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[参考译文] UCC27211:IC 温度极高、可吸烟

Guru**** 2460850 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC27211, UCC20520

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/677398/ucc27211-ic-getting-extremely-hot-and-smoking

器件型号:UCC27211
主题中讨论的其他器件: UCC20520

您好!

我们一直致力于制作具有开关功能的三相 BLDC 电机控制器、通过 UCC27211高/低驱动器实现。 首先、我们开始在空载条件下测试设计的电机控制器的每个相位(未连接到相位输出)。 以下是原理图的一部分供参考:

然而、经过一段时间后、IC 开始在12V 电源下通过 VDD 消耗大量电流(高达0.4安培)、直流链路在6V 时变得非常热、开始吸烟并最终发生故障。

以下是一些示波器快照供参考:

A. A_BLK - GND

B. HB-HS (跨 Cboot)

C.高侧-通道1;低侧-通道2

两个 MOSFET 使用的栅极电阻为7.5欧姆、每个并联 MOSFET 额外使用1.5欧姆

如果能立即帮助解决这一问题,我们将不胜感激。 )

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    您好 Manuj、

    欢迎使用 e2e、感谢您关注我们的器件。

    我在您的原理图上没有发现任何明显的错误。

    不过、HS-HB 示波器图看起来与我假设的不同。 当低侧 FET 导通时、它应该接地、但您似乎具有5V 偏移。 我想知道这是不是问题吗? 我建议先调查该区域。

    请告诉我们您的发现、如果不是、我们可以提供其他建议。
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    您好 Manuj、

    感谢您的 Don 和 Manuj 帖子! 感谢 Manuj 的帮助和成为我在 e2e 的朋友:)

    Don 发现了一些有趣的东西。 自举电压具有非常大的纹波。 HB-HS 电压应该相对恒定、这样它能够有效地打开/关闭浮动高侧 FET、而不会产生过大的峰值自举充电电流(例如、在启动期间、当 HB-HS 远小于 VDD 时)。

    有证据表明自举未获得足够的电荷-从上一个示波器快照中可以看出、HO 似乎小于10V、这可以将 FET 驱动到线性区域、从而产生更大的热量。

    您能告诉我您的 Cboot 和 CVDD 以及您使用的 FET 是什么吗?
    通常,CVDD=10*Cboot=10*Cgate

    谢谢、
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    尊敬的 Jeff:

    感谢您的回复。

    我们使用以下 FET (IRF1018E): www.infineon.com/.../irf1018epbf.pdf

    它在 Vgs = 10V 时具有8m Ω(RDS)、Qg 各约为70nC;我们并联了两个 MOSFET、使 Qgs 总计为140nC。 请告诉我们、您通过 Cgate 推测什么。

    此外、我们还使用具有相同 CVDD 值的100nF Cboot (16V 额定值)。  我们对 Cboot 上的波形感到困惑、电压降至大约5V、但我们仍然可以在上一个示波器快照中看到 HO 处的电压大约为8V 至9V。 我们无法看到 Cboot 和 HO-HS 两端的电压之间存在任何关系。 但是、我们还发现了 MOSFET Vgs 的以下波形:

    我们不确定它捕获的确切时刻、我们在测试过程中随机发现了它。 在进行任何彻底的测试之前、我们实际上正在通过 IC 进行燃烧。 但是、如果您注意到、此处的通道1的 Vgs 大约为5V、这与问题中发布的图像中其周期的相应部分中的 Cboot 电压相同。 现在、如果我们看一下这个捕获的波形、我们将剩下两个问题:IC 中的高电流消耗及其燃烧和 Vgs 通常不会达到12伏

    请向我们建议调试该问题的后续步骤。

    谢谢、此致

    Manuj Agrawal

     

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    您好 Manuj、

    感谢您的更新。 由于 Cboot 和 CVDD 的值相同、因此当 Cboot 需要补充(CVDD 被充电至 VDD)的时间时、Cboot 可能补充到等于 VDD 一半的最大最终设置电压。 ic*dt/(Cboot+CVDD)=dV。

    如果我们将 CVDD 设置为10*Cboot 或至少1uF,则 Cboot 上的纹波也应减少10倍。

    您能否为 CVDD 测试此值并使用结果更新我?

