1、保护功能
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[音乐播放] 大家好。 我叫 Aaron Barrera， 是德州仪器 (TI) 电机驱动团队的 产品营销工程师。 在本视频中，我将 讨论电机驱动器中 提供的保护功能。 让我们开始吧。 今天，我将讨论 保护功能 是如何检测 不安全状况的， 然后详细讨论 大多数 TI 电机 驱动器上的 四种保护功能， 并简要介绍 其他电机驱动器上的 特定保护电路。 TI 的电机 驱动器配备了 各种智能保护电路， 可在发生不安全 状况时保护 电机和系统。 这些电路中的 许多电路都使用比较器， 如果在特定条件下 超过阈值电压， 比较器就会跳闸。 如果在一段时间内 发生这种情况， 驱动器将自动 禁用功率 MOSFET， 以保护电机 和 FET。 保护功能 因驱动器支持的 电机类型、系列 和接口而异。 例如，带有 集成 H 桥的 简单刷式直流 电机驱动器 可能仅具有 基本保护功能， 包括欠压、 过流 和过热。 诸如刷式直流或 无刷直流栅极驱动器等 更复杂的器件可能 需要高级保护功能， 如开路负载检测， 电池或接地短路 诊断、VGS 监测和 栅极驱动器监测。 最后，有些器件 具有硬件接口， 而其他器件 则具有称为 SPI 的 串行外设接口。 SPI 器件提供了 有关发生了什么 故障的更多信息， 并为工程师们提供了 他们希望驱动器在故障 情况下如何响应的灵活性， 我将在下一张幻灯片中 对其进行详细介绍。 电机驱动器上 生成的任何故障的 中心引脚称为 nFAULT， 其可在许多硬件 和 SPI 器件上找到。 此引脚用于报告故障情况。 硬件和 SPI 配置 在故障报告 和故障处理 方面有许多 不同之处。 在硬件设备中， 许多操作参数 都是默认设置的， 除了将 nFAULT 驱动为 低电平以外， 没有任何迹象表明 发生了什么故障。 通常，故障状况 消除后， 器件会自动 重新启动 并启用驱动程序。 在 SPI 器件中， 用户的优势 在于能够准确地 知道发生了 什么类型的故障， 并配置 MCU 将要采取的操作。 如果发生故障 ，则会根据检测到的 故障类型在 SPI 寄存器中 设置一个故障位， 然后基于 SPI 配置， 器件做出故障处理响应。 用户可以允许 器件自动恢复、 清除故障位 或在故障消除后 启用复位脉冲、仅生成 报告或不采取任何措施。 在某些器件中， 由于器件会自动处理故障， 无法对故障 进行配置， 因此 MCU 必须清除 故障位才能恢复正常操作。 现在，让我们讨论一下 电机驱动器中最常见的 四种保护功能。 首先要讨论的 保护功能是 电源欠压锁定 (UVLO)。 如果电机电源 电压 VM 低于 UVLO 下降阈值电压， 就会发生欠压锁定。 如果发生这种情况， MOSFET 和电荷泵 将自动禁用， 并通过将 nFAULT 引脚驱动为低电平 来生成故障。 一旦电机电压 高于 UVLO 上升阈值， 栅极驱动器将重新启用， nFAULT 将被驱动为高电平， 器件将继续 正常运行。 实施欠压迟滞功能 是为了确保欠压 发生在电源 本底噪声之外， 并且不会重复 开关该器件。 下一个保护电路是 电荷泵欠压 (CPUV)。 任何具有高侧 NMOS 功率 MOSFET 的 电机驱动器 也可能包括集成 电荷泵。 所产生的电荷泵 电压会增强高侧 栅极驱动器，因此， 如果电荷泵电压不足， 则无法保证 NMOS 导通。 当电荷泵电压 在任何一点 下降到低于 CPUV 阈值电压时， MOSFET 将被禁用， 并且通过将 nFAULT 驱动为低电平 来生成故障。 一旦电荷泵电压 高于电荷泵 欠压阈值， CPUV 故障将被消除， nFAULT 返回 高电平， 器件将继续 正常运行。 电机驱动器的 第三个也是 最重要的功能 是过流保护。 驱动电机时， 功率 MOSFET 用于控制栅极 驱动器的 PWM 开关。 如果出现 VM 短路、 接地或击穿情况， 则必须监测 过流情况， 以防止 FET 的电机 或电机驱动器 发生故障或损坏。 因此，过流保护 (OCP) 可以通过 多种方法集成， 具体情况 取决于器件。 如果输出电流超过 过电流阈值 IOCP， 则会发生 OCP。 当 OCP 发生时，该器件 具有一个快速动作的 模拟电流限制， 在硬短路的情况下， 它将输出电流降至可管理的水平。 如果经过一段时间后 降低的电流超过阈值， 则所有 MOSFET 将被禁用， nFAULT 将被驱动为低电平。 有些硬件设备 会在故障消除后 自动重试 以启用驱动程序， 而 SPI 器件具有 可配置的模式 来决定在检测到 过流故障后将采取 何种措施。 例如， 如右图所示， DRV8873-Q1 是一款 带有 SPI 接口的 集成 H 桥驱动器。 在 OUT2 节点 对 VM 的短路 会通过低侧 FET 产生高电流尖峰， 该尖峰超过过流阈值， 从而触发 OCP 故障。 将设置 OCP 故障位， 将 nFAULT 驱动为低电平， 并根据 OCP 配置 模式采取措施。 对于带有外部 MOSFET 的器件， 该 MOSFET 的漏极 和源极引脚之间的 电压差（称为 VDS） 可以与内部阈值 电压进行比较。 如果 VDS 大于 该阈值， 则将触发 VDS 过电流故障。 驱动半桥时， 一次只能 导通一个 FET。 