[参考译文] UCC28180：UCC28180：我已设计390W PFC、您能否确认我的设计是否可行

您好，Balakrishna，  

我认为您已经可以附加一个包含您先前 E2E 主题的原理图的 PDF 文件。
该文件非常清晰、易读且可扩展。  非常感谢。  

PFC 在 MOSFET 发生故障前运行多长时间。  很长时间？  只需几分钟？  几秒钟？   
FET 发生故障时、输入电压是多少？   
正常输入范围是多少？  (85Vac 至265Vac、还是其他范围？)

使用电流探头检查电感器电流、以确保其不会饱和。  
检查 MOSFET 漏极电压、确认没有过多的电压尖峰。  

R24处的17.4kR 对120kHz 开关频率进行编程。   确保 Q1具有足够的散热、以适应开关损耗以及传导损耗。  

检查 D2处的 MUR460S 是否具有足够的冷却、以避免反向恢复电流的热失控。  这可能会损坏 MOSFET。   
在 MOSFET 漏极中使用电流探头检查峰值电流、并查看是否有任何异常或意外情况。

栅极驱动电阻器 R21 = 4.7R、R3 = 1.07R。  我建议尝试交换这些值、以便 R21 = 1R (不需要高精度)和 R3 = 4.7R。
这样、开通驱动是相同的、但关断驱动强度提高~5倍。  这可能有助于减少关断损耗。  注意：检查传导 EMI、因为更快的关断可能产生更高的噪声。  可能需要进行折衷。  

C19应该是0.47uF、而不是4.7uF。

要获得390V 输出、请保持 R13 = 14.7k、并将 R2 + R4 + R7更改为77 x 14.7k = 1131.9kR。  最好使用3个阻值相等或接近相等的电阻器来实现这一点。
由于1132k 不能平均除以3、我建议 r2=r4kR、r7= 383kR。  得到这些值后、Vout 应 约为389.7V。  
如果您需要 Vout > 390V、则  R2=R4=383kR、R7= 374kR 会将 Vout 设置为大约392.7V。   其他值变化可能使 Vout 介于389.7和392.7V 之间。  

此致、
乌尔里希

尊敬的 Ulrich：

非常感谢您提供宝贵意见。

交流输入电压：90Vac 至265Vac。

MOSFET 在无负载情况下运行良好、  

MOSFET 故障情况：  

在 PFC 输出端施加电阻负载1A、并在30V 交流电压下(通过自动变压器)打开交流输入、 此时在数秒内发生 MOSFET 故障。

请告诉我根本原因。

我们将为 MOSFET 使用适当的散热器。

您好，Balakrishna，  

在30Vac 输入和1A 输出负载的情况下、我认为您的电感器会变得饱和、并且通过高峰值电流对 MOSFET 施加过应力。
MOSFET 散热可能适合于正常输入条件(90Vac 和更高)、但对于极低线路(30Vac)来说不足。

 因此我建议在电感器和/或 MOSFET 漏极路径上放置一个电流探头。  您可以看到电流波形并确定是否正在发生饱和。   
假定 PFC 能够成功地将输出电压提升至390V、1A 负载代表390W 的输出功率、在输入电压为30Vac 时、输入功率至少为440W+。
440W/30V = 14.67Arms = 20.7A 峰值电流(不包括开关纹波电流)。  通常情况下、在90Vac 时、峰值线路电流为该值的1/3、或者大约~7Apk。  

电流为0A 时、306uH 的磁粉芯电感器可能在7A 的偏置电流下向下摆动至150~100uH、但在20.7A 时可能摆动<40uH、这将允许纹波产生更高的峰值。  然而、 如果 ISENSE 超过0.4V 的阈值、UCC28180控制器的峰值电流限制功能(PCL)应限制逐周期 PWM 导通时间。    0.4V/(0.1R/3)= 12 Apk。   与此相比、有两种因素可以达到高峰值：a) ISENSE R-C 滤波器的关断延迟和 b) MOSFET 栅极驱动器的关断延迟。

R22和 C16对 ISENSE 输入形成0.22us 延时时间、R21限制来自 Q1栅极的峰值放电电流。  这两种延迟都使峰值漏极电流从 R11上的电压超过0.4V 之日起稍微增大一点。  在30Vac 输入下、这种额外上升幅度将不如输入为264Vac 时那样 大、但高电流已经显著降低了升压电感、因此会出现一些额外的峰值。  

