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[参考译文] UCC21750:栅极驱动器在750V 直流以上时停止工作

Guru**** 2378830 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC21750, UCC21710
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1488165/ucc21750-gate-driver-stops-working-above-750v-dc

器件型号:UCC21750
Thread 中讨论的其他器件: UCC21710

工具与软件:

你(们)好、

我们使用一个 SiC MOSFET 和六个 UCC21750驱动器设计了一个三相逆变器。 我们使用一个半桥驱动器、每个 PCB 有两个 UCC21750。 简化设计如下所示。


该逆变器在高达~750V 直流电压下仍能正常工作。在750V 直流电压以上时、我们可以看到底部 FET 不再可靠地接通。 对于第一个示例、我们测量了:

CH1:电流(空载)
通道2:IN-
CH3:栅极
CH4:IN+



该示例显示门在开始时打开、然后在第二个时钟周期中、门最初打开、然后下降、再次上升、然后保持低电平。
信号上有相当多的噪声。 我们没有光耦合隔离式探头、因此可能是测量问题... 下面是正常开启和非正常运行的对比:

由于工作开启时的噪声与非工作时的噪声非常相似(IN+- IN-的差异不受振荡的影响)、我们怀疑是 DESAT (尽管我们没有得到驱动器的故障)。

我切换到仅测量高压侧的非隔离式探头:
CH1:电流
通道2:VDD
CH3:栅极
CH4:DESAT

有效导通时、我们在 DESAT 引脚上得到~5.5V 的电压、该电压远低于9.15V 阈值。 非隔离式探头会产生大振荡、信号看起来没有问题。 即使没有连接探针、我们也会遇到无法正常工作的导通问题。

我们继续测量 RDY 引脚、再次改为隔离式探头:
通道1:RDY
通道2:IN+
CH3:栅极
CH4:IN-

由于它不会变为或保持低电平、我们测量了故障和使能引脚:

CH1:栅极
通道2:IN (IN+- IN-)
CH3:故障(引脚13)
CH4:EN (引脚14)

故障引脚在导通期间下降一位、但栅极上升。 在~6µs 之后、栅极关闭、但 IN、EN 和故障此时完全稳定。

~还发现、该驱动器正在处理一些占空比、550µs 一旦在尝试再次开启栅极之前停止工作、该驱动器将继续不起作用。
CH1:栅极
通道2:输入

我用绿色标记了驱动器工作的占空比区域、用红色标记了驱动器无法打开门的占空比区域。 特别有趣的是550µs 保持低电平后的短脉冲、在这种情况下、它会轮胎打开门、但在 IN 信号下降到低电平之前再次将门关闭。

我对在驱动器 PCB 上测量什么的想法非常不清楚。 现在、我们将尝试通过在电源中添加 CMC 并分离高侧与低侧驱动器来降低交流高电压的耦合电容、因为我们只会在低侧发生这种行为。 如果您能向我们提供有关如何解决这个问题的提示、我将不胜感激。

此致

Bernhard Baier

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    伯恩哈德、您好!

    RDY 和 FLT 应该是输出、因此您观察到的电压显示噪声注入、而不是电源压降或故障检测。

    在共模尖峰期间、有很多噪声耦合到输入侧。 由于问题仅出现在>750V 时、因此我建议增加 IN+和 IN-电容器的值。 可能有足够的电荷注入输入端以改变输入状态。  

    C23_GDB= 18pF DESAT 电容器看起来太小。 当您将 DESAT 和 COM 短路时、该问题是否仍然存在?

