驱动直流无刷电机，老是烧IR2101S

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 09:53:05

本帖最后由 yichuang_new 于 2020-8-24 09:56 编辑

驱动24V 200W直流无刷电机，在空转时（负载比较轻），电流约为2.1A时，电机转动正常，
当负载比较重时，电流在5A以上时，总是会烧IR2101S（其中一路或多路），用万用表测，
发现IR2101S的第6脚和第7脚短路，而MOS管没有烧。

已经换了快100个IR2101S了，总是这样，轻负载时没问题，重负载时烧。
试着改很多参数，例如R11换成33欧，C27换成470uf啊，都不起效果。

现在唯一怀疑的是驱动IR2101S的ULN2003，高电平输出为5V，低电平为0.6V，而看规格书
IR2101低电平<0.8V，高电平>3V即可，这个也满足条件。
哪位大神，帮忙分析一下原因吧。

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 10:05:05

谁能帮忙解决，我打赏100个汤圆

istars2005 · 发表于 2020-8-24 10:09:26

猜测是D5 C27的问题

istars2005 · 发表于 2020-8-24 10:10:39

另外pwm的频率多少？

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 10:11:34

istars2005 发表于 2020-8-24 10:10
另外pwm的频率多少？

PWM 频率是 16K

istars2005 · 发表于 2020-8-24 10:12:32

D5换快恢复二极管 C27我一般就用1uF的，也是参考别人的设计，不懂如何计算

electricdream · 发表于 2020-8-24 10:14:47

yichuang_new 发表于 2020-8-24 10:05
谁能帮忙解决，我打赏100个汤圆

栅极驱动的主要作用是给MOS管的Ciss电容充电，来使栅极电压达到较为理想的电压值，比如10V以上，所以Ciss是限制开关速度的关键，结果你还并个电容，你看看Ciss才多大。这个电容位置应该放下拉电阻来让MOS在一些不确定的状态下保证正常的关断状态，常用的是4.7k。

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 10:15:21

istars2005 发表于 2020-8-24 10:09
猜测是D5 C27的问题

D5用的是SS14，是肖特基二极管，没有换过这个管。
C27换了很多种型号，选择的是都是高频低阻的电容，应该算是比较好的。
现在的问题是低负载时，电机转动很正常，测波形也正常。
负载一重，就烧IR2101，奇怪的是IR2101烧时，也没有发烫啥的，P6和P7就悄悄地短路

zqbing · 发表于 2020-8-24 10:18:24

1、MOS驱动有加快速关断，驱动VS引脚会产生过高负压，因容易损坏；可以在VS引脚串一个小电阻（4.7R）或者去掉快速关断；
2、3相半桥位置没有加陶瓷电容（10UF+0.1UF），注意这3组电容一定分别靠近各组半桥放置跨接MOS，少了这3组陶瓷电容，很容易出现莫名其妙的问题；
3、重点检查PCB走线；电源回路，驱动回路等，走线不好，也会引起这种问题；
4、自举电容会不会太大，充电时间过久，软件控制有没有问题，当然这个与载波频率有关，需要具体看；

electricdream · 发表于 2020-8-24 10:21:30

yichuang_new 发表于 2020-8-24 10:05
谁能帮忙解决，我打赏100个汤圆

可以参考一下这个文章，对设计驱动有个基本的认识

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 10:21:40

electricdream 发表于 2020-8-24 10:14
栅极驱动的主要作用是给MOS管的Ciss电容充电，来使栅极电压达到较为理想的电压值，比如10V以上，所以Ciss ...

这是上臂的波形图，电压有自举

z123 · 发表于 2020-8-24 10:23:28

zqbing 发表于 2020-8-24 10:18
1、MOS驱动有加快速关断，驱动VS引脚会产生过高负压，因容易损坏；可以在VS引脚串一个小电阻（4.7R）或者去 ...

