[参考译文] UCC14241-Q1：UCC14241 适用于基于 UCC21710 的 SiC 栅极驱动器的 RLIM 选择

尊敬的 Kartavya： 这是一个非常好的问题。  感谢您提供的所有详细信息和计算器。 我已将您的问题交给 我们的 UCC14241 产品专家。 但是、他们目前已离开办公室、但将于 7 月 7 日返回。 感谢您的耐心。

根据您对 Excel 工具的输入、您的总功率要求为 390mW、如果考虑单个 RLIM 电阻器配置、则不应超过 8.2kΩ。 我应该注意的是、8.2kΩ 是基于理想输出电容器值和比率的最大值、并且能够很好地平衡栅极驱动器静态电流。 最好使用较大的 RLIM 值（接近 8.2kΩ） 来）来降低功率耗散、但如果 RLIM 值过大、则会阻止 RLIM 功能来补偿电荷不平衡。  

RLIM = 1kΩ 提供 75mW 的功率耗散、对于 0603 尺寸的电阻器仍然很合适。 当您大幅低于 1kΩ 时、功率耗散将需要 0805 或更大的外壳尺寸、因此随着 RDR 配置 RLIM 的好处发挥作用。

此外、请注意确保输出电容比尽可能接近理想值。 理想情况下、您需要 VDD * C_VDD = VEE * C_VEE、但离理想电容比越远、就越依赖 RLIM 来弥补差异、则需要 RLIM 的值越低。 还要注意直流偏置对输出电容器的影响。

此致、

Steve

您好 Steve、

我使用的栅极驱动电平为 15V、–5V。

根据 Excel 计算器的输出、我发现可尽可能减小电容器比偏差的最优组合是对 COM-COM 使用 3.3uF VEE、对 COM-COM 使用 1uF VDD。 任何其他电容值（可进一步尽可能地减少失配）都会导致出现非常高的非标准值。

鉴于这种情况、如果我想使用 0603 RLIM 封装、您会有什么建议？ 我是否需要迁移到 RDR 网络以减少耗散？

如果是、我猜任何 V_rev > 30V 的标准 SMD 二极管都应该足够、因为流经二极管的电流太小（根据 Excel 计算器、0.5mA 最大值约为）？  

如果您对输出电容比和 1kΩ 给出的结果感到满意、请坚持使用。 如果您能负担得起 PCB 空间、并希望拥有额外的 RDR 选项、我建议允许额外的 R+D 对于二极管,我们推荐肖特基...类似 BAT54

Steve

非常感谢您的反馈、Steve。

我现在在组装了 MOSFET 的情况下进行了新测试、因此栅极驱动器上存在实际的负载。 遗憾的是、即使是 1k Ω、我也会遇到与关断 UCC14241 相同的故障。 请参阅下面随附的示波器屏幕截图和更新的 Excel 计算器。

