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[参考译文] UCC27288：UCC27288DR 闸门驱动器的电路设计指南

admin
Guru**** 2382160 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC27288EVM
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/1082868/ucc27288-circuit-design-guidance-for-ucc27288dr-gate-driver

部件号：UCC27288
“线程： 测试”中讨论的其它部件
下午好，
几周以来，我一直在努力实施 UCC27288DR 门驱动器，以驱动 IPP200N15N3 MOSFET，用于三相电动机驱动器。 控制装置工作正常，电动机运行成功，但闸门驱动器很快就会发热(~15秒)，几次使用后会迅速损坏自己。
我已经将我的电路(下图所附)与  TI 提供的 UCC27288EVM 开发板进行了比较，我看不到任何可能导致电路过早故障的主要原因。
以下是一些注释：
电机是一  个 FANUC 伺服电机。 额定功率为200W (54V，电流约为3-4安培)。 正如电路附图所示，我以12伏的电压运行电路，并使用与栅极驱动器相同的电源。
关于驾驶员的工作频率，我目前没有执行任何高速 PWM 控制。 电机每转有4个换向循环，只有当反馈编码器记录到角度变化为15度时，驱动器才会发生变化。 根据我的观察，电动机以大约300 rpm 的转速旋转，因此每个栅极驱动器都能看到大约40Hz 的输入信号。
我目前在一个试验电路板上连接了这种电缆，我认为这是可以接受的，因为它是以低频率运行的。
电源设备是计算机的 PSU。 12伏导轨每条线路可处理高达4.2安的电流。 我曾尝试向栅极驱动器和 MOSFET 提供单独的导轨，但这没有帮助。
我已探测到 HO/LO 引脚，但我确实看到过，HO 引脚 不是从关闭到打开的清晰转换。 但是，我似乎不能明白为什么这样做。 我认为这可能是一个电源问题，但电流额定值对于驱动器来说应该足够多。
如果技术支持能加快解决这一问题，我将很高兴找到正确的解决方案。 在所附的我当前使用的电路照片中，我只显示了电机驱动器的1相位。 电路在总共3个相位中重复2次，与所附照片相同。
此致，
罗伯特  
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    TI__Guru**** 2382160 points
    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。

    罗伯特

    很抱歉您的电路有问题。  

    FET 是否也会变热？ 还是只有驾驶员自己？

    此致，

    Don

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    TI__Guru**** 2382160 points
    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。

    仅限驱动程序。 我确实换用了所有新驱动程序和 FET，只是为了确保，问题仍然存在。 所有3个驱动程序都变热了。 这不仅仅是一个。

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    TI__Guru**** 2382160 points
    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，罗伯特，  

    感谢您提供的信息。  40Hz 切换频率非常低，这意味着引导电容器需要将电荷保持在 HB UVLO 以上12.5毫秒(假设占空比为50%)。 HB 静态电流将在很长的时间内缓慢释放电容器，在这种情况下将完全耗尽电容器的电量。

    使用 IT=CV 时，在特定时间间隔内由于 HB 静态电流而导致的电压降为 V=IT/C,其中：  

    • “I”是驱动器的 HB 静态电流
    • “T”是电容器放电至“V”水平所需的时间
    • “V”是电容器在“T”时间间隔后的压降
    • “C”是引导电容器的电容

    对于这种低频，您可能需要考虑使用浮动/隔离偏置电源为高侧驱动器(从 HB 到 HS)供电，而不是引导电路。  

    此致，

    莱斯利  

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    TI__Guru**** 2382160 points
    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。

    谢谢你 Leslie。 我确实检查了示波器上的高侧门输出，其波形对您分析电容器正在放电更有意义。 看起来它缺乏快速驱动大门的“力量”。

    我能否通过并联多个电容器来抵消这一影响，以保持充电时间更长？ 至少用于测试？ 关于您提供的方程式，我是否应该将 V 设置为驾驶安全门后的最终电压？

    对于浮动/隔离偏置电源，您是否建议我拆除二极管和电容器，并在 HB 和 HS 之间添加12伏电池？

    我的电路是否有任何固有的错误，阻止我以更高的频率和电压运行？ 我知道需要更换二极管以获得更高的额定电压。 根据您的帖子，我假设该解决方案只能以更高的频率运行。 最小/最大频率是多少？ 我如何计算这一点？ 电容器放电到“V”水平的时间是基于“T”，还是与之无关？

    坦率地说，这对我来说是新的。 我不介意进行试验，但我的闸门驱动器的运行量很低(它们已不再有库存)，因此我可以采取什么措施来尽量减少破坏性测试，这将非常有帮助。

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    TI__Guru**** 2382160 points
    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，罗伯特，  