“2、3相半桥位置没有加陶瓷电容（10UF+0.1UF），注意这3组电容一定分别靠近各组半桥放置跨接MOS，少了这3组陶瓷电容，很容易出现莫名其妙的问题；”

请问老哥的意思是，每个半桥的正负之间，加一对陶瓷电容做滤波吗？

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 10:25:51

electricdream 发表于 2020-8-24 10:14
栅极驱动的主要作用是给MOS管的Ciss电容充电，来使栅极电压达到较为理想的电压值，比如10V以上，所以Ciss ...

electricdream · 发表于 2020-8-24 10:26:11

yichuang_new 发表于 2020-8-24 10:15
D5用的是SS14，是肖特基二极管，没有换过这个管。
C27换了很多种型号，选择的是都是高频低阻的电容，应该 ...

自举电容我一般都用的100nf，你那么高频率，电容充放电时间够吗？如果是闭环控制，重载时会不会不断增加PWM的占空比导致电容没有充放电时间了。

zqbing · 发表于 2020-8-24 10:28:08

z123 发表于 2020-8-24 10:23
“2、3相半桥位置没有加陶瓷电容（10UF+0.1UF），注意这3组电容一定分别靠近各组半桥放置跨接MOS，少了这 ...

是的，有时效果很明显；同时你要检查一下你的PCB；
另外还发现2个问题，
1、驱动IC的VCC引脚都没有加陶瓷滤波电容，这个也会引起驱动IC异常或者烧毁，这个陶瓷电容要靠近驱动IC引脚；
2、6个MOS都没有加10K下拉电阻；

zqbing · 发表于 2020-8-24 10:29:38

zqbing 发表于 2020-8-24 10:28
是的，有时效果很明显；同时你要检查一下你的PCB；
另外还发现2个问题，
1、驱动IC的VCC引脚都没有加陶瓷 ...

当成楼主回复了

。楼主可以参照这个回复看；

z123 · 发表于 2020-8-24 10:33:02

zqbing 发表于 2020-8-24 10:28
是的，有时效果很明显；同时你要检查一下你的PCB；
另外还发现2个问题，
1、驱动IC的VCC引脚都没有加陶瓷 ...

已打赏手头可以支付的汤圆

“1、MOS驱动有加快速关断，驱动VS引脚会产生过高负压，因容易损坏；可以在VS引脚串一个小电阻（4.7R）或者去掉快速关断；”——这个学到了，感谢科普~

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 10:35:50

zqbing 发表于 2020-8-24 10:28
是的，有时效果很明显；同时你要检查一下你的PCB；
另外还发现2个问题，
1、驱动IC的VCC引脚都没有加陶瓷 ...

1.PCB板这次布得不是很好，本来是想布4层板，但为了节省成本，用了2层板，地线有一定的干扰。
但我通过割线的方式，把电机输出的地，直接接到电源输入端，使其回路最短。
2、陶瓷电容如何加？在VCC与地之间加？
3、对地接10K的电阻，MOS的g端都对地下拉10K？

wpy · 发表于 2020-8-24 10:38:01

C27太大，改2uF以下

fengyunyu · 发表于 2020-8-24 10:39:25

扫盲和实战贴

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 10:40:35

zqbing 发表于 2020-8-24 10:29
当成楼主回复了。楼主可以参照这个回复看；

已经打赏你20个汤圆了
陶瓷电容如何加，再科普一下

xuyapple · 发表于 2020-8-24 10:41:56

yichuang_new 发表于 2020-8-24 10:35
1.PCB板这次布得不是很好，本来是想布4层板，但为了节省成本，用了2层板，地线有一定的干扰。
但我通过 ...

2，Q1的2脚和Q4的3脚之间加瓷片电容，IR2101S的VCC也要加瓷片电容
3，Q1，Q4的1脚和3脚之间加10K电阻
可以把PCB布局布线发上来看看有没有什么问题

xuyapple · 发表于 2020-8-24 10:43:57

yichuang_new 发表于 2020-8-24 10:40
已经打赏你20个汤圆了
陶瓷电容如何加，再科普一下

自举电容C27不要用100uF的电解电容，用0.1uF、1uF的瓷片电容，根据开关频率、驱动需求可以算出电容所需要的容值

zqbing · 发表于 2020-8-24 10:44:42

yichuang_new 发表于 2020-8-24 10:35
1.PCB板这次布得不是很好，本来是想布4层板，但为了节省成本，用了2层板，地线有一定的干扰。
但我通过 ...