由于采用 0603 封装时的耗散限值即将达到、我现在是否必须确实组装 RDR 电路才能解决此问题？

如果是、您能否建议将哪些值用作 RLIM1 和 RLIM2 的良好起点、因为计算器建议将非常高的最大值分别设置为 14k Ω 和 17k Ω。

感谢您就此提供的任何建议。

e2e.ti.com/.../UCC1424x_2D00_Q1_5F00_Calculator_5F00_Updated.xlsx

RDR 可能有所帮助、并且这些值通常类似于 300 –500Ω 和 1 –2kΩ。 但是、从波形来看、这里似乎还有其他问题。

1. 波形是第一个栅极驱动脉冲、然后 UCC1`4241 是否关断、还是先运行一段时间后关断？
2. 有趣的是、–5V 似乎调节良好、然后栅极驱动脉冲切换至+15V、运行~μ s 150μs、然后关断。 电容比为~3：1、这很好、但 CVDD（施加 15V 电压）和 CVEE（施加 5V 电压）电容器的额定电压是多少？ 直流偏置引起的有效电容是多少 — 您可以联系制造商进行检查。
3. CVDD 和 CVEE 电容器的物理放置位置 — 它们应尽可能靠近栅极驱动器 VDD 和 VEE 引脚
4. C_VDD-UCC14241 电容器应尽可能靠近 VEE 输出引脚放置。
5. 确保 UCC14241 可完全调节、然后打开栅极驱动器 PWM 信号。 当 UCC14241 仍在尝试软启动时、不要让栅极驱动尝试驱动 MOSFET。
6. 发生关断时、您是否可以通过切换 UCC14241 EN 来复位系统？ 您可以通过切换 VIN 来复位系统吗？
7. 我喜欢您显示的波形、但 UCC14241 会发生什么情况导致这种关断？ 保持您的波形、还显示 FBVDD 和 FBVEE、以便我们可以查看 FBVxx 是否导致关断？ 确认 FBVDD 是否小于 2.25V、然后 VDD 开始关断。 如果 FBVxx 都有效、并且仅漂移以响应 FBVxx/FBVxx VDD 关断、则问题可能出在输入侧 VEE？
   1. 保持相同的波形、但在 UCC14241IC 引脚附近显示为尽可能测量的 VIN 和 EN。 在发生关断时放大 VIN、确保 VIN 没有骤降、此时 VIN 可能降至 21V 以下

Steve

您好 Steve、

感谢您的答复。 正如您的前几个问题所表明的那样、我一直担心电容器额定值。 请查看以下一些回答：

1.当 MOSFET 在栅极驱动器上充当负载时、这发生在第一个脉冲之后。 在空载条件下（MOSFET 未组装）、2-3 个脉冲后会发生这种影响。

2.我使用的部件是  用于 CVDD 的 Samsung CL10B105KB8NQNC 和 用于 CVEE 的 TDK CGA4J1X7R1V335K125AC。 但这些是 X7R、Samsung 数据表显示直流偏置特性非常差。 请参阅数据表中的以下曲线：

3. CVDD (1uF) 和 CVEE (3.3uF) 距离栅极驱动器 IC 引脚小于 3mm

4. CVDD-241 (2.2uF || 0.1uF) 也放置在距离 VEE 引脚小于 3mm 的位置   

5.我已确保栅极驱动器 PWM 信号仅在 UCC14241 重新分配 Vdd 和 Vee 后才打开、并且还确保 PGOOD 信号指示电源正常条件。

6.关断发生后、我能够通过切换 EN（复位为默认的 15V VDD） 和）和–5V VEE 来轻松复位 UCC14241。 我在 CVDD 和 CVEE 上测量了此电压。 此外、在正常关断状态期间、Vgs 处于预期的–5V。  

7.关断发生后、即使我的 MCU 的 EN 为高电平、PGOOD 也会被拉高。

根据我上面的回答、并联堆叠更多 X7R 电容器进行的快速测试能否提高性能？ 或许甚至可以用 1 类盖替换它们？

除了下面的回答、我还进行了另一个测试。

我将 CVDD 替换为 3.3uF、将 CVEE 替换为 10uF、来查看更高的电容是否有所帮助。

总结：

之前：CVDD = 1uF；CVEE = 3.3uF

现在：CVDD = 3.3 μ F；CVEE = 10 μ F

如下面的示波器捕获所示、现在在第二个脉冲的中间发生关断。 因此、更高的电容有一定的帮助、但效果不大。 此外、对于新电容器、我检查了 15V 时的直流偏置变化是否在 15%以内。

另请注意、此测试的开关频率仅为 1kHz、远低于我的 100kHz 目标开关频率。

我当前使用的 RLIM 是 1k Ω。 我还附上了更新后的 Excel 计算器和新的电容值。

我可以尝试将 RLIM 降低到 500 欧姆、并使用 0805 元件。 但我不确定是否遗漏了一些内容。

鉴于我的 PCB 实现、监控 FBVEE 和 FBVDD 并不快速/简单。 请您就我之前和当前答复中的结果是否提供了任何见解以供采取进一步行动提出建议？

如果没有、我将尝试尽可能地探测 FBVEE 和 FBVDD。

e2e.ti.com/.../7444.UCC1424x_2D00_Q1_5F00_Calculator_5F00_Updated.xlsx

RLIM 是什么样子的？ VDD 在导通脉冲期间的“峰值“是什么意思 — 您能否在显示栅极驱动脉冲的同时查看 UCC14241 输出？ 您有 8 通道范围、但仅显示单个通道。 我们可以在调试期间获取最多的信息吗？ 即使电容比接近理想值、但如果 VDD 上有任何额外负载和/或未考虑 VEE、仍然可能出现电荷不平衡。 除了栅极驱动器外、VDD 和/或 VEE 上是否有任何额外的负载？ 如果没有已知负载、则建议将 RLIM 替换为 RDR、但单个 RLiM=RDR 500Ω 的问题是相关的。