在这种情况下， VDS 监测仅在 开启的 FET 上进行。 让我们分析一下 高侧 FET 的 VDS。 如果高侧 FET 导通 而低侧 FET 关断， 则高侧上的 VDS 等于 RDS(on) 乘以 FET 电流。 RDS(on) 通常 在毫欧范围内。 因此，VDS 是一个 很小的电压， 大约小于 1 伏。 假设输出 对地短路。 现在，当高侧 FET 导通时， VDS 基本上等于 VM， 并且大量电流 将通过 FET 同步， VDS 超过 VDS 过流 保护阈值， 器件将产生 OCP 故障。MOSFET 将被禁用， nFAULT 将被驱动为低电平。 同样，对于带有 电流分流放大器 或 CSA 的器件， 如果外部分流 电阻器的电压差 高于 CSA 的阈值电压， 则会发生 OCP。 当低侧 FET 导通时， VSEN 等于 电流乘以感应 电阻。 同样，感应电阻通常 在毫欧范围内， 因此 VSEN 将是 一个大约小于 1 伏的小电压。 如果检测到 高于阈值的电压， 则将触发 OCP 故障， MOSFET 将被禁用， nFAULT 将被驱动为低电平。 所有 TI 电机 驱动器中的最后一个 主要保护特性是热保护。 裸片温度通过内部 温度传感器进行监控， 并监控温度 和内部逻辑。 假设负载电流 长时间为 2 安培。 裸片温度 Tj 将随着驱动器的运行 而持续升高。 如果裸片温度 超过热警告跳变点， 则会发生过热 警告或 OTW。 器件将继续运行， 并在 SPI 寄存器中 生成报告。 请务必注意， 并非所有 TI 电机 驱动器都存在过热警告。 如果温度继续 升高并超过 热关断的跳变点， 则会发生 过热关断模式 (OTSD)， MOSFET 被禁用， 电荷泵被禁用， nFAULT 被驱动为低电平。 如果是 SPI 器件， 则故障位将被锁存为高电平。 当裸片温度低于 热警告温度 减去热迟滞温度时， 器件将自动重试 以恢复正常工作。 如此大的热迟滞 使器件可以 恢复到较低的温度， 然后再次恢复 正常工作。 根据器件、系列 和接口的不同， TI 电机驱动器 还具有许多 其他特定的 保护功能。 当电机电压高于 系统额定电压时， 就会发生过压保护。 这样可以防止 电机过载和 输出中的 异常行为。 栅极驱动器故障 指示栅极驱动信号 是否在 PWM 开关 所需的时间段内 适当地改变。 通过在一段时间内 未检测到变化， 可以检测到栅极驱动 引脚上的输出短路。 开路负载检测功能 可在负载从 MOSFET 的 输出级断开时 发送故障。 器件上具有 离线电池短路 和接地短路 诊断功能， 可在电机开始旋转之前 检测外部器件的短路情况。 死区时间是在 TI 智能 栅极驱动架构上实现的 一个特性。 电机驱动器 在输出阶段不断地 打开和关闭 FET， 因此必须关闭 两个 FET 以避免 击穿电流情况。 为实现这一点， 将自动插入 数字死区时间 以保护 FET、 栅极驱动器和 电机的完整性。 此外，智能栅极 驱动器还可以 通过智能监测和 驱动器动作来保护 MOSFET 免受意外导通的影响。 如需查找更多电机驱动器 技术资源和搜索产品， 请访问 ti.com/motordrivers。 谢谢观看。
[音乐播放] 大家好。 我叫 Aaron Barrera， 是德州仪器 (TI) 电机驱动团队的 产品营销工程师。 在本视频中，我将 讨论电机驱动器中 提供的保护功能。 让我们开始吧。 今天，我将讨论 保护功能 是如何检测 不安全状况的， 然后详细讨论 大多数 TI 电机 驱动器上的 四种保护功能， 并简要介绍 其他电机驱动器上的 特定保护电路。 TI 的电机 驱动器配备了 各种智能保护电路， 可在发生不安全 状况时保护 电机和系统。 这些电路中的 许多电路都使用比较器， 如果在特定条件下 超过阈值电压， 比较器就会跳闸。 如果在一段时间内 发生这种情况， 驱动器将自动 禁用功率 MOSFET， 以保护电机 和 FET。 保护功能 因驱动器支持的 电机类型、系列 和接口而异。 例如，带有 集成 H 桥的 简单刷式直流 电机驱动器 可能仅具有 基本保护功能， 包括欠压、 过流 和过热。 诸如刷式直流或 无刷直流栅极驱动器等 更复杂的器件可能 需要高级保护功能， 如开路负载检测， 电池或接地短路 诊断、VGS 监测和 栅极驱动器监测。 最后，有些器件 具有硬件接口， 而其他器件 则具有称为 SPI 的 串行外设接口。 SPI 器件提供了 有关发生了什么 故障的更多信息， 并为工程师们提供了 他们希望驱动器在故障 情况下如何响应的灵活性， 我将在下一张幻灯片中 对其进行详细介绍。 电机驱动器上 生成的任何故障的 中心引脚称为 nFAULT， 其可在许多硬件 和 SPI 器件上找到。 此引脚用于报告故障情况。 硬件和 SPI 配置 在故障报告 和故障处理 方面有许多 不同之处。 在硬件设备中， 许多操作参数 都是默认设置的， 除了将 nFAULT 驱动为 低电平以外， 没有任何迹象表明 发生了什么故障。 通常，故障状况 消除后， 器件会自动 重新启动 并启用驱动程序。 在 SPI 器件中， 用户的优势 在于能够准确地 知道发生了 什么类型的故障， 并配置 MCU 将要采取的操作。 如果发生故障 ，则会根据检测到的 故障类型在 SPI 寄存器中 设置一个故障位， 然后基于 SPI 配置， 器件做出故障处理响应。 