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[参考译文] UCC27714:如何为 NFET 软启动周期减慢 HO 上升时间

Guru**** 2493175 points
Other Parts Discussed in Thread: TIDA-00778, UCC27714

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/696077/ucc27714-how-to-slow-ho-rise-time-for-nfet-soft-start-cycles

器件型号:UCC27714
主题中讨论的其他器件:TIDA-00778

如果不 进一步增加栅极导通/关断电阻、我们如何减慢 HO 上升到米勒平坦区以 减少 NFET 浪涌 IAS 事件?

Cboot 值能否直接影响 NFET QD-NC、 从而使 HO 达到 FAST、从而将 BVDSS 驱动得过高?  HO 图腾柱 增强 (PChannel Assist) 可能也会以不良的方式影响高侧 NFETS。  注意 到 HO 驱动的 DS 上升时间<50ns 到 米勒 平坦区、 而在第一个脉冲中<100ns 通常 在 BVDSS 源电压上上升良好。 示例;   具有24V BVDSS 的 NFET 在 45V IAS 峰值上随机产生很高的值、 这不是一个安全的条件。 NFET QG=89nc 而24R/24R Ω 栅极驱动器在最近测试的更高 BVDSS 源电压为80V 时可能会影响 HO 输出。      

是否可以 为典型的工业栅极驱动器选择 Rboot/Cboot RC 时间常数值、 并使 UCC 效应 NFET 能够驱动过度的预成熟 IAS 事件? 否则、如果 HO 输出 很容易受到低速栅极驱动器通常选择的典型 Rboot/Cboot RC 时间常数的影响、+/-IGPK 4安培<10us PW 的用途是什么? 我的想法是、 为了实现软启动 启动充电周期、需要调节更快的 UCC HO 压摆率能力、而不仅仅是推动米勒平坦区并驱动过程中的 IAS 事件。     根据 Infineon 的说法、米勒平坦区之后经常发生振铃 是一个 IAS 事件、不一定是 由杂散寄生引起的。

  

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    我确实意识到图3显示了许多 IAS 事件中包含的栅极关断事件。 然而、在峰值栅极导通时间存在非常相同的振铃信号。 因此、从逻辑上讲、HO 驱动的 NFET 导通振铃事件是(部分) IAS 事件、可保护 DS 不会因栅极区域过度饱和而被破坏。

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    您好 BP101:

    我想知道您从哪里取了这张照片、在 Google 快速搜索后、我发现我的老同事写了这张照片... 这让我笑了! 小世界。

    总之、在该部分中、我相信他们讨论的是未钳位的电感负载。 如果我理解您的电路、高侧 FET 的二极管会在低侧 FET 关断时(在死区时间内、直到高侧 FET 导通、 通道将在哪个点承载电流、而不是体二极管)。

    我认为调整开关时间的最佳方法是使用栅极电阻器网络。 与自举二极管串联的电阻器用于限制流经二极管的峰值电流、因此不会损坏(启动时、它基本上是短路的、直到自举电容器上积累了一些电荷)。 当驱动高侧 FET 时、由于 HS 飞至高压轨、自举二极管随后反向偏置、因此它脱离电路。 Cboot 应直接连接在 VB 和 HS 之间、以便为高侧栅极驱动器提供刚性电源。

    这在以下应用手册中进行了讨论: www.ti.com/.../slua618.pdf。 请参阅第5.2.2.3节"自举开关操作"
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    您好、Don、

    [引用 user="Don Dapkus"]我认为他们所说的是非钳位电感负载

    仅三相电机电路没有 NFET 续流体二极管之外的单独缓冲器。 从而 提供同步整流 、保护 每个 NFET 不受电感反冲的影响。  慢速电流衰减中的高侧 NFETS 会再循环电感器电流、因此体二极管 有更多的时间来校正 任何电感反冲电压。  

    [引用 user="Don Dapkus"]我认为调整开关时间的最佳方法是使用栅极电阻器网络。[/quot]

    已经有一个用于栅极关断的与24R 串联的肖特基二极管网络。

    [引用用户="Don Dapkus"]当高侧 FET 被驱动时、由于 HS 飞至高电压 Rai、自举二极管随后反向偏置、则电路会断开。[/quot]

