. La tensión de accionamiento de la puerta no es lo suficientemente alta como para encender el FET por completo.

El PMOSFET en el SI4564 sólo necesita 5V para encenderse y tu controlador está suministrando ~9,5V, así que no creo que el bajo voltaje de accionamiento sea el problema.

2. Tiempos de subida/bajada del accionamiento de la puerta demasiado lentos, lo que provoca grandes pérdidas durante la conmutación.

Desgraciadamente, tu traza está demasiado aplastada para medir con precisión los tiempos de subida y bajada. Después de contar los píxeles, creo que es un total de ~1us, con ~0,5us en la región crítica donde el FET está parcialmente encendido. ¿Es esto lo suficientemente rápido?

Una forma de reducir las pérdidas de conmutación podría ser cambiar el PWM de lado alto a lado bajo. El NMOSFET del SI4564 tiene la mitad de carga en la puerta que el PMOSFET, por lo que debería conmutar el doble de rápido.

3. El consumo de corriente es demasiado elevado, lo que provoca un exceso de I 2 Pérdida de R en Rdson cuando el FET se enciende, o en el diodo del cuerpo cuando pasa la corriente inversa.

Dices que el consumo medio de corriente era "inferior a 200mA", pero a un 15% de PWM el pico la corriente será mucho mayor. Si la resistencia del motor y la contrafase del generador fueran lo único que limita la corriente de pico, entonces sería extremadamente alto (~40A) pero el motor debe tener una inductancia significativa que ralentiza los cambios de corriente.

Con un 15% de PWM, la corriente media del motor debería ser 1/15% = 6,7 veces mayor que la corriente de alimentación. Si la combinación de la inductancia del motor y la frecuencia PWM es lo suficientemente alta como para suavizar completamente las variaciones de corriente, la corriente máxima será la misma. Sin embargo, a 20KHz habrá algo de ondulación, por lo que la corriente de pico será aún mayor. Esto es importante porque la corriente rms también será más alta, resultando en una mayor pérdida en las resistencias internas del FET.

Cuando el PMOSFET se enciende la corriente del motor fluye a través de su Rdson (~0,017Ω). Cuando el FET se apaga, esta corriente recircula a través del diodo del cuerpo del NMOSFET, que deja caer ~0,7V. Si se combinan estos dos caminos, se puede encontrar que el SI4564 disipa una potencia significativa a pesar del aparentemente bajo consumo de corriente.

Sin conocer la forma de onda real de la corriente del motor no puedo calcular con precisión la pérdida de potencia. Sin embargo, para tener una idea de la forma de onda que puede Aquí hay una prueba que hice de un ESC comercial sin escobillas que funciona con PWM de 24KHz. La forma de onda de la corriente del motor es un poco caótica debido a la superposición de varios barridos en el osciloscopio analógico, pero su forma triangular es evidente. Observa que el pico de corriente del motor es más de 3 veces mayor que la corriente de la fuente de alimentación (35A frente a 10,3A) y esto es a ~60% PWM cuando la corriente media del motor sólo debería ser 1,7 veces mayor que la corriente de la fuente de alimentación. Con un 15% de PWM la relación sería mucho mayor.

Por cierto, el rizado de tu fuente de alimentación es excesivo. Deberías añadir al menos 100uF de capacitancia de baja ESR entre Vcc y Gnd.

Answer 2

Corrígeme si me equivoco...

Pero este convertidor tiene un canal inversor y el canal inversor está manejando el tipo P.

Por lo tanto, en el primer gráfico de alcance parece que hay un gran bloque en el que la P y la N están cerradas.

A+ = Hi -> AH = Lo -> Ptype gated

A- = Hi -> AL = Hi -> Ntype gated

Tiro a través de