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[参考译文] UC3875:驱动变压器

Guru**** 2389610 points
Other Parts Discussed in Thread: UC3875, UCC28951, UCC28950, UCC27324, UC2875
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/913939/uc3875-driving-transformer

器件型号:UC3875
主题中讨论的其他器件: UCC28951UCC28950UCC27324UC2875

您好! 我现在和 PSFB 一起使用 UC3875、我知道 这是一个很旧的部分、但 我有库存、我想用它们、此外、问题更是理论性的。  我对 MOSFET 驱动变压器配置有疑问。 我已经有4个变压器可用、我想单独控制每个晶体管、如图所示。 但当我仅连接一个通道(B)时、我遇到了一个问题、电流消耗显著增加至约180mA (即使 TB1的次级侧与 QB1 R5完全断开、R4缺失)。 相反、当您连接全部四个通道时、变压器输出端的 PWM 信号会消失。 问题可能出在哪呢?

变压器参数如下:磁芯 RM4、N87材料、比率1:1、NP=Ns=21匝。 电源电压12VDC

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    你好 Vasilly

    它可能是一个旧的部分,但它应该仍然有效:-)

    您能否测量或计算栅极驱动器变压器的磁化电感、从而确定磁化电流应该是多少、并将其与实际得到的电流进行比较。

    在200kHz 时、OUTx 线路将以100kHz 的频率运行。 我希望变压器的磁化电感应在大约1mH 到2mH 之间。

    接下来要看的是 V*Sec 产品-假设您运行的是12V VC,则变压器将看到大约12V*5us 的最坏情况。 由于是串联电容器,因此变压器中产生的磁通摆幅将以0为中心,并且每个方向的磁通量将为0.5*12*5us。 计算变压器的伏秒乘积-大于大约45Vus 的任何值都是可以的。 您可以将电容器放置在互感器的返回侧、并在开关期间测量变压器上的电压、并从 dv/dt 速率推断电流。

    您可以尝试在 OUTx 和变压器之间添加单独的驱动器- UCC27324是一个不错的选择-它用于(较新版本) UCC28950/UCC28951 EVM 的 EVM。

    请告诉我您的使用方法-如果可以的话、发表一些波形、特别是如果您可以测量直流阻断电容器上的电压的话。

    此致

    Colin

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    您好 Colin

    感谢您的回复! 数据表显示、对于 RM4 (N87)内核 AL 值为1100 nH/N^2。 因此,如果初级侧有21圈 L=1100*10^-9*21^2=485uH。 因此、磁化电流为:IM=U/(WL)=6/(2pi*100*10^3*485*10^-6)=0.0197A=20mA。 因此、如果我的数学是正确的、一切都应该正常。  下面是一些更多信息:如果我断开所有变压器(我移除了隔直电容器)、则 PWM 控制器的功耗为43mA @ 12VDC。 在输出端、有一个占空比为50%的良好且干净的 PWM 信号。 一旦我连接其中一个变压器、例如 B、电流消耗就会高达180mA (I SET 限值)。 奇怪的是、如果我再将一个输出(D)连接到变压器、那么功耗甚至会略微降低。 控制器的输出不对称地加载这一事实是否存在差距、或者一切是否都以这种方式工作? 顺便说一下、我绘制的连接是否没有问题? 数据表 显示、您应该在输出 A 和 B 之间连接一个绕组。但我认为原理图中显示的内容也应该能够很好地工作。  星期一、我将继续解决这个问题、并提供一些波形以使其更加直观。 再次感谢。

    此致

    Vasily

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    你好 Vasilly

    如果您驱动变压器的两端、则阻断电容器上的电压将为零(理想情况下)。 只驱动变压器的一端应该是可以的、除了阻断电容器充电至 VCC/2时的初始瞬态将比双端情况更严重。 该初始瞬态的大小足以导致在控制器继续运行时仍然存在的问题。

    我真的不知道您的电路为什么会按原样工作、但您可能希望尝试驱动变压器双端。 (OUTA 和 OUTB:OUTC 和 OUTD)

