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[参考译文] UCC21520:高直流链路电压下的驱动器故障

Guru**** 2538955 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC21520

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/824836/ucc21520-driver-failure-at-high-dc-link-voltage

器件型号:UCC21520

各位专家:

我使用 UCC21520来驱动三相逆变器的 IGBT。 驱动器 IC 由15V 电源供电、直流链路电压可变(0-500V)。 DSP 用于为驱动器 IC 提供输入、以生成适当的栅极信号。 我将生成50%占空比栅极脉冲。  

这是三相逆变器的一个桥臂。

这是驱动器的原理图、其中显示了与上述桥臂的深入连接。

我遇到了一个与驱动程序有关的奇怪问题。
驱动器在直流链路电压小于40V 时能够完美运行。 但是、当直流链路电压增加到40V 以上时、驱动器无法生成连续的栅极脉冲。 它偶尔会产生尖峰。 直流链路电压(>60V)越高、问题就越严重。 驱动器会产生间歇性栅极脉冲、但在大多数情况下会输出尖峰。

我在逆变器桥臂的输出端连接了一个100欧姆的纯电阻负载。 我要附加两个波形-一个是在直流链路= 40V 时、另一个是在直流链路= 60V 时。  


直流链路电压~ 40V
黄色-
自举电压 (~14V)
绿色-
负载间的电压 (~40V) (高侧栅极脉冲与此类似)
紫色-
负载电流  
DSO 屏幕底部显示了丢失脉冲(又称为尖峰)的放大部分。  


直流链路电压~ 60V
黄色-
驱动器 IC 的输出(到高侧 IGBT 的栅极脉冲)
绿色-
负载上的电压  
紫色-
负载电流  
在这里、很多栅极脉冲出现为尖峰。 自举电压(此处未显示)在13.78V 恒定。 IGBT 从驱动器获得"奇怪的栅极脉冲"、它确实根据脉冲打开/关闭。 IGBT 正常工作。 Cboot 也正常工作。


 

我的调试

1:DSP 向驱动器生成50%占空比方形输入、而与直流链路电压电平无关。 因此、驱动器的输入没有问题。
2. IGBT 也正常工作。 每当它获得任何栅极脉冲时、负载电流就会流动。 因此 IGBT 的开关也没有问题。
自举电容器电压看起来是标称值。 在40V 直流链路中、Vboot 约为14V、而在60V 直流链路中则约为13.78V。 自举电容器也没有问题

驱动器 IC -生成输出脉冲的逻辑器件的内部似乎存在问题。 但是、我对直流链路如何影响栅极脉冲感到困惑。 有人可以帮助我进行调试吗? 到底发生什么事了? 问题出在哪呢?

  • 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。

    您好 Pranit、

    感谢您的提问。 我在高功率驱动器组的应用团队工作。

    您能否向我展示原理图的其余部分、包括输入侧的无源器件? 我想了解 DT、DIS 和 INA/INB 是如何配置的。 输出侧看起来正常。

    您使用什么类型的探头来测量每个信号?

    此外、您能否共享您的布局? 电源系统对布局非常敏感、如下面链接的应用报告中所述。 我想回顾一下是否有任何问题。

    http://www.ti.com/lit/an/slua897/slua897.pdf

    谢谢、此致、

    John

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    您好 John!

    我的测试设备-  
    DSO: Yokogawa scopecorder DL 750
    电压探头: Tektronix TPP0101 (100Mhz、10Mohm、<12pF)
    电流探头: Tektronix TCPA305A (50A 探头)+ TCPA300 (放大器)

    原理图

    PCB 布局(红色=顶部、蓝色=底部)

    高侧开关位于左侧、低侧开关位于右侧(接地覆铜的极右侧)






