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[参考译文] UCC27714：低侧 MOSFET 禁用但变热、具有5%高侧 PWM。

admin
Guru**** 2535750 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS2024, UCC27714, CSD18537NKCS

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/940766/ucc27714-low-side-mosfets-disabled-but-getting-hot-with-5-high-side-pwm

器件型号：UCC27714
主题中讨论的其他部件：TPS2024、 CSD18537NKCS

您好！

我在随附的原理图中显示了电路。 它显示了用于驱动无刷直流电机的三个电机相位驱动器中的一个。 我目前正在使用外部直流电源、该电源设置为40V、电流限制约为4A。

https://e2e.ti.com/cfs-file/__key/communityserver-discussions-components-files/196/High-side-fets-not-working.jpg

MOSFET 是 FDP61N20

U9是隔离 ISO7730FDWR

U8是 UCC27714

D26是标准二极管 VS-3EMU06-M3/5AT

其他二极管是散射型 DSS120UTR

请注意、R22至 R27已更改为100R。

我遇到的问题是、当电桥在5% PWM 的高侧驱动下运行并且低侧被禁用时、低侧3 MOSFET 都变得很热。 我使用 BLDC 电机的单通道作为电桥输出和 GND 之间连接的负载、因此目前不使用低侧驱动器进行此测试。 这会导致直流电源上显示的电流增加约250mA。

我已经尝试连接每个低侧 MOSFET 的栅极和源极、以确保它们不能被打开、但仍然变得很热。

我没有差分示波器探头、但可以使用示波器的两个通道(TPS2024)通过差分测量来实现相同的效果、如果这样做有帮助的话。

此致

法默乔

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    TI__Guru**** 2535750 points
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    您好 Farmer Jo、

    感谢您 关注 UCC27714半桥驱动器。 当低侧 MOSFET 在体二极管中导通电流的情况下运行时、似乎存在热耗散和功率耗散问题。 根据工作条件、主要是这种情况下的平均电流和/或电流始终为正(CCM)、可能会存在通过体二极管压降 Vf x Iavg 的平均电流的功率耗散问题、 或者可能存在强制关闭 MOSFET 体二极管导通的开关损耗问题。

    您所做的实验、将低侧 FET 的 Vgs 短接、确实解决了由于米勒电荷耦合到栅极而导致低侧 FET 导通的可能问题。

    我看到您使用的 FET 具有~140ns 的体二极管恢复时间。 您能否看到是否有类似的 FET、您可以尝试更快地恢复体二极管？ 如果您不需要200V 额定值、 通常较低的额定 VDS MOSFET 可缩短体二极管恢复时间。

    增加您所示的栅极电阻是我建议的另一个方法、它可以减小体二极管导通产生的反向电流。

    您能否确认此工作模式下的工作电流条件？ 平均电流有多高、电流是否始终为正(CCM)？

    此致、

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    TI__Guru**** 2535750 points
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    您好 Richard、

    非常感谢您的帮助。

    此后、我尝试过另一种 MOSFET、其体二极管恢复时间快得多、为50ns (CSD18537NKCS)、但遗憾的是、加热问题仍然存在。 这与之前一样、在连接栅极和源极的情况下进行。 我已获取栅极/源极和漏极信号的示波器读数、可以看到在我们的设计中、当使用30V 电源时、漏极信号在上升沿过冲至约50V、在下降沿下冲至约-4或-5V。 看起来是下冲导致了加热问题。

    使用电流钳位测量的电机绕组电流约为150mA。 电机电流似乎不会变为负值。

    此致

    法默乔

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    TI__Guru**** 2535750 points
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    电机电流大约为150mA、如外部 PSU 上所示、峰值电机电流大约为1.5A、由电流钳位表示。

    此致

    法默乔

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    TI__Guru**** 2535750 points
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    您好 Farmer Jo、

    通过体二极管的平均电流不是150mA、即使持续传导也会解释任何热问题。 此外、更改为36ns 的体二极管恢复本应会产生一些差异、如果存在二极管恢复/开关损耗问题、我会预期会有所不同。

    现在、在这种情况下、低侧 FET 会变热、这毫无意义、在更高的负载条件下也不会出现问题(我假设)。

    您能否确认这是否是您看到过热问题的唯一工作模式？

    在此工作模式下、您能否提供以下运行条件下的示波器图：HI、HO-HS (可能的差分)、HS、从开关节点流入负载的电流。 花几个周期、放大一个周期、查看打开和关闭详细信息。