    我们本周发现、 至少在预充电阶段并不完全正确、很容易证明。  打开一个相位的 LO 会直接影响另 一个相位的半桥 Cboot 充电周期。 它是通过 合作伙伴电感 器导线实现的。 因此、在每个启动充电周期的开始、一个1/2电桥的 Cboot 由另一个或 Co-Partners 1/2电桥充电。 Infineon 提到了同样 的情况(OPTIMOS-FD)、但在单个1/2桥中、不是来自合作伙伴。  我们之前在 其他供应商的栅极驱动 器和从 HS 到接地的肖特基上安装了一个8.2 Ω 串联电阻器、以停止 IC 闩锁(例如丢失脉冲)、但注意 到之前 的 NFET 源极电压尖峰  也通过将栅极驱动电阻增加到60欧姆而降低。

    [引用 user ="Don Dapkus"]与自举二极管串联的电阻器用于限制流经二极管的峰值电流、以免损坏

    我们相信 UCC HO 驱动器的更快转换率将纠正 现在 看起来与 RC 时间常数 Cboot 电荷相关的问题。  如上所述 、UCC 更快的 HO 压摆率似乎使 HO 尖峰条件 更糟。 因此、人们认为需要 HO 更软(更慢) 的上升时间似乎是对抗 电感尖峰的唯一方法。

    [引用用户="Don Dapkus"] CBOOT 应直接连接在 VB 和 HS 之间、以便为高侧栅极驱动器提供硬电源。[/quot]

    Cboot 二极管/电阻器位于 PCB 的顶部、并直接在  下方进入 UC 引脚11/13至 Via。  它们通过15.4v 电源轨直接偏置到每个3R3 电阻器中、以馈送 超快200V 二极管(TRR 14ns)。  

    TI 工程师是否可以花一些 实验时间来确定 米勒平坦区域的 UCC 增强型 HO 驱动 器如何影响 典型的 Cboot RC 充电时间? 也许可以更新数据表以包含 一些选项、以便 在 HO 导通事件期间可以采取哪些措施来抵消高电感振铃?   对于 QG 较低的 NFET 、Cboot 电荷泵 RC 时间常数可能会变慢(典型值为1uf)、因为 TIDA-00778工程师 和 Derek 试图解释清楚、但可能完全错过了这个问题。

      

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    您好、Don、

    将 LO/HO 驱动器上的栅极驱动器电阻加倍、从24R 增加到51R1上的 Gturn、24R Gturn off、并且产生50V 峰值的 NFET 源不会减少。 尽管 HO 米勒平坦区从50ns 上升到100ns、但两个 UCC 伙伴之间的 NFET 漏源(HS)保持50ns 上升或50V 峰值/100ns、因此(dV/dt)保持在<50V/ns。 结果、NFET 源的上升速度呈指数级比 HO 上升到米勒的速度快。

    OPTIMOS-FD NFET 非常低(QG-67nc 最小值/85nc 最大值)、TI 技术手册(SLLA385–2018年5月)是指 IGBT 模块、LS 振铃频率产生的 GateR 值小得多、导致 HS/HO 驱动器受损。 Q=LS/RG 公式的振铃(10MHz)会产生非常小的栅极驱动电阻值、从而使 NFET 源漏极的 LD 变得更糟、而不是更好。

    这似乎证明将 HO 减速约50ns 并不是 HO 驱动器的根本问题。 请注意、上述捕获在 HO 关闭事件上存在10MHz 振铃。 VDD 可能具有不正确的偏置电源电容、例如 VDD=10uf、COM= 1uf? 无论 PWM 频率是12.5kHz 至40kHz、甚至是非常大的 Cboot 值都会导致10MHz 振荡、这没什么区别?

    这些 PDF 中没有专门解答 UCC 栅极驱动器 HO/LO 输出为何会产生10MHz 的信息。
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    此外、由于  负载没有单独的缓冲器、因此电感负载似乎未被钳位、而不是 NFET。   Infineon PDF 提到 缓冲二极管/电路有助于减少未钳位电感负载中的寄生 IAS 事件。 它们似乎使用了单词 unclicked、 这意味着未 安装任何器件来缓解 电感反冲或磁 性 CCEMF。  

    我们 缩短了电机电感器(#12 AWG) 、但未 降低10MHz 振铃频率、这似乎来自栅极驱动器 HO/LO、但可能只是 反激式?

