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[参考译文] UCC28951-Q1:在每个开关周期、持续寻找初级电流突然激增的原因

Guru**** 2535750 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC28950EVM-442, UCC28951, UCC28950

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/1563564/ucc28951-q1-continuing-search-for-cause-of-outsized-surged-in-primary-current-every-switching-cycle

器件型号:UCC28951-Q1
Thread 中讨论的其他器件:UCC28951UCC28950、UCC28950EVM-442

工具/软件:

由于怀疑次级 FET 栅极连接或时序不正确而导致出现过功率反射次级电流斜坡的大电 流浪涌、我已检查了所有栅极驱动器的连接(我相信它们是可以的)、并使用 SLUC222D 重新计算 DELAB、DELCD 和 DELEF 的电阻。  在 CS-feedback 侧、我通过 4.99K 将 ADELEF 接地、 并将 ADEL 连接相同、但 44.2K 也连接到 VREF。 在调试这种破坏性电流时、我正在 25%的负载和相对较低的输入电源电压下运行、以避免电流调节。 (在全功率下,桥式 FET 只能持续几秒钟。)

我在之前的帖子中发送的照片有一个误导性的迹线(品红色,从顶部第二个)、我错误地将它标识为次要的中心抽头、这是不可能的。 但至少它是一个邀请,以绘制辅助中心抽头应该是什么样的样子。  以下所有照片均来自上述经过延迟调整的电路。  第一张图片只有两条迹线:上面的迹线是电源输入电流、该电流是使用电流探头在电桥顶部测得的。  它仍会显示意外的浪涌以及预期的反射 — 次级电流斜坡。  较低的迹线实际上是次级中心抽头。 请注意、意外浪涌会消耗次级功率脉冲之间大约一半的死区时间、并在功率脉冲开始时精确结束。   

以下图片显示了桥的两端(黄色和绿色,较大的波形)以及两个辅助门(蓝色和品红色,较小的波形)。  请注意、栅极信号重叠其相应的初级信号时间、并且几乎彼此重叠。 这个时序是否正确?

最后一张照片显示了初级电流和次级栅极。  在这里、看起来两个次级栅极确实重叠了。  请注意电流浪涌和明显重叠的栅极信号之间的对齐情况。  这些之间是否存在超越巧合的关系?  我很惊讶地发现这种重叠。 我使用的是 NCP81074A 栅极驱动器。 这些控制器具有单独的上升和下降输出。  现在、栅极电阻器相同且非常小(3.3 欧姆)。 我是否应该使上升电阻大大增大、以便尝试在次级 FET 导通时间之间实现某种程度的分离?

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    您好:

     

    最后一张图说明了负电流来自初级侧的位置。  在设计续流期间、当输出电感器中的电流上的两个 SR 均为负时、  当设计结束时、续流 CT 显示此负电流。    我将设置 UCC28951 的 DCM 比较器、使其在电感器进入临界导通之前关闭 SR 驱动器。  这样可以防止负电流、并有望消除您的问题。  

     

    此致、

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    谢谢! 我将研究 DCM 比较器。  同时,我已经开始研究另一个没有 SR 驱动器的单元。  栅极脉冲将完全关闭。 (坦率地说,我不知道它们为什么关闭(芯片的 E、F 驱动输出为零)、但我决定通过研究初级电流来利用这种情况、因为当 SR 导通根本不是问题时、因为从不发生这种情况。 值得注意的是、初级电流浪涌仍然存在!  (我认为这项测试甚至取代了您刚才建议的测试,但我仍将学习它。)

    第一张图片显示了上部迹线中的初级电流、下部迹线中的次级中心抽头:

    请注意、意外的电流斜坡在辅助下电上电开始时结束。

    第二张图片显示了初级电流以及两个电桥信号:

    请注意、意外的电流斜坡从初级下电上电开始时开始(左侧向右侧移动)。

    请记住、由于没有栅极驱动、现在唯一的次级导通是通过 SR FET 体二极管。 因此 SR 时序根本不用于播放。   

    第三张图片显示了桥左侧和匀场主连接点、而不是桥左侧和右侧、并添加了辅助中心抽头:

    很明显、意外的初级电流斜坡与匀场和漏电感之和的初级电压变化完全下降的时间同时发生。  考虑到这些次级 FET 根本没有导通(我现在已经第三次检查了它们的栅极!)、什么情况下会导致这些初级电流浪涌(我想)不会出现在正常工作的系统中?

