[参考译文] UCC256301：在输入电压仍然存在的情况下、X 电容器放电功能会导通

您好、Aleksey、

感谢您关注 UCC256301 LLC 控制器。

我与另一位工程师讨论了此问题、他建议您测量的高 HV 电流可能 是 由于 VDD 电压降至 UVLO 关断阈值后 IC 重新启动所致。 您说您的设计与 TIDA-010015 "类似"。  此设计使用与 HV 串联的31K 电阻器、您的设计使用3个1.5K 电阻器。   

这种偏差不考虑重启、但我提到它、因为 TIDA 设计和您的设计之间可能存在与问题相关的其他差异。 您是否可以提供 LLC 部分的最新原理图？  可能会有更多线索来了解那里发生的情况。

如果您不希望将其公开、您可以将其发送到我的电子邮件： ulrich_goerke@ti.com。  

同时、请探测 VDD 电压并查看 HV 电流尖峰是否对应 于 VDD 输入的 UVLO 阈值。  如果确实如此、我们需要找出 VDD 电容不足以使 Vvdd 保持在此阈值以上的原因。  

此致、
Ulrich  

你好 Ulrich！

感谢您的回答。 我已将原理图发送给您的电子邮件。 对其进行了一些更改、以交叉的组件或组件的值进行标记。 另请注意、R78 (用于 TIDA-010015的 RF1)现在短路。 此外、在编写本文档时、后置电阻器 R1-R3 (TIDA-010015为 R10、R22、R31)为1.5k Ω、但之后我将它们各更改为1k Ω。 在 R1-R3 = 1kOhm 的情况下拍摄了以下图片。 此外、我忘记更改 R43 (TIDA-010015的 R43)原理图上的值-它实际上是182千欧、抱歉、情况很糟糕。

我真的不明白您所说的"VDD"是 VCC 引脚还是 RVCC 引脚？ 据我所知、只有 RVCC 具有 UVLO。 因此我测量了这两个值、它们似乎没有任何问题。

蓝色信号是开关停止时的 VCC 电压。 黄色信号是 SW 电压。

蓝色信号是开关停止时的 RVCC 电压。 黄色信号是 SW 电压。

测量具有不同的时间标度、但我认为在两个标度中都可以看到足以支持 UVLO 的压降。 VCC 和 RVCC 电压上有一些尖峰、这些尖峰可能是由于示波器探针造成的(我之前注意到、如果我测量 ISNS 电压、例如 ISNS 电压、那么如果我测量 ISNS 和 SW 信号、则会在其上产生多个尖峰、 但仅测量 ISNS 电压时的尖峰要小得多)。

蓝色信号是 开关停止时的 BLK 电压。 黄色表示 SW 电压。

对于此测量、我加载了 PSU 1A、并等待了大约15-20秒、直到切换停止。

为在1.1A 负载下停止开关的 PSU 添加 ISNS 测量值。

添加在1.1A 负载下停止开关的 PSU 的 BW 测量值。 两张图片是相同的、一张图片只是关闭了通道1。 黄色- SW、蓝色- BW。

您好、Aleksey、

感谢您通过电子邮件提供原理图。  它与 TIDA010015非常相似、只不过输出电压增加到48V。   
我假设功率水平仍与 TIDA 设计相同、为480W、这意味着输出电流将减半。
(我进一步假设变压器 T1、尽管其绘制方式与 TIDA 原理图相同(包括不正确的极性标记)、但已针对您的设计的更高电压、更低电流进行了修改。)  
您最新的波形表明转换器似乎很高兴转换、然后突然停止。  我同意、VCC、 RVCC 和 BLK 电压看起来都很好。

在您的设计中、涉及 DA3和 DA1的输出电流感应电路使用与 TIDA 相同的支持元件值。  具体而言、R8、R23 和 R24设置~0.1V 阈值以触发驱动 V1光耦合器、从而调整 LL 突发模式阈值。 根据200V/V 的 DA3增益和0.0005R 感应电阻器、在大约1~1.1A 的输出电流下将满足该阈值。      