    我知道保持损坏设备是多么令人沮丧...当您正在进行实验时，我建议遵循以下建议以尽量减少这种情况：

    • 首先，在无负载且 Vbus 关闭的情况下测试驱动程序。 VDD 将通电并进行输入切换，因此您也可以观察输出切换。 在此步骤中，确保 HO 和 LO 都不会同时打开，因为这会导致整个事件发生(Vbus 到 GND 短路)。 例如，当 LO 关闭时，请等待100ns，然后再打开 HO。  
    • 一旦您确认步骤1中没有问题，但仍在卸载的情况下，您可以打开 Vbus，但以低电压(例如：)启动 10伏)，然后慢慢增加。 在此步骤中，您可以检查驱动器针脚的建议操作条件是否未被超出。 例如，HS 电压(包括瞬变电压)不应超过建议的最大电压。  
    • 最后，您可以继续连接负载并测试整个电路。 仍在执行此步骤时，先从低 Vbus 电压开始，然后缓慢增加，始终检查驱动器的电源电流和总线电压。  

    您是否介意提供有关使用40Hz 的原因的更多详细信息？ 这是您的系统要求还是您目前只是在试验？  如果您目前只是在尝试了解设备行为，我建议从100KHz 切换频率开始。 此外，您还可以在数据表 8.2.1“设计要求”一节中找到一个设计实施示例，以作为指南。 本节还提供了选择引导电容器组件的指南。 如果以100KHz 的频率运行，您不需要我建议的浮动电源。  

    此致，

    莱斯利

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    TI__Guru**** 2382160 points
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    谢谢你 Leslie。 我已经焊接了另外3套，我将完成你建议的步骤。

    40Hz 只是一种手动计算。 伺服电机的额定电压为54V，但我认为如果我以较低的功率运行(在本例中为12V)，发现问题会更容易。 在这种电压下，它会缓慢旋转，我只是猜测了近似的转速，并从换向序列中猜测了栅极驱动器的近似工作频率。 其目的是以更高的频率运行栅极驱动器。

    现在我想一下最后一句话，这很有趣。 如果我为预定工作频率设定了换向，我很可能不会处于这一位置。

    我确实浏览了数据表，并参考了您提到的设计实施，但我只是在挑选组件值时没有清楚地了解其背后的原因。 例如，数据表第3页的引脚显示了 HB 引脚上的建议电容器值0.1 uf。 我选择了该组件，但直到您解释了该组件后才理解，即假设用户的工作频率不是40Hz。

    我需要一些时间来实施您的建议。 为了让我感到舒适，我提供的电路是否适合应用？ 这比您在第8.2.1节中提到的要少得多，但我想知道它是否足够向前发展(频率为100kHz)。

    此致，

    罗伯特

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    TI__Guru**** 2382160 points
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    你好，罗伯特，  

    我们的专业知识是闸门驱动程序本身，而不是特定的应用程序， 因此我无法提供有关系统的建议。 但是，从驱动器的角度看，您选择的引导电容器的大小适合您所使用的 FET，VDD 电容器的大小也正确(引导电容器的大小是其大小的10倍或更多)。 我们还建议添加一个尽可能接近 VDD 和 VSS 引脚的小型旁路电容器，以过滤高频噪音(例如 100nF)。

    我们确实建议使用肖特基二极管实现快速反向恢复和低正向电压降，但额定电压应考虑到包括瞬变在内的 Vbus 电压。 例如，如果 Vbus 电压为54V，并且在切换过程中 HS 瞬变达到70V，则您的 FET，驱动器和二极管的额定电压应允许该电压加上一定的余量，以考虑温度等任何变化。 您选择的二极管额定电压为40V，如果总线电压高于该电压，则该电压过低。 我的建议是选择一个电压额定值与 FET 的 Vdss 电压额定值相同的二极管。  

    我看到的另一个问题是设置。 您提到您正在试验电路板上运行此测试。 主板寄生虫在这些应用中起着重要作用，因为任何寄生诱发都会转化为可能超过驱动器额定值的较高瞬变。 数据表中的"布局"部分建议将此最小化。 此外，我建议始终使用示波器(特别是 HS 到 GND)监测信号，以确保瞬变在建议的限制范围内。  

    关于您对低电压测试的评论，我同意您的方法。 在监测电路的正确行为的同时，以较低的电压启动并缓慢增加电压总是很好 的(当我在实验室中运行测试时，我以1伏 Vbus 电压启动，然后缓慢地将旋钮向上转动所需的电压)。 您之前测试条件的主要问题是切换频率，因为启动带电路无法保持足够长的充电时间，以40Hz 的频率正常工作。  

    如果您需要进一步的支持，请随时与我们联系！

    此致，

    莱斯利

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    TI__Guru**** 2382160 points
    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。

    感谢 Leslie 的帮助，并引导我走上正确的道路。 我理解无法确认特定设计。 与任何项目一样，我必须为可用项目做出让步。 我已经意识到了线路布线的局限性，但在印刷电路板设计迭代和少量浇口驱动器供应方面的时间需要这样做。 除了二极管是我拥有的肖特基二极管以来的二极管，所有二极管都是 SMD。

    自从您提出建议(TI 有一个关于低频应用的栅极驱动器的视频，我观看了该视频)以来，我一直在继续阅读这些建议，包括再次参考数据表以了解我现在所了解的内容。 尽管过去几个星期的挫折，我确实对实际发生的事情有了更深的了解，对我最初做的事情的了解也是微乎其微。

    在我承诺最终设计并将其应用到机器人手臂之前，我还有办法去做，但我非常感谢您给我足够的时间来完成其操作并对其进行调整(希望不会造成破坏)。

    此致，

    罗伯特