    如果您可以在此负载条件下启动并运行设备、对于测试用例、我建议再次确认一个实验。 您能否移除低侧 FET 并替换为超快速恢复二极管或肖特基二极管、以查看二极管在此情况下是否具有高热升？

    此致、

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    TI__Guru**** 2535750 points
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    您好 Richard、

    感谢您的帮助和建议。 这是我迄今所发现的。

    当相位输出(A 相)不通过负载连接到 GND 而是连接到启用低侧(高侧禁用)的其他相位时、该问题似乎可以解决。 硬件总共有三个通道。 不明白原因、但低侧器件不再存在发热问题！ 对此有什么想法吗？

    还有另一个可能与此相关的问题、即我们定期销毁 UCC27714器件。故障模式是 HO 输出停止工作、不再驱动高侧 MOSFET。 在此故障下、器件 EN 为高电平(已启用)、LI 为低电平、HI 具有10%的 PWM 信号。 我想知道我们用于为 UCC27714供电的15V 电源的要求及其稳定性。 目前使用降压稳压器(MP9488)生成15V 电压。 此电源问题是否可能会损坏 UCC27714器件？

    本周末还会按照建议获得一些示波器跟踪、并会增加这些跟踪的简短性。

    此致

    法默乔

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    TI__Guru**** 2535750 points
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    感谢 FarmerJo、

    Richard 将于周一回来、我同意让我们从示波器短裤开始。 您可以在启动和其他情况下触发。 Richard 提到过、进入负载的开关节点电流很好、可以看到任何异常情况。

    祝您好运、期待您的波形。

    Wei

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    您好！

    响应缓慢的拓扑。

    我现在已经修复了 UCC27714器件使用的15V 电源的稳定性问题。

    除了在 MOSFT 上进行一些已禁用但仍然很热的 VDS 测量外、我还连接了许多相位 W 桥输出的示波器迹线。

    前两个波形是 W 相输出。 我们使用的是导通时间约为10%的30kHz PWM 频率。

    从电桥驱动的上电压是如何高于我们的40V 电源电压的？

    我还注意到、波形2显示低电平驱动电压大约为-1V、我原本希望它为0V！

    其余4个波形是使用 x1探针获取的、显示了 Q12的源极(GND)和漏极之间的电压(请参阅之前的原理图)。

    从这些可以看出、Q12的漏极引脚在每个 PWM 周期中被负驱动的时间非常短。

    在这些情况下、我们看到-ve 漏极电压的原因是什么？

    由于连接了原始原理图、我已将所有2R7栅极驱动电阻器更改为100R 值。

    我没有包含任何栅极驱动波形、因为我之前将 Q12源极和栅极连接在一起、但器件仍然发热。 如果它能帮助我包括这些内容的话。

    此致

    法默乔

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    您好！

    拓扑、我在连接最后一个波形时遇到困难、我将会很快重试。

    此致

    法默乔

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    您好！

    感谢您提供最近的示波器图。 以及开关节点为何可能会高于输入源电压的问题。 高侧驱动器有一条高于40V 输入电压的电流路径、可在 Vgs 上升时间内将电流拉入栅极。 该栅极驱动电流流入栅源极电容、这意味着有栅极驱动电流从 MOSFET 源极流出。 通常情况下、MOSFET 源极具有低阻抗、您不会看到太多的影响、但理论上、这可能会导致源极上升。 此外、根据电流极性、可能存在电流流动、这可能导致体二极管导通、从而使源极高于漏极电压。

    在显示轻微负电压的图中、这可能是由于未导通低侧 MOSFET 时体二极管导通造成的。

    我想您提到过其中一个 FET 已禁用、我认为这是低侧 FET。 这将~Δ I–1V、因为低侧 FET 体二极管可以导通。

    较窄的负尖峰通常在某种程度上可见、这是由高侧 FET 开关期间的 di/dt 引起的、这会导致电源传动寄生引线电感上存在电势。 这可能会导致持续时间短的负尖峰。

    确认这是否能解决您的问题。

    此致、

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    您好！

    当您有可用的图时、您可以发布附加信息

    此致、

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    您好 Richard、我似乎无法添加其余3个波形。 我收到报告说我的新帖子重复了、但我无法在论坛上看到新的图表。 您能看到它们吗？ 它们是否可以通过其他方式连接？ 到目前为止、我一直在拍摄屏幕截图、然后将其放入帖子中。 前3个工作了，但其他不是。

    将很快重试。

    与此同时，人们还想到了另一个想法。

    如果由于某些时序问题、高侧 PWM 信号被启用并且低侧(非 PWM)被同时启用的时间非常短、有可能导致 UCC27714器件损坏。 时序不正确的另一种可能是将两个高侧(PWM)信号驱动到剩余的第三个启用的低侧驱动器中。 我可以看到、这不会对 MOSFET 产生很大的影响、但它是否是可以销毁 UCC27714的机制？