Steve

您好 Steve、

非常感谢提供详细的反馈。请注意、单个 SiC MOSFET 的栅极驱动器是被测试 CC14241 上的唯一负载。

澄清一下、将 RLIM 更改为 500 欧姆后、我能够以 50kHz 的频率持续切换、并且性能处于预期范围内。 在这里、MOSFET 仍处于填充状态、并用作栅极驱动器上的负载。 此测试的无源器件值汇总：RLIM = 500 Ω；CVDD = 3.3 μ F；CVEE = 10 μ F。 请注意、在将 RLIM 更改为 500 欧姆之前、我增大了 CVDD 和 CVEE。

我使用与上述相同的配置在 100kHz 下运行测试。 但是、在几个脉冲后、UCC14241 会关闭。 根据您的建议、我已经监控了 FBVDD - VEE、FBVEE - VEE、RLIM_VEEA 和 MOSFET 栅极电压。 请参阅此响应所附 zip 文件中的示波器捕获。

FBVEE 看起来像是持续上升到 2.75V。 此时、FBVEE 和 FBVDD 开始衰减。 我想知道这是否是关闭过程开始。 最后、当 FBVDD 和 FBVEE 为~1.9V 和 2.3V 时、UCC14241 似乎完全关断。

这是否表明由于我将 RLIM 降低到 500 欧姆、我应该将 CVDD 和 CVEE 降低回原始值？ 旧值分别为 1uF 和 3.3uF。

还是需要先安装 RDR 电路？

您是否会对此有任何建议？

请注意：我还在 zip 文件夹中包含了一个示波器捕获、其中显示了相对于 VDD 栅极电压的 MOSFET-COM 和 VEE COM。

为了方便您使用、我还重新连接了 Excel 计算器和我用于上述测试的无源器件值。

e2e.ti.com/.../Scope-Captures.zip

e2e.ti.com/.../8004.UCC1424x_2D00_Q1_5F00_Calculator_5F00_Updated.xlsx

感谢图、这些都很好。  

看起来 sic 一直在上升到 2.75V。 此时、FBVEE 和 FBVDD 开始衰减。[/报价]

FBVDD 看起来不错、但 FBVEE=2.75V 会触发 FBVEE OVP 并导致 IC 关断。 RLIM 无法帮助解决电荷不平衡问题、您可以看到、在任何 PWM 脉冲出现之前、RLIM 处于活动状态、但 UCC14241-Q1 在这段时间内处于空闲状态、因为没有负载。 一旦引入 PWM、FBVEE 就会开始线性上升。 我们可以在 C2 (2V/div) 上清楚地看到它、但并未在 C3 (10V/div) 上显示、因为没有足够的电压标度分辨率来显示 250mV 的变化。 在任何情况下、RLIM 在 FBVEE 上升时处于非活动状态、最好具有 FBVDD、FBVEE、FBVEE-COM VDD 和 COM-FBVDD VEE。 我预计 COM-FBxx 会增加 (~5.5V)、VDD VEE（不直接由 FB 调节）会减少 (~14.5V)、但根据栅极驱动信号、很难判断实际的电压轨在响应 FBVxx 时执行什么操作？

我不确定是什么导致 FBVEE 这种上升？ 额外功耗/不平衡、如果驱动半桥、则会发生部分跨导、VDD 和 VEE 之间的一些负载不匹配、MOSFET/SiC/IGBT 部分损坏？ 您是否在驱动半桥、HS-LS 之间是否会保持可测量的死区时间？ 否则、请更改 MOSFET、更改 UCC14241-Q1、然后订购并尝试 UCC15241-Q1？

Steve

您好 Steve、

感谢您的反馈。 该拓扑是非同步降压转换器、我仅驱动高侧开关。 低侧器件就是一个二极管。 此外、我在上一次响应中随附 zip 文件夹中的“COM 5“显示了 Scope_Capture VDD -COM 和 VEE_COM。 行为符合您的预期。