如图，下拉电阻就是你那6个电容改为电阻即可；不是都对地，就是MOS的 VGS之间的下拉电阻；

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 10:50:24

xuyapple 发表于 2020-8-24 10:43
自举电容C27不要用100uF的电解电容，用0.1uF、1uF的瓷片电容，根据开关频率、驱动需求可以算出电容所需要 ...

在这个应用中，陶瓷电容比电解电容好？
我看其它的帖子，都说这个电容越大越好，所以我才选择为100uf，
我下午换成1uf试试

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 10:52:14

zqbing 发表于 2020-8-24 10:44
如图，下拉电阻就是你那6个电容改为电阻即可；不是都对地，就是MOS的 VGS之间的下拉电阻； ...

C27,C28,C29的100uf电容要改小吗？

zqbing · 发表于 2020-8-24 11:03:13

yichuang_new 发表于 2020-8-24 10:52
C27,C28,C29的100uf电容要改小吗？

一般不会用那么大，驱动6个MOS，16K的频率，1UF足够，有近似工程计算的，实际可能只需要几百nF；
自举电容一般典型范围0.1UF~10UF，陶瓷。如果电解可能会大到47UF这种，电解漏电流大；
还有用的太大自举电容我也遇到过问题，比如充电充不满，充电电流太大，会引起其前端电路瞬间拉电等；你可以测量一下VGS波形，整个范围运行都是否OK。自举电容选取与PMW频率及电机换向频率也是相关的；

jxnclff · 发表于 2020-8-24 12:25:18

示波器220地悬空，探头地接6脚，探头测7脚波形，逐步加大负载，上传测试图，应该能从波形上看出问题。
个人猜测原因：反电动势造成的击穿。D5不用肖特基，用高压快恢复管试试

istars2005 · 发表于 2020-8-24 12:51:58

C27改成1uF，重载时候也要控制PWM不要超95%

117433525 · 发表于 2020-8-24 13:09:32

MOS管本身就有GS结电容,这个结电容越大,负载就越大,你加的那个103并在GS端,对2101来说,负载就非常大了.
驱动MOS管高电平时还有22R电阻限流一下,而驱动MOS管低电平时是一个二极管所以HO脚抗不住.过流击穿了你的2101的HO脚

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 13:16:54

117433525 发表于 2020-8-24 13:09
MOS管本身就有GS结电容,这个结电容越大,负载就越大,你加的那个103并在GS端,对2101来说,负载就非常大了.
驱 ...

去掉103的电容，改成10K的电阻，也是烧。
我下午准备把C27的100uf电容改成10uf的试试

442502587 · 发表于 2020-8-24 13:33:47

不知道用2003做什么，直接单片机IO口过去不行吗，我觉得ULN2003关断的时候不够快导致上下桥导通

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 13:46:20

442502587 发表于 2020-8-24 13:33
不知道用2003做什么，直接单片机IO口过去不行吗，我觉得ULN2003关断的时候不够快导致上下桥导通 ...

用uln2003有两个目的：
1、保证下臂和上臂同一时间内是相反的，不会同时导通。
单片机的资源有限，PWM没有那么多路，如果不用ULN2003，就要用到6路PWM
2、也起到单片机与IR2101隔离的作用，不会烧单片机，当然下臂也直连了

442502587 · 发表于 2020-8-24 13:54:49

yichuang_new 发表于 2020-8-24 13:46
用uln2003有两个目的：
1、保证下臂和上臂同一时间内是相反的，不会同时导通。
单片机的资源有限，P ...