为避免在测试期间损坏 MOSFET、我建议在空载(非满载)情况下启动 PFC、并在将负载增加到0A 以上之前将输入电压从30Vac 增加到至少90Vac 或更高。  如果您只具有用于负载的电阻器、则会很困难。  如果可能、采集电子负载(电子负载)、从而允许您使用恒定电阻或恒定电流模式动态地更改 PFC 输出上的负载。  

但务必要检查电感器电流、以确定测试期间发生了多大的饱和电流以及允许的峰值电流大小。  

此致、
乌尔里希

尊敬的 Ulrich：

感谢您提供见解。

我的 PFC 系统的输入电压在90Vac 至265Vac 之间变化。 我通过自动变压器为 PFC 系统提供输入电压。 当我将输入电压从0V 增加到265Vac 时、在空载条件下、PFC 电压(385Vdc)会在45Vac 打开。 在空载条件下、MOSFET 故障不会出现问题。

我需要帮助确保 PFC 在85Vac 时开启。 您能提供一些建议吗？

您好，Balakrishna，  

要在 UCC28180中添加一个掉电和掉电(BI/BO)函数，我建议遵循 此 EVM 用户指南： https://www.ti.com/lit/pdf/sluub81中图1 (第5页)右下角所示的电路 。  它将 LM8364-20用作自供电比较器、并具有内置基准、  通过2个信号 MOSFET 控制 LM5023反激式控制器的软启动引脚(SS)。  

在您的应用中、类似的电路可以控制 UCC28180的 VSENSE 输入、以提供 BI/BO。    
组件值会根据 BI/BO 要求进行调整、但要受到 LM8364的限制。  

此致、
乌尔里希

我可以添加新电路吗？

是否有机会调整当前设计中的元件值？

我只遵循了您的参考设计、为什么 PFC 未在85VAC 的电压下打开？    

您好，Balakrishna，  

UCC28180控制器没有任何内置 BI/BO 功能。  因此、它将在 VCC > 11V 且 VSENSE > 0.88V (最大值)时随时生成 PWM 栅极脉冲。  更改当前设计中的组件值不会阻止这种情况、只会降低正常性能。  

为了防止 PFC 在交流电压高于85Vrms 之前开启、您需要添加我在上次回复中讨论过的外部电路。
需要根据 BI/BO 目标调整附加电路中的组件值、而不是 PFC 电路中的值。   

此致、
乌尔里希

您好！  

在空载条件下、我的 MOSFET 出现故障的原因也是什么。

现在、我以85VAC 的电压开启 PFC、但在几秒钟内 O 观察到 MOSFET 故障。

为什么没有 MOSFET 时占空比显示为95%、

如何确保在放置 MOSFET 占空比后

请回答上述问题。 谢谢。

您好，Balakrishna，

两天前、您说  

Unknown 说：

无负载 MOSFET 运行良好， [/报价]

现在、MOSFET 似乎在发生故障、即使在空载的情况下也是如此。
MOSFET 仅在承受超出其额定值的应力时失效、包括过大的电压、电流或结温。  
我无法帮助您进一步调试这个没有 MOSFET 的 VDS 和 ID 波形的 PFC 系统。  
我不能做更多的口头说明。  

请尝试在1ms/div 扫描(无 Vgs)下捕获[Vds、ID]的波形、在 10us/div 接近 线峰值时捕获[Vds、ID 和 Vgs]的波形。   
希望您能够捕获每个组并在 MOSFET 发生故障之前关闭输入。   

当 MOSFET 发生故障时、是否有其他任何元件也发生故障？  通常、MOSFET 作为短路 D-S 失效、电流检测电阻器也会失效、需要更换。  有时它会因 D-G 短路而失效、需要更换控制器 IC、并且通常是栅极驱动路径中的器件。  

我之前已经解释过、如果移除 MOSFET、为什么占空比持续为95%： https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1353465/ucc2818-i-have-designed-390w-pfc-can-you-please-confirm-my-design-is-ok-or-not

当安装 FET 且 PFC 正常运行时、占空比将根据瞬时输入电压而变化。
公式为 D (t)= 1 -(Vin (t)/Vout)、其中交流线路周期中任何时间点的占空比 D 取决于 Vin (t)= 1.414* Vrms* sin (2 π*f_line)时的输入电压。   