    注意:我看到 SLUC222D 表示单独变压器具有此电路所需的更多漏电感、并且我再次将其与垫片相加两倍。  这是否都是垫片过多的情况?

    我分享完整的原理图是否会有所帮助?  我不想发布它,但如果有另一种方法来直接共享,我可以这样做。

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    您好:

     

    我们将按照收到的订单对您的咨询进行审查。

     

    此致、

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    您好:

     

    我认为您使用电流传感变压器的方式可能存在问题。  从 CT 流出的电流应该与变压器初级侧中的电流类似、但不会。  我将仔细检查您的 CT 放置和设置。  以下链接将为您提供一份有关如何使用 UCC28950 进行设计的应用手册、并包含有关如何放置 CT 和设置它的信息。  我认为这些信息应该能帮助您解决问题。 https://www.ti.com/lit/pdf/slua560

     

    此致、

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    所示的电流测量值来自直接馈入初级 FET 电桥两侧的电流环路。  该电流环路代替了电流互感器、电流互感器已移除、可消除测量中可能导致的任何误差。 直流电流探头测量环路电流并将其显示在示波器上。  此时电路中没有电流感应变压器。 此外、我认为我没有提供任何初级电流布线。 我提供了可用于推断初级差分电压的电压迹线。 (这将是最后一次屏幕截图的匀场连接迹线减去第二次屏幕截图的右侧电桥电压。)

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    您好:

     

    最初您报告此波形从 CT 流出。  如果您使用了电流环路且 CT 信号看起来相同、则应将 CT 放回电路中。

    H 桥的输入电流看起来不正确。  它的形状应与变压器电流初级侧的形状类似。  它也不应变为负值。  您是否检查过此项?

    您的设计中有一些是关闭的。  我不太确定它是什么。  您是否检查了设计与应用手册 slua560 中建议的设计?  https://www.ti.com/lit/pdf/slua560 、应指明导致 H 桥输入电流关闭的原因。

     

    此致、

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    您好:

     

    如果您无法在 e2e 上共享原理图并需要直接的客户支持、需要联系当地的 Texas Instruments 现场应用工程师以获得支持。

     

    我认为您的设计确实有所不同。  另一个选择是订购 600W 评估模块 UCC28950EVM-442、以便评估和比较您的设计。  UCC28950 与 UCC28951 相同、只是 UCC28951 设计为在大于 90%的占空比下运行。  规格和引脚排列相同。  如果您有兴趣订购 UCC28950 评估模块以进行评估、请点击以下链接。

    https://www.ti.com/lit/pdf/SLUU421

     

    此致、

     

    第二个线程上的相关线程信息。  添加了以了解 e2e 读者的其他信息。

     UCC28951-Q1:在每个开关周期、持续寻找初级电流突然激增的原因 

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    它需要两张 B 尺寸的图纸来传达设计的关键部分。 我是否应该将这些完整页的屏幕抓图放到该论坛上进行检查?

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    您好:

     

    如果您提供了原理图、我将予以审阅。

     

    此致、

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    接下来的两个图像只是高清屏幕上的屏幕抓图;它们可能没有足够的分辨率来发挥作用。  如果无法阅读、我可能可以从明天开始访问 4K 屏幕。

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    为了便于阅读、这是分两部分的第一页:

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    您好:

     

    我已经收到了你的询问,并会有建议给你 Tommorow。

     

    此致、

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    您好:

     

    我查看了您的原理图、无法看到此负电流是如何在续流期间产生的。  该波形是根据您的笔记在具有电流环路的 H 桥输入端获取的。  这是在续流期间。  FET QA 和 QC 同时导通、或者 FET QB 和 QD 同时导通。  这意味着变压器初级电感器和匀场电感器在 FET 上短接 、因此该负电流来自何处。  随着续流的设计产生、这也改变了方向。  

     

    我想知道此电流是否来自钳位二极管。  您可以通过一个实验来短接 L1 和 L2 并查看电流波形是否发生变化?