为什么不用 IR2103S

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 14:05:18

442502587 发表于 2020-8-24 13:54
为什么不用 IR2103S

根据直流无刷电机的驱动原理：
A B C 相，在同一个时刻，总是有一相是关闭，即其中一相的上臂和下臂都关闭。
IR2103不知道是否可以满足？没有认真看过

zf12862177 · 发表于 2020-8-24 14:45:48

基本可以断定楼主的原理图重大错误，C27错误，不是容值问题，而是这么大容值多半你选的是电解电容，这种电容寄生电感很大，在MOS开关中基本等于串了各电感。

所以，这个地方必须换成最大不超过0805的陶瓷电容，耐压25V足够，容值当然越大越好。最好选择0603的，1uf足够

zf12862177 · 发表于 2020-8-24 14:48:28

有很多楼都提到了C27的问题，但是没有提到根本原因，不是容值的原因，而是因为寄生电感的原因。MOS开关的摆率可达15V/40ns，相当于10M频率，而0603封装的陶瓷电容寄生电感差不多就有5nH，所以换成其他电容可想而知造成的自感电动势有多高。

yichuang_new · 发表于 2020-8-24 15:04:17

zf12862177 发表于 2020-8-24 14:45
基本可以断定楼主的原理图重大错误，C27错误，不是容值问题，而是这么大容值多半你选的是电解电容，这种电 ...

和电容的封装有关系？要选0603的？

zf12862177 · 发表于 2020-8-24 17:08:14

yichuang_new 发表于 2020-8-24 15:04
和电容的封装有关系？要选0603的？

是的，准确的说是跟电容的材质，封装都有关系，在电路上涉及到MOSfet开关的都是属于高频，需要进行等效分析，电解电容，引线电容，大电容的寄生电感，电阻将不可忽视
0603的陶瓷电容一般寄生电感5nH左右，可用于几十Mhz的电路上。0805可用于几Mhz，而电解电容通常用在几十Khz上。否贼就会应为寄生电感，产生尖峰毛刺击穿半导体

Elex · 发表于 2020-8-24 23:05:46

yichuang_new 发表于 2020-8-24 10:52
C27,C28,C29的100uf电容要改小吗？

自举电容大小要包装最低转速时电容存电电压能维持上臂导通。
你的问题估计出在泄放电路无限流电阻，驱动臂在关断mosfet时过载了。建议给D10串联一个10欧姆电阻，或在IR2101的7脚串联一个10欧姆电阻再连到D10和R11。

aduecho · 发表于 2020-8-25 03:47:32

建议更换SS14试试，换成M7(4007)或者其它耐压高点的二极管试试。

genhao2 · 发表于 2020-8-25 06:52:35

学到了，谢谢

cc1987 · 发表于 2020-8-25 07:20:03

学习了 pwm控制mos管电路

yichuang_new · 发表于 2020-8-25 08:46:05

aduecho 发表于 2020-8-25 03:47
建议更换SS14试试，换成M7(4007)或者其它耐压高点的二极管试试。

你是认为SS14损坏了？实际上没有坏

yichuang_new · 发表于 2020-8-25 09:03:45

昨天按大神们的建议，修改为如上图，
还是会烧IR2101，如果我把SS14去掉，变成会烧MOS管

现在能怀疑的是有两点：
1、IR2101输入，若输入0.8V~3V之间的中间电平，不管情况会如何？
因为负载重时，干扰信号就大，有可能会有0.8V~3V的信号输入，这样子是否
会导致烧IR2101呢？
2、ULN2003可能导通得不够及时，死间点宽，导致烧IR2101？
现在烧时，由于是瞬间的事，用示波器都很难测到，抓狂了

changhui0222 · 发表于 2020-8-25 09:05:12

本帖最后由 changhui0222 于 2020-8-25 09:10 编辑

yichuang_new 发表于 2020-8-25 08:46
你是认为SS14损坏了？实际上没有坏

1、把所有IR2101的C27 换成 1uf 陶瓷电容； 2、把所有MOS的D10和C30去掉； 3、把ULN2003去掉、把所有PHA上拉电阻去掉，用IO直接驱动。
如果这些都做了还出问题，就是软件问题。

yichuang_new · 发表于 2020-8-25 09:52:37

changhui0222 发表于 2020-8-25 09:05
1、把所有IR2101的C27 换成 1uf 陶瓷电容； 2、把所有MOS的D10和C30去掉； 3、把ULN2003去掉、把所有PH ...