用户可以允许 器件自动恢复、 清除故障位 或在故障消除后 启用复位脉冲、仅生成 报告或不采取任何措施。 在某些器件中， 由于器件会自动处理故障， 无法对故障 进行配置， 因此 MCU 必须清除 故障位才能恢复正常操作。 现在，让我们讨论一下 电机驱动器中最常见的 四种保护功能。 首先要讨论的 保护功能是 电源欠压锁定 (UVLO)。 如果电机电源 电压 VM 低于 UVLO 下降阈值电压， 就会发生欠压锁定。 如果发生这种情况， MOSFET 和电荷泵 将自动禁用， 并通过将 nFAULT 引脚驱动为低电平 来生成故障。 一旦电机电压 高于 UVLO 上升阈值， 栅极驱动器将重新启用， nFAULT 将被驱动为高电平， 器件将继续 正常运行。 实施欠压迟滞功能 是为了确保欠压 发生在电源 本底噪声之外， 并且不会重复 开关该器件。 下一个保护电路是 电荷泵欠压 (CPUV)。 任何具有高侧 NMOS 功率 MOSFET 的 电机驱动器 也可能包括集成 电荷泵。 所产生的电荷泵 电压会增强高侧 栅极驱动器，因此， 如果电荷泵电压不足， 则无法保证 NMOS 导通。 当电荷泵电压 在任何一点 下降到低于 CPUV 阈值电压时， MOSFET 将被禁用， 并且通过将 nFAULT 驱动为低电平 来生成故障。 一旦电荷泵电压 高于电荷泵 欠压阈值， CPUV 故障将被消除， nFAULT 返回 高电平， 器件将继续 正常运行。 电机驱动器的 第三个也是 最重要的功能 是过流保护。 驱动电机时， 功率 MOSFET 用于控制栅极 驱动器的 PWM 开关。 如果出现 VM 短路、 接地或击穿情况， 则必须监测 过流情况， 以防止 FET 的电机 或电机驱动器 发生故障或损坏。 因此，过流保护 (OCP) 可以通过 多种方法集成， 具体情况 取决于器件。 如果输出电流超过 过电流阈值 IOCP， 则会发生 OCP。 当 OCP 发生时，该器件 具有一个快速动作的 模拟电流限制， 在硬短路的情况下， 它将输出电流降至可管理的水平。 如果经过一段时间后 降低的电流超过阈值， 则所有 MOSFET 将被禁用， nFAULT 将被驱动为低电平。 有些硬件设备 会在故障消除后 自动重试 以启用驱动程序， 而 SPI 器件具有 可配置的模式 来决定在检测到 过流故障后将采取 何种措施。 例如， 如右图所示， DRV8873-Q1 是一款 带有 SPI 接口的 集成 H 桥驱动器。 在 OUT2 节点 对 VM 的短路 会通过低侧 FET 产生高电流尖峰， 该尖峰超过过流阈值， 从而触发 OCP 故障。 将设置 OCP 故障位， 将 nFAULT 驱动为低电平， 并根据 OCP 配置 模式采取措施。 对于带有外部 MOSFET 的器件， 该 MOSFET 的漏极 和源极引脚之间的 电压差（称为 VDS） 可以与内部阈值 电压进行比较。 如果 VDS 大于 该阈值， 则将触发 VDS 过电流故障。 驱动半桥时， 一次只能 导通一个 FET。 在这种情况下， VDS 监测仅在 开启的 FET 上进行。 让我们分析一下 高侧 FET 的 VDS。 如果高侧 FET 导通 而低侧 FET 关断， 则高侧上的 VDS 等于 RDS(on) 乘以 FET 电流。 RDS(on) 通常 在毫欧范围内。 因此，VDS 是一个 很小的电压， 大约小于 1 伏。 假设输出 对地短路。 现在，当高侧 FET 导通时， VDS 基本上等于 VM， 并且大量电流 将通过 FET 同步， VDS 超过 VDS 过流 保护阈值， 器件将产生 OCP 故障。MOSFET 将被禁用， nFAULT 将被驱动为低电平。 同样，对于带有 电流分流放大器 或 CSA 的器件， 如果外部分流 电阻器的电压差 高于 CSA 的阈值电压， 则会发生 OCP。 当低侧 FET 导通时， VSEN 等于 电流乘以感应 电阻。 同样，感应电阻通常 在毫欧范围内， 因此 VSEN 将是 一个大约小于 1 伏的小电压。 如果检测到 高于阈值的电压， 则将触发 OCP 故障， MOSFET 将被禁用， nFAULT 将被驱动为低电平。 所有 TI 电机 驱动器中的最后一个 主要保护特性是热保护。 裸片温度通过内部 温度传感器进行监控， 并监控温度 和内部逻辑。 假设负载电流 长时间为 2 安培。 裸片温度 Tj 将随着驱动器的运行 而持续升高。 如果裸片温度 超过热警告跳变点， 则会发生过热 警告或 OTW。 器件将继续运行， 并在 SPI 寄存器中 生成报告。 请务必注意， 并非所有 TI 电机 驱动器都存在过热警告。 如果温度继续 升高并超过 热关断的跳变点， 则会发生 过热关断模式 (OTSD)， MOSFET 被禁用， 电荷泵被禁用， nFAULT 被驱动为低电平。 如果是 SPI 器件， 则故障位将被锁存为高电平。 当裸片温度低于 热警告温度 减去热迟滞温度时， 器件将自动重试 以恢复正常工作。 如此大的热迟滞 使器件可以 恢复到较低的温度， 然后再次恢复 正常工作。 根据器件、系列 和接口的不同， TI 电机驱动器 还具有许多 其他特定的 保护功能。 当电机电压高于 系统额定电压时， 就会发生过压保护。 这样可以防止 电机过载和 输出中的 异常行为。 栅极驱动器故障 指示栅极驱动信号 是否在 PWM 开关 所需的时间段内 适当地改变。 