我怀疑您的 R17可能 不是487K、但情况要少得多、当 Iout =~1A 时、V1被驱动以调节 LL、但我认为它被拉至足够低的电平以关闭运行。  这与负载< 1A 或无负载时的原始症状描述不完全匹 配、但开关噪声或其他一些影响可能会触发此阈值。  

我建议取消装配 R17、以确保该电路对 LLC 控制器没有影响。  然后、如果 LLC 转换器在较高电流下长时间成功运行、您可以研究电流检测电路来对其进行调试。

如果移除 R17不会改善情况、那么我们必须进一步考虑。  例如、从初级侧的"观点"来看、所有阈值和保护都基于 TIDA 设计的24V/20A。  在48V 输出下、所有这些阈值和保护将在 TIDA 设计电流的1/2时发生(光耦 V1除外、它在 R37处具有直接感应功能)。  如果这不是您想要的、则需要进行一些初级侧参数调整。

此致、
Ulrich

您好、 Ulrich。

非常感谢您对此提供的帮助。

是的、DA1、DA3电路在实践中完全做到了这一点(将突发模式调整为1-1.1A)。 如下图所示、移除 R17 ( TIDA-010015中的 R70)对更改 LL/SS 电压没有任何作用。

我还记得电流阈值、但暂时无关紧要、因为对于电路中的组件、我现在应该能够获得大约7.5A 的输出、但甚至不能使其工作至该电流的一半。

在其他问题中、我在之前已经解决了这个问题、电流大约为1.7A。 当我将 R22 (TIDA-010015中的 R3)更改为150欧姆时、该问题在大约3A 时开始出现。 但是、当我调试它时、PCB 在该电流下工作了7-8分钟(我等待问题发生)。 它具有不同的 GT3-VT4 (TIDA-010015中为 Q2-Q3)、此时 R19 (TIDA-010015中为 R38)为330欧姆、现在很难分辨另一个 PCB。 由于  二极管反向恢复损坏、我在 VT3-VT4 (TIDA-010015中为 Q2-Q3)上遇到过冲问题、首先通过增大 R19的值( TIDA-010015中为 R38)"解决"(这可能导致发热问题)、通过将 MOSFET 更改为反向恢复电荷较少的 MOSFET 即可真正解决。 无论如何、在 PCB 的版本稍有不同的情况下、我在同一负载下的运行更加稳定。 另外一个重要的事实是、通过调整 ISNS 电阻器、我们可以更改电路成功运行时的电流、尽管电流远未达到可预测的值。

也许噪声可能是 ISNS 跳闸的原因？ 滤波电容器放置在远离 UCC256301 ISNS 引脚的位置、但如果放置在 UCC256301的顶部、则不会发生任何变化。 还尝试在 UCC256301之上放置22pF 电容器、但未看到任何变化、仍然过早停止开关。  

来自 BW 的 OVP 保护似乎没有跳闸、BLK 似乎正常、VCR 未超过其最大电压(请看下面的图片)、VCC 和 RVCC 良好。 我的想法是：

一些反馈问题导致 UCC256301停止开关。 我无法真正调试反馈、因为如果我尝试在 R12、R42、R41处测量某种值、TL431会开始振荡(由于用于将示波器连接到这些点的导线或探头电容产生的噪声)。 此外、如果我尝试在 R87处测量信号、则输出行为非常奇怪(可能类似于 TL431的振荡)。 不过、我可以很好地测量 FB 信号。 我可能希望将 TL431更改为 LMV431、这需要更少的电流流流流过它才能可靠运行、但这会导致反馈电路发生许多变化、因此如果没有绝对必要、我不想这么做。

2. HV 引脚上有奇怪的活动。 也许、正如我首先建议的那样、当220V 电压仍然连接时、X 电容器放电会以某种方式跳闸、这会导致 UCC256301过热、进而导致 OTP 跳闸和开关停止？ 这是唯一可以解释这一事实的事情(至少在我看来)、一旦停止、在220V 仍然连接的情况下不会再次发生开关(尽管 VCC 再次通过 HV 引脚充电、我甚至在 LO 引脚上看到长脉冲、 通常位于开关启动之前)。