如果您进行数学计算、您将看到68%与85Vrms 峰值对应、但在265Vrms 峰值时 D 可低至~4%。  
D 始终在  过零附近接近100%。  

但 D 的范围现在并不重要、最重要的问题是找出 MOSFET 发生故障的原因、然后消除原因。  
FET 由于过载而失效、因此请查找 VDS 和 Vgs 上的电压尖峰以及 ID 上的电流过剩。   

此致、
乌尔里希

您好！

与 MOSFET 和 D2二极管故障相同。 我正在尝试捕获波形、但 MOSFET 在几秒钟内就出现了故障。

在85Vac 时、占空比持续显示为95%、这样我就观察到了 MOSFET 故障。

所有引脚(DS 和 DG 和 GA)中的 MOSFET 触发

但 PFC IC 运行良好、可以更改新的 IC！

您好，Balakrishna，  

如果 D2也发生故障、那么这就是新信息。   
我之前提到过检查 D2上的冷却情况、因为它采用 SMC 封装。
如果 D2过热、反向恢复电流会上升、可能会损坏 MOSFET。  如果 D2本身因短路而失效、则下次 FET 导通时输出电容器的全部能量都会倒入 MOSFET。  这也会导致它失败。   

我知道在上电后的几秒钟内就会发生故障、但在故障发生前、花几秒钟的时间就足够捕获一些波形了。  
我现在怀疑是 MOSFET 中的峰值电流、因此请重点关注捕捉 MOSFET 漏极电流和电感器电流。
将示波器扫描设置为1ms/div、并分别使用为5A/div 设置的电流探针。   

设置单扫描触发器、峰值漏极电流触发器、为~15A 设置。  该值应足够高、不能捕获正常的液位峰值。   
在启用触发器之前、确保输出电容器已预充电至85VAC 的峰值、以便浪涌峰值不会干扰测试。  

请注意、我们正在调试功率转换级。  我不认为控制器 IC 有任何问题。   
可能有些元件值不是最佳值、但这些值都不会阻止 PFC 运行。  
因此、请忘记占空比、重点关注确定 MOSFET (现在也包括 D2)上的应力、因为它始终会出现故障。   

此外、还要进行检查以确保电流检测电阻器(R8、R10、R11)未损坏且具有正确的电阻值。  
如果 I_SENSE 信号损坏(由于 Rsense 损坏)、则可能会 导致 MOSFET 电流过大。  

此致、
乌尔里希

尊敬的 Ulrich：

感谢您提供有关 D2的信息、我肯定会使用500Vdc、10A 的二极管穿孔。

电流检测电阻正常(R8、R10和 R11)。

如果 MOSFET 发生故障、那么 D2也会发生故障、这是正确的、因为流经二极管的电流很大。

您能否确认我如何才能确保 PFC IC 在没有 MOSFET 的情况下良好。

请确认、在任何引脚上是否可测量任何电压。

我将尝试使用捕获的波形来  

尊敬的 Balakrishna：

在没有实际运行 PFC 的情况下验证 UCC28180是否正常工作并不容易。  

从 PFC 板上断开交流电源。  您可以向 VDD 施加12V 电压来为 IC 供电、并向 VSENSE 输入施加2VDC。  
您应该在栅极引脚上看到连续的最大占空比。  

若要改变 PWM 占空比、请使用另一个连接到 ICOMP 的直流电源并在0V 和5V 之间改变其电压。   
ICOMP 有一个输出阻抗高的跨导放大器、所以可以将直流电源直接连接到 ICOMP。  
只需保持电压< 6V。   

如果 PWM 随 ICOMP 电压的变化而变化、则 IC 工作正常。

此致、
乌尔里希

非常感谢您的支持！

我会检查并返回给您。

尊敬的 Ulrich：

施加外部电压后、我只能看到78%的占空比。

脉冲上升时间为：100ns
脉冲时间为100ns。

如何将脉冲上升时间从100ns 缩短到60ns、请确认。

另请建议使用 D2二极管器件型号、

尊敬的 Ulrich：

我将讨论 PWM 脉冲... 栅源电压间的关系、其上升时间如图所示为100ns。

我当前正在使用 IRFN460 MOSFET。

为什么我的占空比仅显示为78%、在第6和第2个引脚上施加外部电压时、您可以确认为什么它未显示为68%的占空比。

此外、我在 I sense 下应用了10-30m.v 的电压、但占空比没有变化。  

我已经按照您的建议在 VSENSE 和 ICOMP 上提供了电压。 请查看我随附的上述图片。

1) 1)当我们在2.5μs  使用10倍探头进行测量时、我将得到一个恒定波形。

2) 2)当我们在1s 处测量时、会有变化、并且测得的波形也不均匀。 当我们将刻度更改为250ms 时、您可以清楚地观察到它。 在第一个图像中、占空比会频繁变化(250ms)。