    此外、当开关节点振铃较高时、通常会开始出现这些类型的问题。 您是否可以对半桥的开关节点进行任何测量? 希望高压总线去耦不允许明显的振铃。

    此致、

    Sean

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    你好、Sean、

    我们通过在低压侧放置 CMC、减少了隔离式直流/直流转换器的耦合电容。 从而降低了低压信号上的噪声。 不过、我们仍然遇到相同的问题。

    I 短接 DESAT 并将 C23更改为10nF 两个测试都失败。

    我在无负载条件下测量了800V 低侧的开关行为、主要可能会在低压侧发生干扰:

    CH1:栅极
    通道2:漏极-源极
    通道3:IN-
    CH4:IN+

    然后、我更改了时间范围(在顶部)并放大了"工作"开启:

    如您所见、~器每隔1 μ s 750µs 在 FET 上打开一次、并在中间保持低电平。 导通后的6µs、栅极电压再次下降、但漏极电压不会改变、因为顶部 FET 不会导通、没有负载。 2µs 稍后、栅极会再次开启、并在~1µs 后返回至低电平。 没有故障或 RDY 变为低电平。 由于在关断栅极时漏极电压不会改变、因此没有 EMI、除栅极之外、所有信号都完全稳定。 在第二次开启时、信号上没有 EMI、但驱动器仍会再次关闭。

    我们将尝试进一步减少到低压侧的电容耦合、并增加一些滤波电容器、因为我们认为这可能是导致该问题的原因。 我们无法理解为什么驱动器在未置位故障的情况下关闭、因此我们将重点讨论低压输入信号。

    我希望您能为我们提供另一个提示。

    此致

    Bernhard

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    伯恩哈德、您好!

    基于所有这些细节、我同意我们应该查看输入。 当我尝试使用并非真正对称的差分输入时、便会得到类似的波形。 它是否与互锁电路中的死区时间有关? 如果调整了死区时间、该行为是否会发生变化?

    您可以通过短接 R19和 R20来增强输入驱动(较低的输入阻抗)、R19和 R20现在为47欧姆。 您还可以在此处使用1nF 电容器。

    唯一剩下的就是 Vcc UVLO、但它应该报告低 RDY 引脚信号。 目标最终电压是多少? 750V 处的距离有多近?

    此致、

    Sean

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    你好、Sean、

    我不确定我是否正确理解您。 输入 IN+和 IN-不是100%差分、因为我们的信号中有一个死区时间、这两个输入都被拉至低电平。 差分输入电压 IN = IN+- IN-将为-5V、然后在300ns 内为0V、最后在我们开启时为5V。 我已经尝试将 IN-连接到 GND 来使用单端驱动器、但没有成功。

    我在 IN 引脚上尝试了0R 和1nF、但没有成功。 我还将 RDY 和故障上的上拉电阻增加到120欧姆(仅用于一次测试)、没有任何改进。

    我不认为 UVLO 被置位、因为 RDY 保持高电平并且模拟 PWM 继续工作。 目标电压将为950V、因此我们开始偏离。

    我测量了 OUTH 和 OUTL 引脚以查看是否有一些振铃:
    CH1:FET 处的栅极
    CH2:漏源电压
    CH3:OUTH
    CH4:OUTL

    在 FET 开关时、OUTH 上有一个小的振铃、这在栅极本身无法看到。 但我认为这不会干扰栅极驱动器。

    我移除了 DESAT 隔离栅二极管、以减少电容耦合和短接 DESAT、没有任何影响。 我真的不知道如何进一步减小电容...

    由于我实在不知该如何测量、因此我不得不查看不同的 IC。 我尝试了具有 OC 输入的 UCC21710、它具有相同的错误。 现在、我将测试另一家制造商、以确定该行为是否仅特定于 UCC217xx IC。

    此致

    Bernhard

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    伯恩哈德、您好!

    您甚至将器件更改为 UCC21710并出现相同的错误? 我的下一个猜测是栅极驱动器单元损坏。  

    我很抱歉我们不能弄清楚这一点。 我会继续在内部征询意见、以找出可能导致这个问题的原因。  

    栅极驱动器输出在较低的电压下正常工作、这一事实让我认为这是一个噪声注入问题、但您似乎已经尝试过改进噪声滤波、没有成功。

    我建议的最后一个测试是使用0V 负电源。 我发现、在某些情况下(尤其是 nFLT 扰性触发)、具有负关断电压会降低该器件的抗噪性能。

    此致、

    Sean