如果是软件问题，那会是什么问题呢？
例如上臂和下臂同时导致的话，烧的应该是MOS管吧？
而且在低负载的情况下，24V 2.2A左右，直流无刷电机转得很好呀。
负载重，24V 3A以上，就开始作怪了

R88 · 发表于 2020-8-25 09:54:11

示波器夹在Ho和Hs之间，示波器设置个触发，烧得时候可能超压了。把死区时间调大看看吧。还有上传的波形低电平期间会有脉冲？

yichuang_new · 发表于 2020-8-27 09:04:56

Elex 发表于 2020-8-24 23:05
自举电容大小要包装最低转速时电容存电电压能维持上臂导通。
你的问题估计出在泄放电路无限流电阻，驱动 ...

找到会烧IR2101的原因了，你的答案是对的。
但不是串10欧，因为在堵转时，电流的会达到30A（24V），
所以要串1~5.1欧的电阻。
打赏你10汤圆

z123 · 发表于 2020-8-27 09:53:06

yichuang_new 发表于 2020-8-27 09:04
找到会烧IR2101的原因了，你的答案是对的。
但不是串10欧，因为在堵转时，电流的会达到30A（24V），
所以 ...

电机堵转电流过大，会影响到MOS驱动芯片的泄放电流？

yichuang_new · 发表于 2020-8-27 10:04:45

z123 发表于 2020-8-27 09:53
电机堵转电流过大，会影响到MOS驱动芯片的泄放电流？

是的，现在的情况是这样的

john78 · 发表于 2020-8-27 10:29:17

ULN2003为了反相？换用74HC14之类。

yichuang_new · 发表于 2020-8-27 10:44:54

john78 发表于 2020-8-27 10:29
ULN2003为了反相？换用74HC14之类。

恩，可以换74HC14，我现在准备改用IR2104。

pll19840511 · 发表于 2020-8-27 11:01:50

楼主没找到原因，我觉得根本原因在于假如你加了SS14,SS14电压和漏电流都有问题，去掉SS14后2101就没问题了，漏电流问题解决了，至于去掉SS14为什么会烧MOS，是因为你的C30,MOS的驱动端的上升时间达到2.2XR11XC30=400ns,下降沿同样的问题。所以你应该将SS14改为4007或者其他漏电流小的管子，另外就是将C30去掉。下管有同样的问题。

yichuang_new · 发表于 2020-8-27 13:08:05

pll19840511 发表于 2020-8-27 11:01
楼主没找到原因，我觉得根本原因在于假如你加了SS14,SS14电压和漏电流都有问题，去掉SS14后2101就没问题了 ...

新的原理图见第45楼，C30已经去掉了，
我是在第45楼的基本上再在SS14串10欧的电阻

john78 · 发表于 2020-8-27 13:18:40

pll19840511 发表于 2020-8-27 11:01
楼主没找到原因，我觉得根本原因在于假如你加了SS14,SS14电压和漏电流都有问题，去掉SS14后2101就没问题了 ...

漏电流，SS14是比较大。

z123 · 发表于 2020-8-27 13:40:19

yichuang_new 发表于 2020-8-27 13:08
新的原理图见第45楼，C30已经去掉了，
我是在第45楼的基本上再在SS14串10欧的电阻 ...

请问是哪个ss14呢？mos管g极的那个吗？

pll19840511 · 发表于 2020-8-27 13:40:20

如果去掉C30,管子换成4007会出现烧掉这个现象吗？

aduecho · 发表于 2020-8-27 14:22:18

yichuang_new 发表于 2020-8-25 08:46
你是认为SS14损坏了？实际上没有坏

ss14反向耐压只有40v,他被反向击穿后高压都加到输入端，类似起了40v稳压管的作用。我最近正好也在用IR2101s,在选择那个充电二极管时我曾短暂的考虑过这个问题，我用的4007.