    这将验证电流是否确实从钳位二极管流出。

     

    此致、

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    我一直在沿着这些思路思考,并做了一个实验,短了 L1 和 L2。  这样可以消除输入电流偏移的前半部分负电流。  后半部分(从零到几安培)仍然存在。 我还尝试将 L1、L2 替换为额外的电流互感器、以监测初级侧的电流。  该波形看起来就像输入电流波形、但预期的交替半周期反转除外、因为它位于电桥内。

    这些实验留下了此电流在大斜坡结束时突然变为何处的问题 — 在 L1、L2 仍位于电路中的情况下、当其显示为大负电流时、电流突然变为原来的情况。 我正在研究这方面的理论,但我已经采取了新的测量来确认或揭开它,这增加了到目前为止的困惑。  没有太多时间思考这些问题。

    我的理论如下:大电流消失的位置进入次级侧缓冲器。 您可以在上方的辅助中心抽头屏幕抓图中看到大脉冲。  我已将计算出的漏电流+匀场电流与缓冲电容器电压的储能进行比较、并找到了类似的值。 我非常确定它的位置。  

    下一个问题是电流的来源。  在采用短接匀场电感器的电路版本(从零电流而不是大负电流开始的版本)中、这可能来自次级 FET 体二极管反向恢复期间积累的电流。 请记住、无论是否驱动次级栅极、都会出现这种异常的初级电流。  在没有次级 FET 栅极驱动的情况下、所有输出负载电流都将仅通过这些体二极管传导。 当电桥极性发生变化时、体二极管两端的电压将接近于零、直到反向恢复时间结束。 这将导致漏电感的电流快速斜升。  我计算出了预期的 di/dt、发现它与异常的初级电流斜坡的幅度非常匹配。

    回到包含匀场电感器的电路版本 (L1、L2)、下一个问题是负电流突然产生的地方。 我在这里的理论有点模糊,但我认为这是有道理的。  这是钳位二极管的用武之地。 再次假设我们从饱和体二极管开始并使电桥反转、次级将保持接近零、直到二极管反向恢复结束。 此时、次级和初级变压器电压会升高、将泄漏电感器能量倾倒到次级缓冲器中。  但是、匀场电感器的结点和漏电感(变压器初级)不能超过正轨、因为该结被 SiC 钳位二极管钳位。  因此、通过钳位二极管和高侧电桥 FET 形成的短路、匀场电感器中存储的能量会滞留在电感器中。 当电桥下一个切换极性时、该电流(仍在反向恢复事件结束时卡在接近值)将出现在具有反极性的输入端。  

    我认为、当未驱动输出 FET 时、这可能都有意义。 但当它们达到此值时、FET 导通应防止体二极管中积聚电荷、因此不应出现反向恢复时间而导致大电流累积。  但这种情况仍然发生。 我现在正试图对此进行调查。  我是从两个角度来工作的。  

    首先、我在一个单元上将次级 FET 替换为肖特基二极管。 这并不是一个很好的解决方案、因为它会由于压降而导致 24V 电源再损失 5%左右的功率。 但是(电容增加除外)、不应发生反向恢复事件。  我还没有测试该版本、但计划尽快进行测试。

    其次、我已经对次级 FET 漏极(在确实驱动栅极的器件上!)进行了高灵敏度示波器测量、以查看电压是否指示 FET 阻止二极管导通(~ 0.1V 压降)或硅二极管导通(~1V 压降)。  答案似乎是每个人的一部分。 也许次级 FET 时序是问题所在。 它看起来可能是这样的  

    我很快会发布此问题的屏幕截图、以及使用肖特基二极管代替次级 FET 运行的结果。

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    您好:

     

    感谢您的更新。

     

    此致、

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    以下是上述次级 FET 漏极和相关信号的屏幕截图。  当然、这是具有 FET 的组装版本、而不是肖特基二极管。

    上方:输入电流探头、Q5G、Q5D、Q2S。  在这里、我们可以看到次级 FET Q5 在初级侧通电整个时间内导通。 漏极电压指示体二极管开始停止导通、可能的例外情况是最后 几十纳秒。  即使在这里、漏极电压几乎没有达到 0.6V;之后硅二极管似乎不太可能难以反向。  但高初级电流浪涌仍然存在。  这似乎与在体二极管的反向恢复期间积累的过大电流形成了争论。

    上一个:与上一个相同、但显示相反的电桥信号。  由于电桥上的相移、时序略有不同;否则似乎是相同的。 这里没有吸烟枪,看起来。

    ;将另一个次级漏极信号替换为栅极信号。 同样、体二极管似乎几乎没有机会硬饱和、从而需要大量电荷转移才能反向。

    上方;显示了两个电桥侧的对称性。  似乎我正在追随另一个死胡同 没有什么东西看起来应该倾倒能量到漏电感中  

    下一步:将测试用肖特基二极管代替次级 FET 的版本。