[参考译文] UCC21520：全桥逆变器次级电压电源问题

您好、Brenden、

通常、对于任何包含高电压电路的系统而言、增强型隔离都是必需的、并且必须是用户可访问的。 因此、如果在电路运行期间电池正在处理或接地、或者如果微控制器可以在系统中存在高电压时连接到计算机、则在用户电路和高电压电路之间增强隔离是必要的预防措施。

有几种方法可以隔离 UCC21520的电源：

• 两个独立的隔离式电源、一个用于 VDDA/VSSA、一个用于 VDDB/VSSB。 这种方法很简单、不存在接地弹跳问题。 当在关断时间内必须向功率晶体管施加负偏置时、这是首选方法、因为负电源生成非常灵活。 但是、这种方法在成本和电路板空间方面都更昂贵。 此外、隔离变压器在隔离电源中增加的电容会显著限制开关节点的压摆率、从而增加开关损耗并降低系统效率。 此外、由于高压开关行为可能产生较大的噪声尖峰、这些隔离式电源通常必须不受稳压。
• 一个独立的隔离式电源和一个自举电源。 如果 H 桥的低侧电源连接相对于电池基准端子保持相对恒定的直流电势、则隔离式次级电源可能仅以该连接为基准。 与其他标准半桥栅极驱动器设计一样、高侧电源可以使用自举二极管、自举电容器和限流电阻器。 由于隔离电源上的共模 dv/dt 很小、因此寄生电容不是很重要。 这种方法还通过简化高侧电源来降低成本和减小电路板面积。 但是、隔离式电源现在必须能够提供双倍的电流、因为每个电源为两个栅极驱动器供电。 此外、还将考虑标准自举注意事项：接地弹跳会增加自举电压、这会对高侧电源造成压力； 必须考虑高侧 UVLO 启动延迟、通常在启动时开启低侧晶体管~100µs μ s、以确保自举电源充满电且 UVLO 条件完全清除；自举二极管必须具有快速恢复或肖特基型、以减少反向恢复影响； 使用自举电源时、负偏置的产生要复杂得多。

这两种方法都可以很好地工作、我已经在逆变器系统中多次使用过这两种方法。 由于成本降低、自举方法通常更有利。

查看 TIDA-01159、这是一款紧凑型参考设计、展示了如何实现简单的隔离式电源和自举电源来为 UCC21520供电。

此致、

您好、Brenden、

该设计可进行扩展、以便一个隔离式电源为两个低侧驱动器供电、两个自举电路为高侧驱动器供电。 如果四个栅极驱动电路的电源要求超过单个隔离式电源的能力、则通过两次复制也将起作用。

自举电路无法无限期地在高侧驱动器上输出100%占空比。 但对于几个开关周期、通常可以实现100%占空比。 在100%占空比下、VDD 静态电流继续消耗。 该电流由自举电容器提供。 随着时间的推移、自举电容器将会耗尽。 在 VDD 电压降至可接受的驱动电平以下或低于 VDD UVLO 阈值之前、必须定期补充自举电容器电荷。

TIDA-01159中的自举电路上确实存在占空比限制。

最简单的解决方案是限制占空比、以便自举电容器始终有机会进行充电。 但是、如果需要100%占空比、只要持续时间有限且 VDD 电压保持在可接受的水平、这是可能的。 增大自举电容器的尺寸会增加存储的电荷、这会增加可实现100%占空比的持续时间。 如果需要不确定的高侧100%占空比、则需要为高侧驱动器提供单独的隔离式电源。

此致、

您好、Brenden、

您的连接正确：+Vout 连接到 VDDx、-Vout 连接到 VSSx；-Vin 基准连接到控制侧接地、如您所述。 如果两个通道都连接到各自的隔离式电源、则无需自举电源。

我要提醒您、当共模电压快速变化时、模块可能会出现意外行为、例如高侧的开关节点。 在我之前的帖子中、针对建议的模块、隔离电容被列为80pF (大多数其他模块数据表也将指定此电容)。 对于可能为50V/ns 的快速开关转换器应用、在每次开关转换期间、隔离栅上都会产生80pF * 50V/ns = 4A 的共模电流。 该共模电流会干扰隔离式电源模块的调节、还会导致控制侧的电源/接地弹跳问题、具体取决于共模电流的电感最小路径中的组件。 开关节点上的这种高电流将导致每个周期的开关损耗、这也会降低效率。

您可以考虑在电路板上包含未组装的焊盘、以便在每个高侧实现快速恢复自举二极管和电阻器、以防您发现高侧隔离电源中的高共模电流对转换器的运行产生负面影响。 虽然理论上您不需要自举连接、但最好有一个备份计划。

此致、