通过在一段时间内 未检测到变化， 可以检测到栅极驱动 引脚上的输出短路。 开路负载检测功能 可在负载从 MOSFET 的 输出级断开时 发送故障。 器件上具有 离线电池短路 和接地短路 诊断功能， 可在电机开始旋转之前 检测外部器件的短路情况。 死区时间是在 TI 智能 栅极驱动架构上实现的 一个特性。 电机驱动器 在输出阶段不断地 打开和关闭 FET， 因此必须关闭 两个 FET 以避免 击穿电流情况。 为实现这一点， 将自动插入 数字死区时间 以保护 FET、 栅极驱动器和 电机的完整性。 此外，智能栅极 驱动器还可以 通过智能监测和 驱动器动作来保护 MOSFET 免受意外导通的影响。 如需查找更多电机驱动器 技术资源和搜索产品， 请访问 ti.com/motordrivers。 谢谢观看。
[音乐播放]
大家好。
我叫 Aaron Barrera， 是德州仪器 (TI)
电机驱动团队的 产品营销工程师。
在本视频中，我将 讨论电机驱动器中
提供的保护功能。
让我们开始吧。
今天，我将讨论 保护功能
是如何检测 不安全状况的，
然后详细讨论 大多数 TI 电机
驱动器上的 四种保护功能，
并简要介绍 其他电机驱动器上的
特定保护电路。
TI 的电机 驱动器配备了
各种智能保护电路， 可在发生不安全
状况时保护 电机和系统。
这些电路中的 许多电路都使用比较器，
如果在特定条件下 超过阈值电压，
比较器就会跳闸。
如果在一段时间内 发生这种情况，
驱动器将自动 禁用功率 MOSFET，
以保护电机 和 FET。
保护功能 因驱动器支持的
电机类型、系列 和接口而异。
例如，带有 集成 H 桥的
简单刷式直流 电机驱动器
可能仅具有 基本保护功能，
包括欠压、 过流
和过热。
诸如刷式直流或 无刷直流栅极驱动器等
更复杂的器件可能 需要高级保护功能，
如开路负载检测， 电池或接地短路
诊断、VGS 监测和 栅极驱动器监测。
最后，有些器件 具有硬件接口，
而其他器件 则具有称为 SPI 的
串行外设接口。
SPI 器件提供了 有关发生了什么
故障的更多信息， 并为工程师们提供了
他们希望驱动器在故障 情况下如何响应的灵活性，
我将在下一张幻灯片中 对其进行详细介绍。
电机驱动器上 生成的任何故障的
中心引脚称为 nFAULT， 其可在许多硬件
和 SPI 器件上找到。 此引脚用于报告故障情况。
硬件和 SPI 配置 在故障报告
和故障处理 方面有许多
不同之处。
在硬件设备中， 许多操作参数
都是默认设置的， 除了将 nFAULT 驱动为
低电平以外， 没有任何迹象表明
发生了什么故障。
通常，故障状况 消除后，
器件会自动 重新启动
并启用驱动程序。
在 SPI 器件中， 用户的优势
在于能够准确地 知道发生了
什么类型的故障， 并配置 MCU 将要采取的操作。
如果发生故障 ，则会根据检测到的
故障类型在 SPI 寄存器中 设置一个故障位，
然后基于 SPI 配置， 器件做出故障处理响应。
用户可以允许 器件自动恢复、
清除故障位 或在故障消除后
启用复位脉冲、仅生成 报告或不采取任何措施。
在某些器件中， 由于器件会自动处理故障，
无法对故障 进行配置，
因此 MCU 必须清除 故障位才能恢复正常操作。
现在，让我们讨论一下 电机驱动器中最常见的
四种保护功能。
首先要讨论的 保护功能是
电源欠压锁定 (UVLO)。
如果电机电源 电压 VM 低于 UVLO
下降阈值电压， 就会发生欠压锁定。
如果发生这种情况， MOSFET 和电荷泵
将自动禁用， 并通过将 nFAULT
引脚驱动为低电平 来生成故障。
一旦电机电压 高于 UVLO 上升阈值，
栅极驱动器将重新启用， nFAULT 将被驱动为高电平，
器件将继续 正常运行。
实施欠压迟滞功能 是为了确保欠压
发生在电源 本底噪声之外，
并且不会重复 开关该器件。
下一个保护电路是
电荷泵欠压 (CPUV)。
任何具有高侧 NMOS 功率 MOSFET 的
电机驱动器 也可能包括集成
电荷泵。
所产生的电荷泵 电压会增强高侧
栅极驱动器，因此， 如果电荷泵电压不足，
则无法保证 NMOS 导通。
当电荷泵电压 在任何一点
下降到低于 CPUV 阈值电压时，
MOSFET 将被禁用， 并且通过将 nFAULT
驱动为低电平 来生成故障。
一旦电荷泵电压 高于电荷泵
欠压阈值， CPUV 故障将被消除，
nFAULT 返回 高电平，
器件将继续 正常运行。
电机驱动器的 第三个也是
最重要的功能 是过流保护。
驱动电机时， 功率 MOSFET
用于控制栅极 驱动器的 PWM
开关。
如果出现 VM 短路、
接地或击穿情况，
则必须监测 过流情况，
以防止 FET 的电机 或电机驱动器
发生故障或损坏。
因此，过流保护 (OCP)
可以通过 多种方法集成，
具体情况 取决于器件。
如果输出电流超过 过电流阈值 IOCP，
则会发生 OCP。
当 OCP 发生时，该器件 具有一个快速动作的
模拟电流限制， 在硬短路的情况下，
它将输出电流降至可管理的水平。
如果经过一段时间后 降低的电流超过阈值，
则所有 MOSFET 将被禁用，
nFAULT 将被驱动为低电平。
有些硬件设备 会在故障消除后
自动重试 以启用驱动程序，
而 SPI 器件具有 可配置的模式
来决定在检测到 过流故障后将采取