    SLUA618–2017年3月–修订版 SLUP169–2002年4月提到电感器 LD 在更高的漏极电压下降低。 在过去 、NFET 源 尖峰/振铃的 HO 栅极导通可减少@24V 直流 、但会在更高的电压(80V-165v)下返回。 因此、需要 将10MHz 振荡减少@24V 直流、这在一定程度上通过更高的栅极驱动电阻降低了尖峰。   我们全新定制 PCB 的 HO/LO 栅极驱动环路 非常短、甚至比 与 其他栅极驱动器搭配使用的首款定制蚀刻 PCB 短。 很难想象 PCB 的振荡频率为10MHz、更有可能是由于 Cboot 过充电(HB 偏置)引脚的 RC 时间常数导致 HO 图腾柱振铃?     

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    您好 BP101:

    请参阅我刚才在该主题上发布的其他回答:

    e2e.ti.com/.../2580419
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    您好、Don、

    然而、这个线程着重于显示在 HO 驱动时间上的 B+电压尖峰。 通常情况下、LO 侧在这段开关时间内通常会产生(di/dt)接地尖峰。

    因此、我们很困惑 UCC 更快的开关时间与更快的 OPTIMOS-FD 为何会导致 B+电压尖峰。 通常、HO 侧电流增益(尖峰)通过 LO 侧 NFET 体二极管被引导至接地。 FD TRR 甚至比我们之前在基本 PCB 上测试的 NFETS 更快。 是的、有一些感应振铃、但 B+尖峰非常低、与我们现在看到的40V 尖峰相比、低于10V。

    或者、HO 驱动的 NFET 电流增益可通过栅极区域的(稳压)控制进入 B+。 在 HO 图腾柱10MHz 振铃周期期间、会随机发生 HO 无法控制 B+电流增益的情况。 理想情况下、在这种情况下、振铃越少、过去随着 Rgate 值的增加而产生了相当大的折衷。
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    UCC27714的速度非常快、因此不会自然地调节栅极开关中的 HO 驱动电流。 一个结果是、NFET 需要非常大的栅极导通电阻(125-150欧姆) JUT 来减缓通过 NFET DS 结的电感浪涌电流。 未稳压的 HO 图腾柱驱动电流会在低 QG NFET 中导致极高的 VDS 峰值。 在特定类别的条件下、需要比某些人以前考虑的更大的栅极驱动电阻器的折衷方案。

    某些 DRV 系列栅极驱动器能够产生软启动栅极开启 PWM 周期。 人们可能会推断、在不影响过程中的栅极驱动器的情况下、允许 HO 输出具有较小值的栅极驱动电阻器。 即使 HO 驱动电流和脉宽保持在低于(+/- IGPK 4安培<10us)接地短路时、驱动器也很容易受到 NFET 开关中快速 HO 驱动特性导致的突然浪涌电流的影响。
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    您好 BP101:

    感谢您的告知!
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    您好、Don、

    也许 TI 未能充分记录新 HO 驱动结构对 NFETS 的影响。 希望在某个时候从 TI 实验室进行备份、以研究为何较快的米勒效应似乎会导致低 QG NFET 产生过多的 VDS 峰值。 这与较慢的栅极驱动器相关、后者需要使用较低值的栅极电阻器来纠正类似情况。

    如果 HS 引脚能够嗅探电感负载电流需求并相应地调整 HO 电流、或许根本就无需任何栅极电阻器、那会更好。 我们在 MCU 的 ADC 电流环路中执行此操作、通过反馈监控器调整 PWM 占空比。 环路速度似乎不够快、无法纠正 HO 50ns 上升沿斜率。
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    即使具有1us FCL 电流环路的 Delfino TMS320-F28037xD 也可能无法以足够快的速度调整占空比、从而控制 Miller 2之后 HO 的上升时间。 使用该 MCU 测试我们的直流逆变器、以查看栅极驱动器环路中是否存在任何差异、这一点很有意思。