3.噪音跳闸 OCP1或任何其他故障。

我担心开关在停止后不启动、我担心它停止。 也许这是一个提示，可以引导我们解决这个问题。 特别是考虑到这样一个事实、即如果开关停止不是因为这个问题(例如、OCP1在最初几个周期内跳闸、这种情况经常发生)、那么它会在1秒后重新启动。

我正在使用电子负载 AKTAKOM AEL-8321加载 PSU。 使用示波器 Tektronix TDS2012测量信号。

LL/SS (蓝色)、开关停止时的 SW (黄色)、在 R17仍然连接的情况下、发生在0.9A (I 缓慢地向上转动负载)时。

LL/SS (蓝色)、开关停止时的 SW (黄色)、这是在工作30-60秒后的1A 时发生的。R17不存在时发生的。 在另一个情况下、在0.2A 负载时停止开关。

切换停止时 VCR 信号、发生在0.6A。 R17不存在。

此致、
Aleksey。

此外、如何估算电阻器 R42 (  TIDA-010015中的 R47)的必要值？ 我知道该电阻器的目的是为 TL431提供适当调节所需的电流。 但如何选择精确的值？ 在本主题(https://e2e.ti.com/support/power-management/f/196/p/757072/2821130?tisearch=e2e-sitesearch&keymatch=ucc256301%252520tl431#2821130)中、我们得知选择该值时、光耦合 LED 引脚上的电压为0.5-0.6V、但为什么选择该值？  

在 TIDA-010015中、该电阻器的值为6.04千欧、在上面的主题中、选择该电阻器的值为500欧姆(对于 TL431、而不是 TLVH431)、那么应该如何准确估算该电阻器？ 我担心此电阻器可能是我的 PSU 不稳定问题的原因(向 TL431提供的电流不足)。

此致、
Aleksey。

您好 Alexsey、

很抱歉、我几天都无法回答。

首先回答最后一个问题：R42的值可能相对宽松。  它不需要精确、但需要足够低、以便为分流器件提供最小的偏置电流。  该值将根据每个单独器件的最小电流而有所不同、这些电流会有很大的差异。   在我关于您参考的这一主题的建议中、选择的电阻值不是为了使光电二极管等于0.5V、 而是针对光电二极管电压为0.5V 的情况进行选择。  

这是因为在0.5V 时、不重要的电流会流过该二极管。  在大多数使用分流器和类似的光耦合器的反馈系统中、当反馈电流为零或接近零时、会提供全功率。  这意味着分流阳极电压上升到足以切断流经二极管的电流。  但分流器仍需要偏置电流、因此二极管周围必须有一条路径。  如果所有偏置电流通过二极管、光耦输出电流将降低功耗、输出电压将不会接收到它在满负载下调节 Vout 所需的全功率。 如果分流器上升到足以切断其自身偏置电流的高电平、则会损失"完整性"并且阳极电压下降。  这会再次将其打开、并上升以切断电流、从而导致您发现的不稳定。

二极管上的0.5V 电压足以使 R42上的电压为分流器提供所需的偏置电流、而以0.5V 电压通过二极管的电流不足以产生集电极电流并将反馈电流下拉至初级控制器。 您可以降低 R42、使 其电流比最小值大一点、但不会太大、以至于 R41上的压降变为高电平、从而允许其自身的调节变化。  我希望这澄清了 R42的理由。

回到主要问题、我想我倾向于同意您的观点、即 OTP 必须是冷却后关闭并最终重新启动的最可能原因。  您对 HV 似乎执行 X 电容器放电的观察需要进行更详细的调查。
如果在 x 电容测试期间缺少 HV 电流变化会触发 X 电容放电功能、则 HV 路径中的某些部件可能无法正常工作。   

尝试使用新二极管(甚至可能是不同的器件型号)替换 VD10和 VD11。
仅用于临时测试、尝试在 Neta 直向初级 GND 之间添加并联电阻。  (确保它可以处理功率耗散)。 其目的是 在两个二极管上施加恒定的负载、以确保 Neta 电压每半个周期确实会变为 GND。  然后、看到仍然会发生不必要的放电。