何种措施。
例如， 如右图所示，
DRV8873-Q1 是一款 带有 SPI 接口的
集成 H 桥驱动器。
在 OUT2 节点 对 VM 的短路
会通过低侧 FET 产生高电流尖峰，
该尖峰超过过流阈值， 从而触发 OCP 故障。
将设置 OCP 故障位， 将 nFAULT 驱动为低电平，
并根据 OCP 配置 模式采取措施。
对于带有外部 MOSFET 的器件，
该 MOSFET 的漏极 和源极引脚之间的
电压差（称为 VDS） 可以与内部阈值
电压进行比较。
如果 VDS 大于 该阈值，
则将触发 VDS 过电流故障。
驱动半桥时， 一次只能
导通一个 FET。
在这种情况下， VDS 监测仅在
开启的 FET 上进行。
让我们分析一下 高侧 FET 的 VDS。
如果高侧 FET 导通 而低侧 FET 关断，
则高侧上的 VDS 等于 RDS(on) 乘以 FET
电流。
RDS(on) 通常 在毫欧范围内。
因此，VDS 是一个 很小的电压，
大约小于 1 伏。
假设输出 对地短路。
现在，当高侧 FET 导通时，
VDS 基本上等于 VM， 并且大量电流
将通过 FET 同步， VDS 超过 VDS 过流
保护阈值， 器件将产生 OCP
故障。MOSFET 将被禁用，
nFAULT 将被驱动为低电平。
同样，对于带有 电流分流放大器
或 CSA 的器件， 如果外部分流
电阻器的电压差 高于 CSA 的阈值电压，
则会发生 OCP。
当低侧 FET 导通时，
VSEN 等于 电流乘以感应
电阻。
同样，感应电阻通常
在毫欧范围内， 因此 VSEN 将是
一个大约小于 1 伏的小电压。
如果检测到 高于阈值的电压，
则将触发 OCP 故障， MOSFET 将被禁用，
nFAULT 将被驱动为低电平。
所有 TI 电机 驱动器中的最后一个
主要保护特性是热保护。
裸片温度通过内部 温度传感器进行监控，
并监控温度 和内部逻辑。
假设负载电流 长时间为 2 安培。
裸片温度 Tj 将随着驱动器的运行
而持续升高。
如果裸片温度 超过热警告跳变点，
则会发生过热 警告或 OTW。
器件将继续运行，
并在 SPI 寄存器中 生成报告。
请务必注意， 并非所有 TI 电机
驱动器都存在过热警告。
如果温度继续 升高并超过
热关断的跳变点，
则会发生 过热关断模式 (OTSD)，
MOSFET 被禁用， 电荷泵被禁用，
nFAULT 被驱动为低电平。
如果是 SPI 器件， 则故障位将被锁存为高电平。
当裸片温度低于 热警告温度
减去热迟滞温度时，
器件将自动重试
以恢复正常工作。
如此大的热迟滞 使器件可以
恢复到较低的温度，
然后再次恢复 正常工作。
根据器件、系列 和接口的不同，
TI 电机驱动器 还具有许多
其他特定的 保护功能。
当电机电压高于 系统额定电压时，
就会发生过压保护。
这样可以防止 电机过载和
输出中的 异常行为。
栅极驱动器故障 指示栅极驱动信号
是否在 PWM 开关 所需的时间段内
适当地改变。
通过在一段时间内 未检测到变化，
可以检测到栅极驱动 引脚上的输出短路。
开路负载检测功能
可在负载从 MOSFET 的 输出级断开时
发送故障。
器件上具有 离线电池短路
和接地短路 诊断功能，
可在电机开始旋转之前 检测外部器件的短路情况。
死区时间是在 TI 智能 栅极驱动架构上实现的
一个特性。
电机驱动器 在输出阶段不断地
打开和关闭 FET， 因此必须关闭
两个 FET 以避免 击穿电流情况。
为实现这一点， 将自动插入
数字死区时间 以保护 FET、
栅极驱动器和 电机的完整性。
此外，智能栅极 驱动器还可以
通过智能监测和 驱动器动作来保护 MOSFET
免受意外导通的影响。
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[音乐播放] 大家好。 我叫 Aaron Barrera， 是德州仪器 (TI) 电机驱动团队的 产品营销工程师。 在本视频中，我将 讨论电机驱动器中 提供的保护功能。 让我们开始吧。 今天，我将讨论 保护功能 是如何检测 不安全状况的， 然后详细讨论 大多数 TI 电机 驱动器上的 四种保护功能， 并简要介绍 其他电机驱动器上的 特定保护电路。 TI 的电机 驱动器配备了 各种智能保护电路， 可在发生不安全 状况时保护 电机和系统。 这些电路中的 许多电路都使用比较器， 如果在特定条件下 超过阈值电压， 比较器就会跳闸。 如果在一段时间内 发生这种情况， 驱动器将自动 禁用功率 MOSFET， 以保护电机 和 FET。 保护功能 因驱动器支持的 电机类型、系列 和接口而异。 例如，带有 集成 H 桥的 简单刷式直流 电机驱动器 可能仅具有 基本保护功能， 包括欠压、 过流 和过热。 诸如刷式直流或 无刷直流栅极驱动器等 更复杂的器件可能 需要高级保护功能， 如开路负载检测， 电池或接地短路 诊断、VGS 监测和 栅极驱动器监测。 最后，有些器件 具有硬件接口， 而其他器件 则具有称为 SPI 的 串行外设接口。 SPI 器件提供了 有关发生了什么 故障的更多信息， 并为工程师们提供了 他们希望驱动器在故障 情况下如何响应的灵活性， 我将在下一张幻灯片中 对其进行详细介绍。 电机驱动器上 生成的任何故障的 中心引脚称为 nFAULT， 其可在许多硬件 和 SPI 器件上找到。 