根据您的回答、我有几个问题。 请参阅以下内容：

问题 1： 为什么在触发 FBVEE OVP 之前会禁用 RLIM？ 一旦提供了 PWM 信号、RLIM 似乎就会停止开关。 为了进一步理解这一点、我以 50kHz（而不是 100kHz）重新运行测试。 请参阅下面的示波器截图。

从上述示波器捕获中、RLIM 仍然根本不切换。 不过、在 50kHz 下、至少我能够持续切换 MOSFET 栅极。 我还注意到 FBVEE 相对稳定并保持在 2.65V 左右。您认为发生了什么情况？ RDR 电路在这里是否有所帮助？  

问题 2： CVDD 和 CVEE 分别为 3.3 μ F 和 10 μ F。 该电容是否非常大、是否应该降低它们以使 CVDD 为 1uF 且 CVEE 为 3.3uF？ 是否会积聚存储的电荷、而 CVEE 放电不足？

问题 3： UCC15241 相对于 UCC14241 有哪些优势？ 它只是略高的额定功率还是其他什么？

问题 4： 外部电路配置是否与 UCC14241 相同？ 是否可以使用 UCC15241 进行直接替代？


编辑：在明显较低的 1kHz PWM 开关频率下重新测试。 RLIM 开关现在至少处于活动状态、看起来更好。 请参阅下面的示波器图像。 在较高的 PWM 频率下（当栅极驱动器负载较高时）、该问题似乎很明显。 但是、几分钟后、GDPS 会在与之前相同的故障状态下关闭。 这是否表示需要进行故障排除？

您好 Steve、

感谢您的建议。 我将尝试使用 RDR、并可能与 UCC15241 进行交换。

但是、为了澄清问题、我当前使用的是方案 A。我将 Cout1B 放置在靠近栅极驱动器 IC (UCC21710) 的位置、将 Cout1 放置在靠近 UCC14241 的位置。

上述说明是否以任何方式影响您的建议？ 看起来 RDR 应该仍然有帮助。

谢谢 Steve、

如果 RLIM1 使用 500 欧姆电阻器、则 RLIM2 处于 10k Ω 是否过大？ 或者、与 RLIM1 的 Excel 计算器建议类似、我应该将其上限设为 3.3K？

背景信息、使用更新的值时、Excel 计算器建议 RLIM1 的最大值为 8.2k、RLIM2 的最大值为~14k

您好 Steve、

我昨天运行了几个测试。 使用 UCC14241 的 RDR（RLIM1 = 1k Ω、RLIM2 = 500 Ω）、我能够以 100kHz 的频率持续开关。 我还让栅极驱动器运行了 30 分钟以上、以确保没有其他问题被隐藏。 FBVEE 和 FBVDD 也保持在~2.5V 左右。 这向他们表明、这项规定的执行情况也很好。 请查看下面的一些简要示波器捕获：

不过、我今天尝试重复上述测试、以确保栅极驱动器可靠运行。 遗憾的是、在 100kHz 下、我遇到了与之前相同的问题。 FBVEE 爬升至~2.7V、UCC14241 关断。

根据您的建议、继续调整 RLIM 值。 总结新设置、以下是主要元件值：COUT1 = 2.2uF；COUT1B = 2.2uF；Cout2 = 1uF；Cout3 = 3.3uF；RLIM2 = 200 欧姆（灌电流）且 RLIM1 = 1k Ω（拉电阻）。 填充 UCC14241 和 RDR 的这种设置后、我现在能够以 1kHz、50kHz 和 100kHz 的频率切换。

我还在监测 FBVEE 和 FBVDD。 在 1kHz 开关频率下（纹波的保守情况）、两者上的峰峰值纹波均小于 75mV（纹波频率似乎约为 35kHz）。 请查看下面 1kHz 情况下的放大示波器图像：

那么、我的主要问题是这样：鉴于我根据 RLIM 值观察到的操作相对不可重复/不可靠、如果我冻结当前的 RLIM 值、如何确保 UCC14241 能够可靠运行？ 我应该针对的任何推荐的绩效指标？

此外、您是否仍建议将 IC 与 UCC15241 进行交换？

非常感谢您根据上述结果分享的任何建议。