    请告诉我您的使用方式-我有兴趣了解。

    此致

    Colin

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    您好 Colin

    今天、我尝试连接两个新变压器(我制作了两个新变压器、以确保旧变压器中不存在短路)、我将它们连接到 OUT AB 和 CD、但情况并没有发生很大变化。 输出端没有稳定的 PWM (但电流消耗约为150mA)。 IC 显然具有某种保护功能。 软启动引脚上没有稳定的电压(只是一些噪声)、因此 EA OUT 上没有电压。 一旦我断开负载与 IC 输出的连接、它看起来工作正常 (软启动电压也升至5V、在无负载时没有任何问题)-请参阅 OUT B 上无负载的波形:  

    我还将10R 电阻器与变压器串联以获得电流波形、但它会改变时间。  以下是10R 串联电阻器在仅连接其中一个输出时的两个波形:OUTB 或 OUTD 同时连接到变压器:

    仅 OUTB

    仅 OUT D

    在这里、我将所有4个输出连接到变压器、但我移除了变压器次级侧的所有元件(在次级侧没有任何负载)、总电流消耗降至大约80mA、但输出端仍然没有任何 PWM (仅来自变压器的一些耳戴噪声)。 在 C16之前的波形

    明天、我将尝试用一个纯阻性负载-一个电位器来加载芯片、并查看问题何时开始。 我在 DIP 示例中还有这样一个芯片、我将尝试将其组装在试验电路板上并加载、以便进行比较。 顺便说一下、1uF siReal 电容器是一个很好的值、这应该不会有任何问题?

    此致

    Vasily

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    你(们)好,Vasilly

    显示10R 电阻器中电流的第一个波形看起来合理、4V IN 10R = 400mA。

    我想知道控制器是否达到其 UVLO 点- OUTB 波形大约为11V、不会比10.75V (最大11.75V)时的 UVLO 点大得多

    如何尝试从更大的电源电压运行控制器-例如、您可以尝试15V。

    与变压器串联的1uF 电容器是一个不错的选择。

    SS 引脚应从0V 开始、然后平稳斜升(9uA 至0.1uF)至5V -如果存在故障(过流、UVLO 等)、则会下拉

    如果您使用 DIP 版本的控制器进行试验电路板-请注意、使不同组件与 IC 之间的接地连接尽可能短。

    让我们知道您的发展方式。

    此致

    Colin

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    你好, Colin!

    今天我在试验电路板上制作了 UC3875、它在空载条件下似乎运行良好。 频率也设置为200kHz、在 OUTx 上、我看到100kHz PWM。 我用纯电阻负载检查了 OUTB、它在高达1安培的电流下运行良好(不再检查)。  接下来、我制作了一个仅具有一个绕组(初级)、RM4磁芯 N87材料、21匝、500 μ H 测量感应的变压器、并以这种方式将所有变压器连接在一起:  

    结果:

    电流消耗从300mA (限值)开始、然后在大约一分钟内缓慢下降至大约160mA@15VDC。 PWM 控制器变得非常热! 60-70 ~°C

    我进行的下一种配置是将"变压器"连接到输出 A 和 B、请参阅下图:

    结果:

    由于 SS 电压低、IC 未启动。

    在第三个实验中、我将 RM4 N87 500uH (21匝)替换为 RM8 N87 5mH (40匝)、并以与第一个电路相同的方式连接所有元件。 一切看起来都很好。 请查看一些波形:
    我无法理解为什么使用 RM4时它不能正常工作。 电感 μH 500 μ H 是足够的吗? 电流甚至不会接近大值。
    此致
    Vasily
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    你好 Vasilly

    我很高兴你取得了一些进展。 看起来您是在15V 电压下运行控制器、这很好。

    我本来以为500uH 就足够了-尽管可能在最优的低侧有一点。

    RM4内核的横截面为11mm^2、因此我计算的峰值磁通密度为 B =(V*t)/(N*A)=(15V*5us)/(21*11mm^2)= 325mT、这是相当高的、但它以0mT SO +/- 160mT 为中心、这很好。

    快速仿真表明、当由15V 方波驱动时、在100kHz 频率下、500mH 磁化电感应消耗大约21mA 的电流。

    您应该使用 L = V DT/Di 关系仔细检查您在测试板上看到的电感。 我尝试了它、但得到了奇怪的答案、也许是因为我对电流使用了错误的垂直刻度。 无论如何、您应该在电感表上进行的计算和测量之间取得良好的一致性。

    您应该在双端电路上添加一个直流阻断电容器- 1uF 将很好地工作。

    我将针对以下情况重复电感计算-

    此致

    Colin

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    您好、Colin!