此引脚用于报告故障情况。 硬件和 SPI 配置 在故障报告 和故障处理 方面有许多 不同之处。 在硬件设备中， 许多操作参数 都是默认设置的， 除了将 nFAULT 驱动为 低电平以外， 没有任何迹象表明 发生了什么故障。 通常，故障状况 消除后， 器件会自动 重新启动 并启用驱动程序。 在 SPI 器件中， 用户的优势 在于能够准确地 知道发生了 什么类型的故障， 并配置 MCU 将要采取的操作。 如果发生故障 ，则会根据检测到的 故障类型在 SPI 寄存器中 设置一个故障位， 然后基于 SPI 配置， 器件做出故障处理响应。 用户可以允许 器件自动恢复、 清除故障位 或在故障消除后 启用复位脉冲、仅生成 报告或不采取任何措施。 在某些器件中， 由于器件会自动处理故障， 无法对故障 进行配置， 因此 MCU 必须清除 故障位才能恢复正常操作。 现在，让我们讨论一下 电机驱动器中最常见的 四种保护功能。 首先要讨论的 保护功能是 电源欠压锁定 (UVLO)。 如果电机电源 电压 VM 低于 UVLO 下降阈值电压， 就会发生欠压锁定。 如果发生这种情况， MOSFET 和电荷泵 将自动禁用， 并通过将 nFAULT 引脚驱动为低电平 来生成故障。 一旦电机电压 高于 UVLO 上升阈值， 栅极驱动器将重新启用， nFAULT 将被驱动为高电平， 器件将继续 正常运行。 实施欠压迟滞功能 是为了确保欠压 发生在电源 本底噪声之外， 并且不会重复 开关该器件。 下一个保护电路是 电荷泵欠压 (CPUV)。 任何具有高侧 NMOS 功率 MOSFET 的 电机驱动器 也可能包括集成 电荷泵。 所产生的电荷泵 电压会增强高侧 栅极驱动器，因此， 如果电荷泵电压不足， 则无法保证 NMOS 导通。 当电荷泵电压 在任何一点 下降到低于 CPUV 阈值电压时， MOSFET 将被禁用， 并且通过将 nFAULT 驱动为低电平 来生成故障。 一旦电荷泵电压 高于电荷泵 欠压阈值， CPUV 故障将被消除， nFAULT 返回 高电平， 器件将继续 正常运行。 电机驱动器的 第三个也是 最重要的功能 是过流保护。 驱动电机时， 功率 MOSFET 用于控制栅极 驱动器的 PWM 开关。 如果出现 VM 短路、 接地或击穿情况， 则必须监测 过流情况， 以防止 FET 的电机 或电机驱动器 发生故障或损坏。 因此，过流保护 (OCP) 可以通过 多种方法集成， 具体情况 取决于器件。 如果输出电流超过 过电流阈值 IOCP， 则会发生 OCP。 当 OCP 发生时，该器件 具有一个快速动作的 模拟电流限制， 在硬短路的情况下， 它将输出电流降至可管理的水平。 如果经过一段时间后 降低的电流超过阈值， 则所有 MOSFET 将被禁用， nFAULT 将被驱动为低电平。 有些硬件设备 会在故障消除后 自动重试 以启用驱动程序， 而 SPI 器件具有 可配置的模式 来决定在检测到 过流故障后将采取 何种措施。 例如， 如右图所示， DRV8873-Q1 是一款 带有 SPI 接口的 集成 H 桥驱动器。 在 OUT2 节点 对 VM 的短路 会通过低侧 FET 产生高电流尖峰， 该尖峰超过过流阈值， 从而触发 OCP 故障。 将设置 OCP 故障位， 将 nFAULT 驱动为低电平， 并根据 OCP 配置 模式采取措施。 对于带有外部 MOSFET 的器件， 该 MOSFET 的漏极 和源极引脚之间的 电压差（称为 VDS） 可以与内部阈值 电压进行比较。 如果 VDS 大于 该阈值， 则将触发 VDS 过电流故障。 驱动半桥时， 一次只能 导通一个 FET。 在这种情况下， VDS 监测仅在 开启的 FET 上进行。 让我们分析一下 高侧 FET 的 VDS。 如果高侧 FET 导通 而低侧 FET 关断， 则高侧上的 VDS 等于 RDS(on) 乘以 FET 电流。 RDS(on) 通常 在毫欧范围内。 因此，VDS 是一个 很小的电压， 大约小于 1 伏。 假设输出 对地短路。 现在，当高侧 FET 导通时， VDS 基本上等于 VM， 并且大量电流 将通过 FET 同步， VDS 超过 VDS 过流 保护阈值， 器件将产生 OCP 故障。MOSFET 将被禁用， nFAULT 将被驱动为低电平。 同样，对于带有 电流分流放大器 或 CSA 的器件， 如果外部分流 电阻器的电压差 高于 CSA 的阈值电压， 则会发生 OCP。 当低侧 FET 导通时， VSEN 等于 电流乘以感应 电阻。 同样，感应电阻通常 在毫欧范围内， 因此 VSEN 将是 一个大约小于 1 伏的小电压。 如果检测到 高于阈值的电压， 则将触发 OCP 故障， MOSFET 将被禁用， nFAULT 将被驱动为低电平。 所有 TI 电机 驱动器中的最后一个 主要保护特性是热保护。 裸片温度通过内部 温度传感器进行监控， 并监控温度 和内部逻辑。 假设负载电流 长时间为 2 安培。 裸片温度 Tj 将随着驱动器的运行 而持续升高。 如果裸片温度 超过热警告跳变点， 则会发生过热 警告或 OTW。 器件将继续运行， 并在 SPI 寄存器中 生成报告。 请务必注意， 并非所有 TI 电机 驱动器都存在过热警告。 