另一种可能是、在之前的测试中、特定的 LLC 控制器因某 种原因受损、偶尔出现故障。  如果您有另一个未使用的 UCC256301、请尝试将其替换为新的 UCC256301、并查看问题是否仍然发生。

此致、
Ulrich

您好、Ulrich。

感谢您的回答。 我尝试用差分二极管替换 VD10-VD11、但没有任何变化。 我还尝试在二极管和电阻器 R3之间焊接开关、以便在 UCC256301开始开关后完全切断该路径、但仍然不幸运。 在开关期间切断 VD10-11后、UCC256301仍会继续开关、但在负载下仍会最终失败。 因此、很明显、HV 引脚活动是开关停止后的效果、而不是原因。 我想 UCC256301可能会以某种方式复位、这将导致切换至 STOP、HV 引脚再次开始灌入 VCC 引脚的电流。 尽管在停止后开关不会再次启动仍然很有趣。

很久以前、我还尝试用另一个(尽管是同一批次)替换 UCC256301、尝试解决此问题、但没有发生任何变化。  

我在开关时测量了整个电路板的温度。 事实上、VT10、VD4、R44电路即使在无负载的情况下也会快速升温、这将解释所有内容： 在突发模式下、它会加热一点、低于满负载、因此在负载为1A 时停止开关将完全适合图片-此电路会加热、停止提供 VDD、这将导致输出上的整流器停止工作。 但是(遗憾的是、总有一个但)当我将 VT10更改为更大的 NPN (TO220)时、我得到了更合理的加热、尽管在负载下 UCC256301仍然停止了开关。 当开关停止时、我测量了 PCB 两侧的温度、测量值不超过40摄氏度。

现在、我没有其他想法、只想尝试调试反馈电路。

再次感谢您的帮助。

此致、
Aleksey。

您好、Aleksey、

您写的内容让我再次查看您的原理图。

这次、我注意到了一些不同的东西。  在初级侧、GND 符号是一个指向的三角形。 在次级侧、GND 符号是一个扁平的圆角"英尺"。  但是 、光耦合器(V2)上 R41和 R100之间有两个元件、没有参考标识符、 并且 GND 是扁平的。  这些是20V 齐纳二极管和100nF 电容、用于将偏置电压钳制到 TL431 (DA2)。  

这些器件是否实际组装好、它们是否都连接到次级 GND、或仅连接到其本地的"GND"。

我希望这种图纸差异可能会导致更高的负载关断、在轻负载下、TL431消耗足够的电流来保持 其阴极电压在规格范围内、但随着负载的增加、分流电流下降、VK 上升到 TL431规格之上。  然后它暂时"失败"。

这就是我 目前可以想到的所有内容。

此致、
Ulrich  

很抱歉，地面的符号当然应该是  “一个平圆的“脚”。 不带参考标识符的这些元件的物理接地连接通过线直接连接到 TL431的阳极。 它们是在 PCB 制造之后添加的、因此在原理图 CAD 中、它们不是作为组件而是作为几条线的绘图、这就是它们没有引用标识符和 GND 符号绘制错误的原因。

是否可以将 TL431电路归咎于 PSU 关闭？ 毕竟、周围的电阻器(定义流经 TL431和光耦合器的电流的电阻器)是凭经验选择的、无需进行实际计算。  

此致、
Aleksey。

Aleksey、

上文几节讨论了 R42的价值。  您的特定 TL431可能需要更接近最大值1mA 的偏置电流才能 正常工作。  为了"保证"这一点、您可以将 R42降低到510R 或470R。  当光电二极管电流减小或切断时、在更高的负载下需要执行此操作。