    谢谢、  

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    尊敬的 Jeff:

    感谢您的回答。 一旦我们向我们提供更多 IC、我将立即为您提供最新信息。 在平均时间内、请告诉我们 Cboot 上的纹波如何导致大电流消耗和高温。 这是否可能是由其上的 dv/dt 值较高所致? 我们一直使用非常低的直流链路电压值进行测试、= 6伏、并且任何相位上都没有负载。

    谢谢、此致
    制造

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    您好、Don、

    我们认为 HS-HB 在低侧 FET 导通时应变为 Vdd、请确认。
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    您好 Manuj、

    在一个纹波周期内存储在 Cboot 中的能量;W_RIPPLE = Cboot*dVcboot^2 =~10uJ
    然而、对于 HS FET 足够的电荷/能量;Qboot >= Cgate*dVgs、其中 W_Qboot = Qboot * dVgs =~840nJ

    W_Qboot << W_RIPPLE、因此自举充电路径中耗散的功率主要由 dVcboot^2决定

    由于功耗和栅极电荷与温度和电压相关、因此承载更高电流的器件会产生更大的热量。 自举 Qtot = VRIPPLE*Cboot 提供的总电荷越大,提供足够的栅极电荷后,作为热量耗散的电荷就越多。 自举纹波主要由自举电容器的大小决定。 Cboot 越大、纹波就越小。
    请告诉我、这是否不清楚、或者您还有其他问题。

    谢谢、
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    尊敬的 Jeff:

    我们非常享受与您的这次富有洞察力的对话、感谢您的帮助。 )

    从您上次的回复中、我们可以清楚地了解器件升温的原因。 我们现在将 Cboot 更改为1uF、将 CVDD 更改为10uF。 但从您上次到上次的答复,我们仍然不清楚 CVDD 为什么应该是10*Cboot。 您能更详细地解释一下吗? 如果您可以将其与我们得到的波形相关联、那将非常有用。

    谢谢、

    制造

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    您好 Manuj、

    感谢后续行动、很高兴能进行一些对话。 我认为纠正该电容值是找到解决方案的第一步。

    Cboot 应为22nF-100nF。 VDD 电容应为220nF-4700nF。 这可以从下面的 UCC27211数据表引脚功能中找到。

    我们通常建议 VDD 使用大电容、通常使用10x 作为指导原则、因此从 VDD 为自举电容器充电的电流不会导致较大的 VDD 纹波。 对于 VDD 电容、使用10x 的准则会导致 VDD 电容为1uF。 最好使用一个具有较低阻抗的低阻值陶瓷并联、因此建议使用具有较大 VDD 电容值的并联100nF 电容。

    从系统角度来看、HB 上的纹波意味着由于该二极管上的电势差较大、因此需要大的自举二极管电流对其进行正向和反向偏置。 例如、如果 HS 导通且仍有电流从 LS 导通为 BS 充电、则 BS 将因反向恢复而遭受更大的损耗、从而可能发生永久性损坏。 另一个示例是、如果 Ls 导通时间非常短且/或引导电容器比要求的大得多、这也会导致此问题。

    这有道理吗?

    谢谢、

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    尊敬的 Jeff:

    我们了解到、在 HB 纹波较大的情况下、升压二极管将面临更大的反向恢复损耗。 您提到的最后一段非常清楚。 我们还清楚为什么需要更大的 CVDD。

    我们还有另一个疑问,我们认为这是非常关键的。 假设我们希望将 Cboot 上的纹波保持在0.5V、并且打开 FET 所需的栅极电荷为140nC (如果我们使用并联 FET、则可能是这样)、所需的 Cboot 大小将为280nF (Cboot =栅极打开 FET 所需的电荷/Δ V)。 但数据表中指出 Cboot 通常在100nF 以内、这是否意味着我们应该寻找另一个能够支持提供如此大栅极电荷或我们仍然可以将此驱动器用于上述应用的 FET 驱动器?

    我们正在考虑使用1uF 电容作为 Cboot、以包含安全裕度和10uF、您认为这是可以的吗? 这是我们在 UCC20520数据表中阅读的内容的参考。 您可以在下面的快照中看到它:

  • 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 Manuj、

    感谢您提出的问题/顾虑、因为它们非常容易理解。 UCC20520具有外部自举二极管、允许自举充电路径中存在可选的串联电阻以限制损耗。 由于器件内部功耗过大、UCC27211内部自举二极管不适合用于更高的自举值。 UCC20520在第9.2.2.6.2节末尾确认了这一可能的结果,如下图所示。 这基本上是说:例如、在启动期间、较大的 Cboot 需要更长的时间才能充电、并且会经历更多损耗。 为了应对这种情况、建议使用100nF Cboot 来实现瞬态性能。 但是、这仅适用于数据表中的 UCC20520示例、因为自举二极管是外部的、并且使用了自举电阻器。 HB 施加的动力总成电压为800V、对反向恢复产生重大影响、这也存在差异。

     

    HB 上的交流纹波取决于 UCC27211在放电时的泄漏电流(可忽略不计)@~1.2mA 和充电时的 Qtot。 然而、由于自举充电电流较大、Rboot 两端的直流电压降小于 VDD、因此会保持该值。 较大的 Rboot 会限制自举电流、使之足以添加较大的 Cboot 以进一步降低纹波、但这意味着 HB 上的 VDD 产生较大的直流压降。 因此、使用较大的 Cboot 时、BS 纹波将减小、但代价是 Rboot 上的压降更大、而较大的 Cboot 需要更大的 Rboot。

    我建议我们遵守数据表中的值限制、以避免对内部自举二极管施加应力。

    谢谢、