如果温度继续 升高并超过 热关断的跳变点， 则会发生 过热关断模式 (OTSD)， MOSFET 被禁用， 电荷泵被禁用， nFAULT 被驱动为低电平。 如果是 SPI 器件， 则故障位将被锁存为高电平。 当裸片温度低于 热警告温度 减去热迟滞温度时， 器件将自动重试 以恢复正常工作。 如此大的热迟滞 使器件可以 恢复到较低的温度， 然后再次恢复 正常工作。 根据器件、系列 和接口的不同， TI 电机驱动器 还具有许多 其他特定的 保护功能。 当电机电压高于 系统额定电压时， 就会发生过压保护。 这样可以防止 电机过载和 输出中的 异常行为。 栅极驱动器故障 指示栅极驱动信号 是否在 PWM 开关 所需的时间段内 适当地改变。 通过在一段时间内 未检测到变化， 可以检测到栅极驱动 引脚上的输出短路。 开路负载检测功能 可在负载从 MOSFET 的 输出级断开时 发送故障。 器件上具有 离线电池短路 和接地短路 诊断功能， 可在电机开始旋转之前 检测外部器件的短路情况。 死区时间是在 TI 智能 栅极驱动架构上实现的 一个特性。 电机驱动器 在输出阶段不断地 打开和关闭 FET， 因此必须关闭 两个 FET 以避免 击穿电流情况。 为实现这一点， 将自动插入 数字死区时间 以保护 FET、 栅极驱动器和 电机的完整性。 此外，智能栅极 驱动器还可以 通过智能监测和 驱动器动作来保护 MOSFET 免受意外导通的影响。 如需查找更多电机驱动器 技术资源和搜索产品， 请访问 ti.com/motordrivers。 谢谢观看。
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大家好。
我叫 Aaron Barrera， 是德州仪器 (TI)
电机驱动团队的 产品营销工程师。
在本视频中，我将 讨论电机驱动器中
提供的保护功能。
让我们开始吧。
今天，我将讨论 保护功能
是如何检测 不安全状况的，
然后详细讨论 大多数 TI 电机
驱动器上的 四种保护功能，
并简要介绍 其他电机驱动器上的
特定保护电路。
TI 的电机 驱动器配备了
各种智能保护电路， 可在发生不安全
状况时保护 电机和系统。
这些电路中的 许多电路都使用比较器，
如果在特定条件下 超过阈值电压，
比较器就会跳闸。
如果在一段时间内 发生这种情况，
驱动器将自动 禁用功率 MOSFET，
以保护电机 和 FET。
保护功能 因驱动器支持的
电机类型、系列 和接口而异。
例如，带有 集成 H 桥的
简单刷式直流 电机驱动器
可能仅具有 基本保护功能，
包括欠压、 过流
和过热。
诸如刷式直流或 无刷直流栅极驱动器等
更复杂的器件可能 需要高级保护功能，
如开路负载检测， 电池或接地短路
诊断、VGS 监测和 栅极驱动器监测。
最后，有些器件 具有硬件接口，
而其他器件 则具有称为 SPI 的
串行外设接口。
SPI 器件提供了 有关发生了什么
故障的更多信息， 并为工程师们提供了
他们希望驱动器在故障 情况下如何响应的灵活性，
我将在下一张幻灯片中 对其进行详细介绍。
电机驱动器上 生成的任何故障的
中心引脚称为 nFAULT， 其可在许多硬件
和 SPI 器件上找到。 此引脚用于报告故障情况。
硬件和 SPI 配置 在故障报告
和故障处理 方面有许多
不同之处。
在硬件设备中， 许多操作参数
都是默认设置的， 除了将 nFAULT 驱动为
低电平以外， 没有任何迹象表明
发生了什么故障。
通常，故障状况 消除后，
器件会自动 重新启动
并启用驱动程序。
在 SPI 器件中， 用户的优势
在于能够准确地 知道发生了
什么类型的故障， 并配置 MCU 将要采取的操作。
如果发生故障 ，则会根据检测到的
故障类型在 SPI 寄存器中 设置一个故障位，
然后基于 SPI 配置， 器件做出故障处理响应。
用户可以允许 器件自动恢复、
清除故障位 或在故障消除后
启用复位脉冲、仅生成 报告或不采取任何措施。
在某些器件中， 由于器件会自动处理故障，
无法对故障 进行配置，
因此 MCU 必须清除 故障位才能恢复正常操作。
现在，让我们讨论一下 电机驱动器中最常见的
四种保护功能。
首先要讨论的 保护功能是
电源欠压锁定 (UVLO)。
如果电机电源 电压 VM 低于 UVLO
下降阈值电压， 就会发生欠压锁定。
如果发生这种情况， MOSFET 和电荷泵
将自动禁用， 并通过将 nFAULT
引脚驱动为低电平 来生成故障。
一旦电机电压 高于 UVLO 上升阈值，
栅极驱动器将重新启用， nFAULT 将被驱动为高电平，
器件将继续 正常运行。
实施欠压迟滞功能 是为了确保欠压
发生在电源 本底噪声之外，
并且不会重复 开关该器件。
下一个保护电路是
电荷泵欠压 (CPUV)。
任何具有高侧 NMOS 功率 MOSFET 的
电机驱动器 也可能包括集成
电荷泵。
所产生的电荷泵 电压会增强高侧
栅极驱动器，因此， 如果电荷泵电压不足，
则无法保证 NMOS 导通。
当电荷泵电压 在任何一点
下降到低于 CPUV 阈值电压时，
MOSFET 将被禁用， 并且通过将 nFAULT
驱动为低电平 来生成故障。
一旦电荷泵电压 高于电荷泵
欠压阈值， CPUV 故障将被消除，
nFAULT 返回 高电平，
器件将继续 正常运行。
电机驱动器的 第三个也是
最重要的功能 是过流保护。