R41具有最大值、因此您可以获得最小偏置电流(通过 R42) 和必要的光电二极管电流、从而在 无负载(IFB = 85uA)时满足 FB 电流要求。  TLP181在 IC = 85uA 时的典型 CTR 最低(顺便说一下、现在处于"寿命终止"状态)约为35%、因此在空载时至少需要240uA 的二极管电流。  当 TL431的 VK 最低(~2V)、因此(20V-2V)/1.24mA = 14.5K 时、最大 R41值必须提供1mA 偏置和0.24mA 二极管电流。  目前、R41 = 12.1K 符合这个最大标准。  R100需要为10V 齐纳二极管提供相同的 TL431电流和偏置。  精度并不重要、因此假设1mA 就足够了、那么 (48V-20V)/2.24mA = R100的最大值为12.5K。  8.05K 符合此标准。  因此、这些值不应妨碍正确的分流器运行。  

当然、所有这些都在纸上、尽管原理图看起来工作正常、但实际电路板却不工作。  其中一个元件可能不是原理图中所示的元件。 在轻负载条件下可能会产生错误的值、但在较重负载条件下可能不会产生错误的值。  或热膨胀可能会导致连接或焊点破裂。  我担心所有这些可能性都需要排除、这是一个繁琐的过程。

最后、我们将找到导致此问题的原因。  需要检查每个小子电路 、以验证它在所有不同的工作条件下是否按预期运行。  由于您无法将负载增加到~1A 以上、因此接近此"限值"时、某些操作不正常。 您可能会发现电路达到钳位电平或限制电平(电流或电压) 、而不应出现该电平。

此致、
Ulrich

您好 Ulrich、

感谢您的帮助、您的计算确实有助于清楚地说明这一点。

将 R42更改为470欧姆完全关断所有稳压-光耦合器没有足够的电流、UCC256301认为没有向输出端提供电源、输出端的功率增加、因此输出端接收到几乎100V 的电压。 OVP 不开启也是一个问题、但现在还不是问题所在。 我重新计算并重新填充了 R32至47.5k、以便 OVP 在大约70V 时触发、但即使在该电压之后、如果我遇到类似的问题、OVP 有时也不会触发。

因此、我尝试更改了反馈原理图并切换到了 LMV431、而不是 TL431。 DA2现在是 LMV431、R42 = 6.04k、R41 = 24.9K、齐纳二极管的值为11V、R100 = 27.4k、R43 = 301k、R12 = 8.25k。 这是另一个 PCB 上的一个、因此我可以根据需要对之前的原理图进行比较。 之后、我得到的结果几乎与以前相同- PSU 在无负载的情况下工作正常、但在打开负载后会很快停止开关。 我测量了流经 R87的电流、并获得了以下结果。

无负载：

负载约为1A (稍高一点、约为1.1-1.2A)时：

我不太担心通过 R87的空载电流、因为它现在可以工作、但加载 PSU 时通过 R87的电流有点奇怪、我想。 我的理解是、C49、R13、C13补偿电路应减缓 DA2对开关脉冲的反应、以便 DA2对输出负载导致的电压变化更慢做出反应。 因此、如果我理解正确、DA2不应对如此大的电流尖峰中的开关脉冲做出反应。 看到这样的尖峰真的是异常、还是我不明白？

此致、

Aleksey

您好、Aleksey、

您在上面看到的电流尖峰(在上一篇文章中)是异常的、但我不确定它们是否确实存在。  由于您要以200mV/div 的刻度探测大约一个电压信号、   因此可能是叠加在电流信号上的附近高电压开关的噪声拾取。   我无法想象该幅度和频率成分的电流会通过光耦合器晶体管。  

请按照本应用手册第5页所示的探测技术最大限度地减少噪声拾取： http://www.ti.com/lit/an/slea025a/slea025a.pdf?&ts=1589504523542。

我将尝试找一位 LLC 专家、他或许能够提供比我能提供的更好的帮助来解决这个问题。   我们似乎都缺少了一些东西。  他可能需要一天或两天的时间来加速解决问题。

此致、
Ulrich

您好、Aleksey、

您能否尝试在 ISNS 和 IC GND 之间添加1nF 电容器、并查看转换器是否继续停止开关？ 将电容器尽可能靠近 ISNS 引脚放置。 如果您继续看到转换器停止开关、请将 ISNS 旁路电容提高到2.2nF。 ISNS 信号中似乎存在一些高频振荡、可能会破坏 ZCS 保护功能的 ISNS 极性检测。

此致、

本·洛夫