产品结构介绍
某产品结构组成如上示意图:由五部分PCBA组成:
(1)PCBA0---产品主控制器,基于TI,LM5069的智能MOS保护电路,对后级进行过流、短路保护;当后级电流超过10A时,LM5069会自动关闭输出,停止对后级PCBA电路的供电;
(2)PCBA3,PCBA1,PCBA2,PCBA4---关节电机伺服控制器,硬件、功能一模一样;其中含基于电阻分压的48V_2母线检测电路;当48V_2低于36V(电阻分压后MCU端低于1.16V)时,PCBA发出欠压报警;
(3)各PCBA之间采用软质线缆连接;线缆含电源(48V)、信号(EtherCAT)两部分;
(4)产品正常工作状态---以上五款PCBA相对位置位置时刻发生变化,即线材时刻发生扭转状态;
问题描述
本产品某型号机器在连续约3个星期老化运行后,约每4小时PCBA1,PCBA2,PCBA4就会发生一次欠压报警;
问题分析排查
可能原因1:LM5069限流阈值偏小,导致误触发过流保护?
猜测:
运行过程中某些原因误触发LM5069过流保护,导致LM5069的输出48V被关闭;验证:(1)正常运行峰值电流3.8A(过流阈值为10A),波形如下:
通道1:关节上电压48V采集点(MCU引脚端);---J2轴
通道2:LM5069输出电压48V(底座控制器端);
通道3:LM5069输出电流;
通道4:LM5069输出电压48V(伺服控制器端);---J1轴
示波器设置触发捕抓模式:触发源为通道1(MCU引脚端);
(2)触发源改为通道2,触发电平45V;
测试中总共复现3次故障(没有J3轴),但示波器均未能捕捉到波形;
说明LM5069输出(控制器端)48V母线电压没有掉落;
结论:
结合运行时电流峰值及故障瞬间LM5069输出情况,排除异常停机与LM5069限流有关;
可能原因2:MCU是否真的检测到48V掉线?
猜测:
根据以上可能原因1验证,LM5069输出电压并没有任何掉落;
是否伺服母线电压采集引脚电压也不会掉落,报警仅是MCU数据代理处理问题?
验证:
测试以下信号:
通道1:关节上电压48V采集点(MCU引脚端);---J2轴
通道2:LM5069输出电压48V(底座控制器端);
通道3:LM5069输出电流;
通道4:LM5069输出电压48V(伺服控制器端);---J1轴
示波器设置触发捕抓模式:触发源为通道1(MCU引脚端);
结论:
测试中虽没有复现故障停机,但通过示波器波形可知:
(1)MCU的A/D引脚端确实出现电压跌落现象;
(2)伺服端48V母线也有较大电压跌落,多次测试中最大跌落至32.5V;
从上实验可知,MCU确实检测到母线电压掉落,从而触发欠压报警;
软件处理代码并没有问题;
另:底座控制器到J2轴线缆阻抗500mΩ(万用表测试);
可能原因3:馈能电路导致母线电压掉落?
猜测:
从上实验2可见,J2轴伺服端48V母线频繁出现较大的电压跌落;
是否馈能电路误打开导致J2轴母线48V跌落?
实验:
通道1:关节上电压48V采集点(MCU引脚端);---J2轴
通道2:LM5069输出电压48V(伺服控制器端);
通道3:LM5069输出电流;
通道4:馈能电路的比较器输出端;---J3轴
示波器设置触发捕抓模式:触发源为通道1(MCU引脚端);
结论:
测试中虽没有复现故障停机,但通过示波器波形可知:
48V母线电压跌落瞬间,比较器输出0.6V;依馈能MOS管规格书(D-S极导通阈值Vgs≥1.2V);正常来说0.6V不会导致馈能电路误打开;
需进一步验证;
可能原因4:电源线材断路?
猜测:
对比分析之前多次测试情况:
异常瞬间,J1轴48V母线有明显跌落,但J3轴却几乎没有受影响;
是否J3-J1轴之间电源线发生断路?
验证:
万用表测量J3-J1轴之间电源线电阻时,发现48V负极(地线)电阻无穷大;
拨开线缆外皮后,发现地线已经断开;
结论:
(1)48V地线的断开处有被压痕迹(非卡扣压),猜测是Z轴运动中异常拉扯到;
(2)测试部老化测试中,地线已藕断丝连现象,所以偶尔触发欠压报警;
问题排查期间,线材已全断,但测试飞线原因,飞线导致J3-J1轴电气参考地仍连在一起.
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