    此外、原理图中未包含该电容器、我在高侧开关的漏源极上焊接了22uF 电解电容器。

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    您好 Pranit、

    从布局中可以看到、开关节点直接布置在驱动器下方、而高侧和低侧开关位于电路板的相反侧。 对于此特定问题、驱动器的输入部分可能会被接地反弹、并且您的输入信号可能会被损坏。 您可以使用高频探针并使用良好的探测技术来检查此情况、如下面链接的视频中所示。

    https://training.ti.com/engineer-it-how-test-power-supplies-measuring-noise

    这不可能在任何组件更改时修复–可能需要使用如下所示的最佳做法更新布局。

    http://www.ti.com/lit/an/slua897/slua897.pdf

    http://www.ti.com/lit/an/slva959a/slva959a.pdf

    此外、我不建议在高侧开关上放置一个来自漏源的大电容器。 如果您希望在开关节点上使用缓冲器、请随时遵循下面链接的指南。 缓冲器值通常介于100s pF 到 nF 范围的单个数字之间。

    http://www.ti.com/lit/an/sloa201/sloa201.pdf

    如果这回答了您的问题、您可以按绿色按钮吗? 如果没有、请随时提出更多问题。

    谢谢、此致、

    John

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    感谢 John 指出问题! 我将尝试上述解决方案。 但是、这些经验法则如何解决该问题?  

    我切换到了更好的 DSO、以更快的速率捕获波形。我将在这里发布图像。 之前的图像是 R 桥臂的图像。 我将发布 B 桥臂的波形。

    Tektronix 波形
    黄色- Vgs (低)
    蓝色= Vgs (高)
    粉红色=负载电流(R=100 Ω、L=10mH)
    绿色= VDS (低电平)

    直流链路电压= 100V
    忽略电流中的尖峰、它们是由电流探头故障引起的。  
    与 R 桥臂不同、B 桥臂的工作电压为100V 以上。 但是、VDS (低)和 Vgs (低)上存在尖峰。 这些尖峰是由高侧开关引起的。 需要注意的一个关键问题是、低侧开关不会在任何地方引起任何明显尖峰、但高侧开关会导致波形中出现各种尖峰

    在 B 桥臂中、接地反弹似乎不会损坏发送给驱动器的输入信号、因为 B 桥臂开关正在正常切换。

    现在我有几个问题-  

    问题1. Vgs (低电平)上的尖峰似乎是由高侧开关导通导致的高 dV/dT (在低侧开关上)引起的。 但是、当高侧开关关闭时、没有看到类似的尖峰? 那么问题出在哪呢?

    问题2. 我不确定 VDS (低电平)上的尖峰来自哪里(高侧开关打开时)。

    我想知道你的解决办法将如何帮助避免这些问题

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    您好 Pranit、

    一条桥臂运行、而另一条桥臂不运行可能有几个原因。 很可能、非工作桥臂的布线更远、更多的噪声能够耦合到输入中。

    您看到的栅极电压尖峰之间的差异可能是由电源开关的米勒电容造成的。 低侧栅极上的尖峰可能更糟、因为这种从低电平到高电平的转换是硬开关。 由于低侧开关中的续流二极管、从高电平到低电平的转换可能是软开关。 尖峰也可能是由探测方法引起的耦合噪声引起的。 只要这些尖峰保持足够小、以防止不必要的 FET 导通、它们通常是可以接受的。 如果需要、您可以考虑切换到具有米勒钳位功能的单通道驱动器、例如 UCC5390MC。

    请阅读下面链接的应用手册第2.5节、了解有关米勒平坦区的更多信息。

    http://www.ti.com/lit/ml/slua618a/slua618a.pdf

    我想在布局上指出的另一点是,在开关节点参考的高侧布线附近似乎布置了低压布线。 我建议查看您的爬电距离和间隙要求、因为这是一个高电压系统。

    如果这回答了您的问题、您可以按绿色按钮吗? 如果没有、请随时提出更多问题。

    谢谢、此致、

    John

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    谢谢 John。

    我将在新的驱动器板中实施建议的更改。 如果一切都正常、而且很糟糕、我会将问题标记为已解决!

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    您好 Pranit、

    祝您顺利地实施修复程序! 我现在要将其标记为 TI 认为已解决。 如果您对下一个板遇到任何其他问题、请随意从这个板上旋转另一个线程、我们将继续从该线程进行调试。

    谢谢、

    John