yichuang_new · 发表于 2020-8-27 14:27:49

z123 发表于 2020-8-27 13:40
请问是哪个ss14呢？mos管g极的那个吗？

对的，是在MOS管G级的SS14上串电阻

yichuang_new · 发表于 2020-8-27 14:29:48

pll19840511 发表于 2020-8-27 13:40
如果去掉C30,管子换成4007会出现烧掉这个现象吗？

如果只是去掉C30，也还是会烧IR2101的（负载重时烧，轻不会烧）
我没有换过4007，我考虑过电压的问题，我准备换成SS16

songyongpan · 发表于 2020-8-27 14:38:04

yichuang_new 发表于 2020-8-25 09:03
昨天按大神们的建议，修改为如上图，
还是会烧IR2101，如果我把SS14去掉，变成会烧MOS管
现在能怀 ...

怎么能够去掉SS14测试呢？你这不是瞎整，自举电路你先去了解一下

elevator2020 · 发表于 2020-8-27 15:15:38

IR2101一般不太会烧啊

jsband · 发表于 2020-9-2 18:03:31

songyongpan 发表于 2020-8-27 14:38
怎么能够去掉SS14测试呢？你这不是瞎整，自举电路你先去了解一下

我也是难以置信，简直是瞎搞，后来看到MOS管G极那里用的也是SS14

zw_7627 · 发表于 2020-9-6 21:12:56

Elex 发表于 2020-8-24 23:05
自举电容大小要包装最低转速时电容存电电压能维持上臂导通。
你的问题估计出在泄放电路无限流电阻，驱动 ...

D10取4148可否。如果Q1~Q6中有烧坏的现象，该如何分析？

BOBOD3610 · 发表于 2020-9-6 21:27:50

空载电流感觉都不对

zlutian · 发表于 2020-9-6 23:20:37

楼主，应把PCB图也发上来，半桥驱动跟PCB走线有很大的关系。

yichuang_new · 发表于 2020-9-10 10:42:58

回复所有关注本帖的网友：
经过这几天的调试，情况是这样的：
1、用足功率的开关电源（电机24V 10A，开关电源功率400W），用45楼的原理图测没有任何问题。
2、用环形变压器（只有200W），负载重时（电流8A+），就会出现烧驱动芯片的现象

霸气侧漏 · 发表于 2020-9-10 11:02:03

yichuang_new 发表于 2020-9-10 10:42
回复所有关注本帖的网友：
经过这几天的调试，情况是这样的：
1、用足功率的开关电源（电机24V 10A，开关 ...

莫非是驱动电压不足?

msichina2w · 发表于 2020-9-20 09:40:38

yichuang_new 发表于 2020-9-10 10:42
回复所有关注本帖的网友：
经过这几天的调试，情况是这样的：
1、用足功率的开关电源（电机24V 10A，开关 ...

应该与电源关系不大，主要查原理与PCB噪声问题

adcr · 发表于 2020-9-20 11:59:31

为什么要叫个ULN2003A呢，这玩意速度不够啊，怀疑是因为它速度不够造成IR上下组冲突了造成损坏的
电平合适，一般都是用CPU直驱它

flye_123 · 发表于 2020-10-22 21:24:37

关断需要加个10R左右的电阻，自举电容用个10UF足够，2101的VCC端还是需要加0.1uF的退耦电容

kzzzzzzzzzz · 发表于 2020-10-22 22:19:32

本帖最后由 kzzzzzzzzzz 于 2020-10-22 22:26 编辑

D10串个电阻

xymxym · 发表于 2022-6-13 22:43:00

请教楼主，这个问题解决了吗？

我也碰到类似的问题，苦恼！

qwe2231695 · 发表于 2022-6-14 00:22:53

应该严格按照规格书来做。

zszs · 发表于 2022-6-20 21:12:03

Elex 发表于 2020-8-24 23:05
自举电容大小要包装最低转速时电容存电电压能维持上臂导通。
你的问题估计出在泄放电路无限流电阻，驱动 ...
(引用自40楼)

大佬可以细说一下吗，我询问别人和在网上找到的关于加电阻的问题全是降低emi。

驱动直流无刷电机，老是烧IR2101S

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