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[参考译文] UCC5350:MCU 到 UCC5350M 输入的差分信号

Guru**** 2457760 points
Other Parts Discussed in Thread: ISOM8710, UCC5350, UCC27614, UCC21750

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/1544119/ucc5350-differential-signaling-between-mcu-to-ucc5350m-input

部件号:UCC5350
Thread 中讨论的其他器件: UCC27614、ISOM8710、 UCC21750

工具/软件:

尊敬的 TI:

我想问一下、当 MCU 与栅极驱动器之间的距离相对较远~30cm 时、如何提高抗噪性能?
专门用于功率相对较高的设计(30kW 光伏逆变器)

我已经了解到、栅极驱动器的双输入(例如由 UCC5350M 使用)不是真正的差分信号、因此不建议将 PWM 差分信号直接使用到输入引脚。
相反、我读到应该在 MCU 附近使用差分驱动器和 GD 附近使用差分驱动器。

问题包括:
1.在为 PWM 建议使用差分信号而不是简单的单端信号时、是否有任何经验法则?
2.对于单通道驱动器和接收器 IC 有什么建议?
3、除了良好的布局+ MCU 与栅极驱动器之间的接地覆铜和简单的 RC((C 紧邻栅极驱动器 IC 上的 IN+引脚)之外、您如何建议改善抗噪性能?

谢谢
Arief,

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    尊敬的 Arief:

    您可以肯定、UCC5350 并非设计为真差分输入。 它是两个单端输入、仅在 4 种可能的输入逻辑组合中的一种情况下、输出为高电平。 不过、差分信号的主要优势是、在给定电压范围内、例如、低电平= 0V、高电平= 5V 与低电平=–5V、高电平= 5V、单端信号的强度是它产生的信号强度的两倍。 对于我们的 UCC5350 输入、仍具有这种 SNR 优势。  

    需要解决两个主要因素。

    1.一个是从 IN+和 IN-引脚输出的输入布线的阻抗与频率之间的关系。

    a.如果阻抗较高、小的电荷注入会导致大的电压噪声尖峰。 您可以通过在 IN+和 IN-处添加一个 1nF 电容器来轻松减小布线的高频阻抗。

    b.避免在 GPIO 引脚和 IN+、IN-引脚之间添加电阻器以进行滤波、因为这会增加低频阻抗。 仅当使用高频时才需要串联电阻、并且由于散热原因、GPIO 引脚无法驱动 1nF 负载。

    C.较粗的布线还有助于减小电感并增加电容、附近的接地平面也会增加。

    2.两个是从低和高稳态输入信号电平到输入阈值的裕度。

    A.输入具有迟滞、有助于增加噪声容限。  

    b. 另一项改进是将输入驱动电压从 3.3V 增加到 5V、甚至是 12V。 这将使噪声电压尖峰更难达到阈值。  

    差分输入信号有助于使驱动电压加倍。 此外、当差分输入为低电平时(如果 IN+为低电平而 IN-为高电平)、共模噪声不再可能产生单端高电平输入信号。 其中一个输入将始终处于正确状态、从而产生低电平输出。  

    总体而言、我更喜欢长输入布线的是简化设计、并使用单端逻辑、使用缓冲器(低侧栅极驱动器)将微控制器的 3.3V 信号转换为 12V 至 15V 信号来驱动 IN+、并在 IN+旁添加 1nF 电容器。 使用差分输入时、由于输入不对称、我遇到了逻辑干扰问题。 这是我试图避免的主要问题。  

    此致、

    Sean

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    您好 Sean、

    感谢您的快速回复、很抱歉晚回复。 我一般已经理解你的建议,但我只是想如何进一步降低风险。

    我想知道基于光耦仿真器的更适合长信号布线吗? 我考虑使用 ISOM8710 作为隔离值+使用 UCC27614 作为高电流栅极驱动缓冲器。

    我的原因是 、光耦仿真器需要电流输入、并且与电压信号相比、电流信号通常更稳健。

    在 PCB 中、我可以将缓冲器放置在靠近 MCU 的位置、然后用两根并行线连接到“阳极“和“阴极“、作为差分布线。

    当然、缺点是我需要缓冲器、但这对我们来说不是问题。

    阿里夫

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    尊敬的 Areif:

    电压输入和电流输入都可被视为导通和关断所需的输入充电阈值。 您可以通过添加与电流输入栅极驱动器电平类似的输入去耦电容器来增加电压输入的迟滞电荷。

    如果您遵循上述所有输入指导、UCC5350 应可与单端输入正常工作。 保持输出到栅极的距离通常更为重要。 这个想法会起作用、只需要更多的元件。

    此致、

    Sean

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    您好 Sean、

    好的、现在您提到了输出到 GS 的距离短、我在当前设计中使用完全隔离式 GD 的另一个问题是为其正确制作布局、因为我的设计还需要在输入侧和输出侧之间提供安全间隙。 这意味着我不能将 UCC5350 放置在非常靠近 MOSFET 的位置。

    使用隔离器+栅极驱动器、我可以将隔离器放置在距离 MOSFET 稍远的位置(如 4cm 至 5cm)、但大电流 GD 位于 MOSFET 旁边。

    你认为这是个好主意吗?

    谢谢

    Arief,

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    尊敬的 Areif:

    尽管您仍可以将隔离式栅极驱动器设计为靠近 FET、但这听起来不错。 下面是一个布局示例:

    此致、

    Sean

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    您好 Sean、

    如果只有一个在 大 PCB 上有 2 个 MOSFET 的半桥、则很简单。

    我的电路是三相四桥臂 2 级逆变器、在同一 PCB 上总共使用了 26 个 MOSFET。
    让布局像在你的图片是不可能的...

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    尊敬的 Areif:

    您可以使用 UCC5350 并联驱动多个 FET。 通常、此时使用模块来处理寄生布局问题更为简单、然后使用 UCC21750 等保护栅极驱动器来驱动该模块、该模块位于 PCB 背面并在其下方有一个大散热器。

    WolfSpeed 网站的评估模块中有一些布局示例。

    此致、

    Sean