    我仔细检查了我的连接、D'oh、我忘记了我的差分探头(10R 上的波形)的比率为10:1! 很抱歉让您感到困惑、在之前的所有波形中、它应该是10mA/div、而不是1mA/div。 在10R 电阻器上、它实际上是~ 280mV 峰值、即28mA 峰值。 我重新配置了设置、现在它应该是正确的比率。 在所有新波形中、它都是电流的正确设置。

    今天、我 在试验电路板和 PCB 上使用从 OUTx 到 GND 的变压器重复了我的第一种配置、结果非常接近。

    设置:
    结果:
    在试验电路板上(使用我的新手制作的 RM4)、请忽略 CH3、我忘记将其关闭:
    在 PCB 上(具有原始 RM4)标记的位被替换的位很少、抱歉:
    我根据您的建议计算了电感、并得到以下结果:第一种情况(试验电路板) di=42、7*10^-3A;dt=3、92 * 10^-6 s、L=U*dt/di=7、5、3.92*10^-6/42.7*10^-3=689 uH vs (测量值为500 uH)如果我们考虑到 IC 上的压降、结果将接近10uH 电阻器的真值。
    第二种情况(PCB)   
     di=40、7*10^-3A;dt=4、4 * 10^-6 s、L=U*dt/di=7、5*4、4*10^-6/40、7*10^-3=811 Vs (测量值为600 μ H)
    问题:SS 电压为5V、但它在某种程度上起作用。 PWM 控制器  在两种情况下的电流消耗都接近200mA、而且很热! 这家酒店绝对 是个问题!
    P.S. 您在上次答复中提到了"最佳"电感、什么是最佳值以及如何估算该值。 谢谢!

    此致

    Vasiliy

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    你好 Vasilly

    5V 时的软启动正常-数据表中提到"大约4.8V"

    500uH 有点低、1mH 对于栅极驱动器变压器更常见、但正如我说过的、500uH 应该可以。 变压器的 RMS 应约为20mA、IC 的 VCC 电流应约为30mA、电流约为50mA、远低于您看到的200mA。

    如果您在 UC2875和变压器之间放置一个驱动器 IC - UCC27324将是一个不错的选择-我们在 UCC28950 https://www.ti.com/lit/ug/sluu421a/sluu421a.pdf?ts=1592481098393&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F 的 EVM 上使用了它

    此致

    Colin

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    Colin、您好!

    我知道5伏是 SS 引脚的正常电平。 我在示波器中显示该电平并参考它的原因是、如果该电平较低、我得出的结论是 IC 已进入保护模式、因此您不应期望输出端出现稳定的 PWM 信号。 (请注意最后一个波形)


    如果没有变压器、则芯 片的流耗仅为43mA @15VDC。当连接变压器时、由于某种原因、我现在不理解、流耗会显著增加到200-300mA、而通过变压器的电流对应于计算出的~ 20-30 mA 值。 为清楚起见、我附加此输入电流的测量值。 请注意、它或多或少是恒定的。

    试验电路板上的设置:

    测量:

    然后、我重复 PCB 上的所有设置(请注意 C2的不同位置(我在这里无法以不同的方式进行测量)

    测量:

    如果我以这种方式连接2个变压器(输出 B 和 D)、则 IC 停止工作。 请注意 SS (黄色)信号的电平。 这里是该过程的波形。

    Colin、非常感谢您提供有关驱动器 IC 和 EVM 的信息。 我熟悉 UCC28950的数据表、如果可能、我会在未来的项目中使用它。 它具有出色的文档、易于使用。 我 非常确信、如果在此配置中使用驱动器 IC、一切都将正常运行。 遗憾的是、我现在没有这些驱动程序来向您演示结果、不久的将来在这里购买这些驱动程序可能会有问题。 此外、如果我有机会使用外部驱动器、我会选择另一个没有内置驱动器的更现代的 PWM 控制器、例如您推荐的相同 UCC28950。
    此开发的目标之一是使用最少的外部组件、如果可能、还应使用驱动变压器和 IC 的集成驱动器。 遗憾的是、我已经有多个用于安装 RM4和 UCC3875的 PCB、因此如果电路发生重大变化、我必须将它们扔进垃圾桶中。  因此、我现在的任务是使 UC3875正常工作。

    此致

    Vasiliy

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    你好 Vasilly

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    此致

    Colin