CPLD(XL9536)の内蔵プルアップ抵抗

質問

XL9536からの出力を、外部のプルアップ／ダウン抵抗、TC4427ゲートドライバ、ゲート抵抗、P型N型HブリッジFET、モータとして回路を構成しています。
XL9536は前段のマイコンの信号をロジックで整理し、デッドタイム生成をする目的で使用しております。

通常の動作には問題ないことをオシロスコープでも挙動でも確認できているのですが、何かのタイミングにFETが焼けてしまっており困っています。
FETのVDSS、ID、VGSSは仕様の範囲に収まっており、モータをロックしても少々の発熱で済んでおります。

稀に起きる事態として、XL9536より前段のシステムが断線しかけの配線などにおり落ちる現象は目にしており、もしかするとこれが関係あるかもしれないと考え始めました。

XL9536は、通常の動作時はデッドタイムが入るのでHブリッジに貫通電流が流れることは
ありませんし、外部のプルアップ／ダウン抵抗は各ゲートをOFFにする側として、
P側はプルアップを、N側はプルダウンをそれぞれ10kΩでしております。
また、前段のシステムが落ちた場合に、リセット系の信号をきちんと拾えていれば
CPLDの出力はすべてLowとなり、P側がONになる仕様でした。（すべてOFFにすべきでしたが。）

内蔵プルアップ抵抗がどういったタイミングで機能するか厳密な記載は
見つけられませんでしたが、P側はOFFになり、N側は外部のプルダウン抵抗と
分圧されて不安定な状態になる構成です。しかしP側がOFFであれば貫通電流は流れません。

内蔵プルアップ抵抗が一部のピンにのみ機能し、P側が正常な状態としてONに固定され、
N側は内蔵プルアップ抵抗が機能してゲートドライバの入力が不安定な状態になり
結果として貫通電流が流れるなんていうことは有り得るものでしょうか？

回答No.1

kuro804 · ベストアンサー

こんばんは

一般的なこととして
その１
リセットを有するCPU等にモータの駆動ロジックを任せる場合は、リセット時及びリセットから正常に立ち上がるまでの時間は、ＣＰＵのI/O端子の状態は通常保証されていませんので、この時間は他のハードによってモータの駆動を安全にロックさせる仕組みを追加します。
むろん、モータ駆動用の電源に対しても、駆動回路及びモータの損傷、誤作動を防止する機能を必要とします。

その２
”モータをロックしても少々の発熱で済んで．．．”との記述からは、やや心配な気持ちが持ち上がります。それはモータの発熱が全くなくても、高速な半導体は瞬時でも規定値を越えると破損或いは信頼性が損なわれます。　モータロック時の積極的な対応はされているのでしょうか、
モータに流れる電流を監視して、駆動素子が耐えうるマイクロ秒或いはミリ秒程度の応答で電流を遮断出来る機能が必要になる場合があります。

その３
”貫通電流が流れる”事による障害は良く経験しました。
最も多い例は電源が別々に投入されるロジック間で入出力が接続された状態では、電源入りの状態の出力端子側から電源オフの機器の入力端子に、この入力端子の素子には貫通電流が流れ込みます。　この結果入力端子からその素子の電源端子側へ流れ込み、本来ゼロボルトの電源があたかも電圧が供給されたような状態になり、不可解な症状を生じます。
対応はいろいろありますが、例えば入力端子の特性が電源オフ時にも高インピーダンスを保証された素子を使用することです。

その４
文章から駆動素子に流れる電流の観測はされていないようですので、素子破壊は１００％近く、素子の電流、電圧の監視で確認出来ます。
とりあえず、小抵抗を挿入してオシロスコープでマイクロオーダの時間での電流を観測を行いましょう。トリガーを有効に使用すればそれほど困難な事では無いはずです。

以上。　参考になれば幸いです。

補足

諸々教えてくださり、ありがとうございます。
特に「その１」の「他のハードによってモータの駆動を安全にロックさせる仕組みを追加」という部分なのですが、そもそもCPLDでは安全にロックさせる仕組みとして不十分という常識があったりしますでしょうか？
CPLDの電源を、別のICに内蔵の最大50mAのレギュレータからとっていて、容量は十分には見えますが、そのICの挙動に合わせて3Vくらいまでは下がるなどをオシロスコープで確認しており、ちょっと怪しいかなと思っていたりします。また、書き込み時に内蔵のプルアップが機能すると、ゲートドライバに対して不定な電位にもなりうることを確認しました。（というよりも、そもそもプルアップが私のイメージしたように動いておらず、周辺の回路なしで見て1.7Vにしかなっていないようでした。）
CH数の多いオシロが無いので、確認できている事象が少ないのと、焼ける現象を完全に再現できている訳では無いので、お知恵をいただくにも情報不足で申し訳ございません。

回答No.3

kuro804

こんばんは　ＡＮｏ１です

補足の質問にお答えします。

”そもそもCPLDでは安全にロックさせる仕組みとして不十分という常識があったりしますでしょうか？”

に対する当方の回答は　貴方と”十分であるか無いかを”、”常識か否か”を議論するつもりはないのです。

私の回答は、そのような疑問を貴方に提示出来ればいいのであり、できれば　それをきっかけにさらに深く考察をされる事で問題の解決につながれば良しとするものです。

お礼

お答えくださり、ありがとうございます。
書き方が悪かったかもしれません。私も議論をしたいがために補足を記載させていただいたのではなく、これまで私の考えていことが他の方にとってどういう印象であるのかを知りたかったのです。もちろん、十分という基準はそれぞれなので、比較するのが容易でないことは承知しておりますが、それをきっかけとしたい想いでした。
お陰様で、調べてみて「CPLDは電源投入直後からすぐに動作する素直なデバイス」ということも知りました。
・CPLDの電源
・内蔵プルアップが万一動作した際の挙動
というあたりを見つつ、今の構成で貫通電流が生じる可能性を少しでも潰してみたいと思います。

回答No.2

kabasan

デッドタイム作るとフライホイール電流による起電力でVDSS超えないように気をつけないと、
案外簡単に絶縁破壊しますよ。
１さんがおっしゃるように主要ポイントの電圧監視してみましょう。