3)这是 IC 的问题还是 IC 的行为正常? 请确保。

您好，Balakrishna，  

我在网络搜索中找不到 IRFN460 MOSFET、只有 IRFP460、有时还有 IRFP460N。   我假设您是指  IRFP460。
这是一款古老的 MOSFET、在 Vgs = 10V 时需要210nC 的栅极电荷。  即使是最大的 现代 MOSFET 也只需不到该电荷的一半、适合~400W PFC 功率级别的大多数 MOSFET 也接近于该电荷的1/10。   
如果使用现代 MOSFET、则 Vgs 上升和下降时间将快得多。  

我不知道为什么当您预期占空比为68%时、占空比为78%。  可能 ICOMP 信号上存在我没有考虑的偏移。  
向 ISENSE 施加正10~30mV 电压不会改变任何情况。  ISENSE 需要负输入电压才能正常运行。  
我认为确切的占空比现在并不重要。 我认为上升和下降时间并不重要。   
重要的是使 PFC 正常工作。

 在2.5us/div 扫描处看到的恒定栅极波形(119kHz)是正确的。  
显然显示可变频率的其他两个波形不是真实的；它们是混叠的。
对于探测的信号的频率成分、示波器采样率太低时会发生混叠。   
在250ms/div 扫描条件下的混叠不同于1s/div 扫描条件下的混叠、但这两个混叠都有。  
占空比似乎在变化、因为采样率或控制器频率(或两者)不是完全恒定、但变化很小。   

这不是 IC 问题、而是示波器问题。  这是操作人员的问题、我建议在网上搜索有关示波器混叠的信息、并了解如何确保 将范围设置为足够高的采样率 、以准确捕获和显示任何信号的真实波形。   您 需要了解需要多少个样本/秒(或者相反、需要多少 ns/point)才能确保您看到的波形不会混叠。   
如果波形没有意义、首先要检查的是示波器的采样率。

此致、
乌尔里希

尊敬的 Ulrich：

我们将使用 IRFP460 MOSFET。

您能否确认如何验证 I_SENSCE 是否在 IC 中正常工作。  

在对 PSU 板进行一些更改后、我们现在可以看到在 90V VAC 至265VAC 且无负载的情况下输出电压385VDC。 此处附加了漏源极波形。

尊敬的 Balakrishna：  

我很高兴看到您的板在工作。
我认为这个 E2E 主题可以关闭。   

此致、
乌尔里希

尊敬的 Ulrich：

然后、我们将执行负载测试、您可以关闭测试。

此致、

巴拉克

尊敬的 Ulrich：
我在 PFC 输出(380Vdc) 0.1A 和0.2A 处施加了负载、此时 PFC 工作正常。

当我再次施加0.3A 电流时、D2和 Q1以毫秒为单位出现故障。 (缓慢地将交流电压从0Vac 增加到230VAC、此时在50Vac、我观察到 MOSFET 出现故障)

我使用的 D2二极管: US3M-13 (两个并联)

和 Q1 MOSFET 使用：( IRFP460N)。

您能否告诉我 发生 MOSFET 故障的原因是什么？

在电路中进行以下修改后:在高达0.2A 的负载下不会出现任何问题。

D2 ： US3M-13 (两个并联)

Q1： ( IRFP460N)

C1：500 NF (600V)

尊敬的 Balakrishna：  

我想您遇到了 D2二极管的失控热问题。  即使有2个器件并联、SMC 封装也无法足够快地从损耗中散热、从而避免过热。  损耗为导通+反向恢复电流(IRR)、IRR 随着 Tj 增加而增加。  我想这已经快到了。  

当 D2发生短路故障(两个中的任何一个并联)时、Q1可能会在尝试使用漏源之间的大容量电容器进行导通时发生故障。    

我建议避免为 D2使用表面贴装二极管并改为 TO-220型二极管、以便可以在其上安装散热器。  
Diodes Inc.的 STPR560D 就是一个示例、但其他许多公司也是类似的。  SiC 二极管可完全避免 IRR 问题、但可能会更昂贵。

此致、
乌尔里希