    此致

    法默乔

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    是否已附加？

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    您好 Farmer Jo1、

    我看到有一个帖子的通知出现、但没有看到任何最新活动。 只需检查一下您是否对论坛有疑问。

    此致、

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    您好 Richard、

    自从我们上次发言以来，我对我们的努力作出了以下两项重大改变：

    我们为 UCC27714提供的15V 电源存在问题、实际上它在约12V 的电压下工作、调节性能较差。 这一问题已得到解决。

    我已使用 C 替换原始流程代码重写驱动程序固件。 使用流程代码时、偶尔会出现电桥时序问题、在高速时、电机输出偶尔会发生抖动、这是连续两次传感器转换的错误驱动。 也许这里有一座短桥。 使用新固件时、整个速度范围(最高约12K RPM)内根本不会出现抖动。 此外、UCC27714器件也没有损坏。

    是否存在一种故障模式、当同时启用电桥高侧和低侧驱动器时、即使在 MS 区域中处于短时间内、也可能导致 UCC27714器件损坏？

    我们的15V 电源还有另一个奇怪的地方、即当我们关闭控制器电源(即关闭外部电源)并且电压降至大约10V 以下时、它看起来好像在电源电压最终消失之前尝试多次重启。 它在大约10V 到 GND 之间以几 Hz 的频率摆动。 在第一个 GND 上、处理器应该具有复位功能、并且应该禁用发送到 UCC27714的所有控制信号。 在此期间、电桥将以大约10V 的电压供电、15V 输入将在10V 和 GND 之间波动几次。

    这是否会对 UCC27714器件造成损坏？

    此致

    法默乔

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    您好、FarmerJo、

    Richard 在周二之前不上班、我可以根据您的最新问题发表意见。

    我已经查看了驱动器 IC 原理图、并且可以确认只要偏置电源不在 UVLO 条件(9.1v 打开、8.6V 关闭)、IC 就可以支持 HO 和 LO 为 HI 并且您的应用在高侧和低侧栅极上没有潜在的击穿条件。

    根据您的反馈、 在这段时间内、您的15V 电源似乎不够稳定、并且当控制信号未被禁用且电源摆动10V 和15V 时、IC 可能会发生故障、这与建议的 IC 电源时序相违背 (当电源稳定且高于 UVLO 时、IC 应仅在 IN 信号中看到、以防止可能偏置 ESD 单元并允许在 PWM 信号之前对驱动器内部电路进行偏置)。

    请确认这是否能解决您的问题、如果有其他问题、请告知我们。

    此致、

    -Mamadou

      

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    您好！

    进一步研究了 UCC27714器件的损坏问题后、在两种情况下、似乎都会导致高电桥电流和外部 PSU 电流限制。

    (*)硬驱动电机。

    (*)将外部 PSU 电流限制设置得太低。

    此后、我使用了更慢的斜升时间、并将外部电流限制设置为15A、这两种方法都可防止电桥电源电压突然损失。

    我现在的问题如下。

    如果电桥当时正在驱动电机相位、那么电桥电源电压的突然损失和相应的 UCC27715 15V 电源损失是否会对 UCC27714器件造成损坏？

    在极高的电桥电流(可能在短时间内高于50A 的 MOSFET 额定电流)期间、不兼容的电压是否可能会重新驱动到 UCC727714高侧输出引脚中、从而损坏器件？

    在这些电源电压条件下是否有保护 UCC27714器件的方法？ 例如、当电机运行时、外部电源很可能会发生故障。

    请提供任何帮助。

    此致

    法默乔

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    您好 Farmer Jo、

    我认为、您最近的更改解决了您的其余问题、这是一件很好的事情。 您询问的有关电桥输入电压损耗或压降的问题与驱动器偏置相同、其本身不会损坏驱动器 IC。

    但是、最重要的是、如果驱动器偏置不稳定并降至栅极驱动器 UVLO 以下、则会导致电桥中完全意外的开关周期、从而导致驱动器暴露在驱动器引脚上的电压、从而可能对驱动器造成压力。 如果驱动器在动力传动系传导大电流时意外停止和/或启动、则可能会出现比正常运行高得多的电压尖峰。

    我将确认驱动器 VDD 保持10V 的电平、这是该驱动器在各种瞬态条件下的建议最小值。

    确认这是否能解决您的问题、或者您可以在此主题上发布另一个问题。

    此致、