驱动电机时， 功率 MOSFET
用于控制栅极 驱动器的 PWM
开关。
如果出现 VM 短路、
接地或击穿情况，
则必须监测 过流情况，
以防止 FET 的电机 或电机驱动器
发生故障或损坏。
因此，过流保护 (OCP)
可以通过 多种方法集成，
具体情况 取决于器件。
如果输出电流超过 过电流阈值 IOCP，
则会发生 OCP。
当 OCP 发生时，该器件 具有一个快速动作的
模拟电流限制， 在硬短路的情况下，
它将输出电流降至可管理的水平。
如果经过一段时间后 降低的电流超过阈值，
则所有 MOSFET 将被禁用，
nFAULT 将被驱动为低电平。
有些硬件设备 会在故障消除后
自动重试 以启用驱动程序，
而 SPI 器件具有 可配置的模式
来决定在检测到 过流故障后将采取
何种措施。
例如， 如右图所示，
DRV8873-Q1 是一款 带有 SPI 接口的
集成 H 桥驱动器。
在 OUT2 节点 对 VM 的短路
会通过低侧 FET 产生高电流尖峰，
该尖峰超过过流阈值， 从而触发 OCP 故障。
将设置 OCP 故障位， 将 nFAULT 驱动为低电平，
并根据 OCP 配置 模式采取措施。
对于带有外部 MOSFET 的器件，
该 MOSFET 的漏极 和源极引脚之间的
电压差（称为 VDS） 可以与内部阈值
电压进行比较。
如果 VDS 大于 该阈值，
则将触发 VDS 过电流故障。
驱动半桥时， 一次只能
导通一个 FET。
在这种情况下， VDS 监测仅在
开启的 FET 上进行。
让我们分析一下 高侧 FET 的 VDS。
如果高侧 FET 导通 而低侧 FET 关断，
则高侧上的 VDS 等于 RDS(on) 乘以 FET
电流。
RDS(on) 通常 在毫欧范围内。
因此，VDS 是一个 很小的电压，
大约小于 1 伏。
假设输出 对地短路。
现在，当高侧 FET 导通时，
VDS 基本上等于 VM， 并且大量电流
将通过 FET 同步， VDS 超过 VDS 过流
保护阈值， 器件将产生 OCP
故障。MOSFET 将被禁用，
nFAULT 将被驱动为低电平。
同样，对于带有 电流分流放大器
或 CSA 的器件， 如果外部分流
电阻器的电压差 高于 CSA 的阈值电压，
则会发生 OCP。
当低侧 FET 导通时，
VSEN 等于 电流乘以感应
电阻。
同样，感应电阻通常
在毫欧范围内， 因此 VSEN 将是
一个大约小于 1 伏的小电压。
如果检测到 高于阈值的电压，
则将触发 OCP 故障， MOSFET 将被禁用，
nFAULT 将被驱动为低电平。
所有 TI 电机 驱动器中的最后一个
主要保护特性是热保护。
裸片温度通过内部 温度传感器进行监控，
并监控温度 和内部逻辑。
假设负载电流 长时间为 2 安培。
裸片温度 Tj 将随着驱动器的运行
而持续升高。
如果裸片温度 超过热警告跳变点，
则会发生过热 警告或 OTW。
器件将继续运行，
并在 SPI 寄存器中 生成报告。
请务必注意， 并非所有 TI 电机
驱动器都存在过热警告。
如果温度继续 升高并超过
热关断的跳变点，
则会发生 过热关断模式 (OTSD)，
MOSFET 被禁用， 电荷泵被禁用，
nFAULT 被驱动为低电平。
如果是 SPI 器件， 则故障位将被锁存为高电平。
当裸片温度低于 热警告温度
减去热迟滞温度时，
器件将自动重试
以恢复正常工作。
如此大的热迟滞 使器件可以
恢复到较低的温度，
然后再次恢复 正常工作。
根据器件、系列 和接口的不同，
TI 电机驱动器 还具有许多
其他特定的 保护功能。
当电机电压高于 系统额定电压时，
就会发生过压保护。
这样可以防止 电机过载和
输出中的 异常行为。
栅极驱动器故障 指示栅极驱动信号
是否在 PWM 开关 所需的时间段内
适当地改变。
通过在一段时间内 未检测到变化，
可以检测到栅极驱动 引脚上的输出短路。
开路负载检测功能
可在负载从 MOSFET 的 输出级断开时
发送故障。
器件上具有 离线电池短路
和接地短路 诊断功能，
可在电机开始旋转之前 检测外部器件的短路情况。
死区时间是在 TI 智能 栅极驱动架构上实现的
一个特性。
电机驱动器 在输出阶段不断地
打开和关闭 FET， 因此必须关闭
两个 FET 以避免 击穿电流情况。
为实现这一点， 将自动插入
数字死区时间 以保护 FET、
栅极驱动器和 电机的完整性。
此外，智能栅极 驱动器还可以
通过智能监测和 驱动器动作来保护 MOSFET
免受意外导通的影响。
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视频简介
1、保护功能
所属课程：TI 高精度实验室 - 电机驱动
发布时间：2020.04.29
视频集数：11
本节视频时长：00:11:03
了解有关电机驱动器类型，构造和设计的更多信息，以减少设计时间并开发更智能，更安全，更小巧的电机驱动器解决方案。
未学习 1、基本介绍
未学习 2、电机类型
未学习 1、刷式直流基础
未学习 2、H-Bridge
未学习 1、步进电机驱动器基础
未学习 2、步进电机驱动电路
未学习 3、双极步进电机中的微步进
未学习 4、集成式步进驱动器控制接口
未学习 1、无刷直流基础
未学习 4、梯形换向
未学习 1、保护功能
