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[参考译文] UCC5350-Q1:仿真中的错误

Guru**** 2386610 points
Other Parts Discussed in Thread: TINA-TI
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https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1295871/ucc5350-q1-error-in-simulation

器件型号:UCC5350-Q1
主题中讨论的其他器件:TINA-TI

大家好、

我最近从事的是栅极驱动器设计、我 计划 将其用于  UCC5350MCD  部件. 我已经在 LTSpice 中设计了电路、并尝试对其进行仿真、到目前为止没有出现任何误差、但输出不符合我的预期。 我在 MOSFET VDS 上得到一个较小的持续浪涌(正常瞬态浪涌除外)。 我曾尝试更改死区时间和栅极电阻器值、但仍然没有看到任何改善。  

如果有人能指出我错了什么,那将会很有帮助。

提前感谢。

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    Anand、您好!  

    我们的设备专家目前在感恩节假期不在办公室。 请预计我们下周早些时候再次光临。 谢谢!  

    薇薇安

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    这应该是很好的 Vivian。

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    Anand、您好!

    这看起来与串联电感器相关。 您能否在它上面放置一个1K 的电阻器、看看它是否可以减轻尖峰?

    此致、

    肖恩

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    尊敬的 Cashin:

    感谢您的输入。 我为此找到了一个临时解决方案。 我 需要 澄清一下如何减少 MOSFET 输出上的过冲(VDS)。 根据一般指南、它提到"通过增大 Rgate 或添加 RC 缓冲器、可以减少过冲"、但我没有看到通过执行上述更改在仿真中得到任何改进。 这可能是什么原因?

    有没有其他方法可以减少 MOSFET 过冲(降低寄生电感除外)?

    谢谢。

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    Anand、您好!

    这种 VDS 尖峰是电源设计中需要解决的一个重要问题、因为它会损坏您的开关或迫使您使用比所需更昂贵的高压开关。 V= L * di/dt。 添加栅极驱动电阻器将增大开关 dt 并减小 di/dt。 您确实需要大幅增加 dt 来减缓小 Cgate 的栅极电荷、这也会增加开关损耗。

    我更喜欢的一种解决方案是在电源轨上添加缓冲器。 这主要是为了阻止开关节点来回振铃、但确实可以稍微降低尖峰振幅。 我附上了一个 TINA-TI 示例、说明如何针对给定的额定功率优化缓冲器电阻值。

    另一种可确保开关不受过压影响的方法是使用 TVS 二极管。 这不是常用的解决方案、但它们是防潮的、允许您使用非常接近 FET 额定电压的电压。

    另一种解决方案是使用接地/电源平面。 这将大大减少电感、并减少下冲/过冲。 一旦有了低电感平面、在出现的瞬态电压下添加钳位二极管要容易得多。

    此致、

    肖恩

    e2e.ti.com/.../0474.GateRing3.TSC

    P.S.、请记住、闭合开关不受过压影响。 如果您看到短路的两个引脚上出现高电压振铃、则可能是在测量寄生电感器而不是硅上的电压。  

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    感谢提供 Cashin 信息、

    但是、当我在输出端添加 RC 缓冲器时、可以消除 VDS 振铃、而过冲仍然与120V 相同。 我 怀疑我的仿真设置有一些问题。  

    以下是使用和不使用 RC/RCD 缓冲器的输出图像。

    请告诉我 您对此的看法。

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    您不会希望将缓冲电路添加到开关节点本身上。 它必须在每个周期充电和放电至高电压、并会消耗大量电力。

    最有效的缓冲器是位于局部去耦电容器上的缓冲器。 当高侧开关闭合时、它会对开关节点短路。 这可以让您抑制谐振、而无需使用电容器来循环高电压。 您可能需要两个缓冲器:一个用于缓冲 FET 封装的漏极电感、一个用于缓冲电池或大型去耦电容器中的整体电源电感。 它们将在两个不同的频率振铃。  

    缓冲器不会对初始峰值钳制太多是正确的、但您确实需要消除共振。 它可能耦合到栅极驱动器中并导致损坏。 它还会减小 PWM 的可用占空比。

    为了消除峰值、您应该尝试使用 TVS 钳位二极管。 它们吸收第一个峰值、如果开关节点+电源为微伏阻尼、电压将以极小的振铃恢复到正确的值。 IGBT 具有自然的雪崩击穿、能够吸收这些峰值(在合理范围内)、与 SiC 相比、这是一个显著的优势。 如果可以牺牲开关和导通损耗并且非常关注过压、那么值得关注。 不过、通常首先考虑开关损耗、最好使用 TVS 二极管来解决该问题。

    请注意、与迹线相比、电源平面的电感要低得多。 这会将谐振频率提高到可通过低寄生串联电阻获得更好阻尼的水平、因此将降低峰值电压。

    此致、

    肖恩

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    尊敬的 Cashin:  

    感谢对这个问题的详细解释。 正如您所建议的、我尝试在 MOSFET (VDS)上添加 TVS 二极管、并且看到过冲有显著下降(至少低于 MOSFET 雪崩)、与缓冲器电路相比。

    但问题在于要找到合适的具有高电压和电流额定值且通过汽车认证的 TVS 器件。 是否有任何方法可以使用低击穿电压 TVS 来抑制过冲。

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    Anand、您好、您需要多高的电压? 有些 TVS 二极管的关断电压高达120V。 除此之外、这也是一项挑战。

    雪崩加固型器件的作用基本上类似于齐纳 TVS 钳位。 寻找适合重复雪崩能量的开关。 如果您需要在非常高的电压下进行钳位、这将是一个有用的功能。 该值在非钳位电感尖峰测试中测得。

    此致、

    肖恩

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    我正在寻找一个大约60V 的关断电流、以提供150+A 的电流。 可能有一两个在 Bourns 出售。   

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    您是如何分辨150A 的? 对于 TVS 二极管、您通常需要保持在2W 以下。

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    尊敬的 Cashin:

    我不知道我的理解是否正确。

    对150+A TVS 的需求在于、每个功率 MOSFET 均承载~200A 电流的正常运行。 因此、 我希望有额定值相同的 TVS、用于在开关期间抑制击穿。  

    对此有何不同意见?

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    TVS 二极管不会像 MOSFET 那样传导200A 直流电。 MOSFET 上有一个小型寄生 LC 谐振回路。 当 FET 闭合时、它将电压阶跃施加到该谐振回路。 TVS 二极管只需要在达到200A 后钳制该小型电感器中的多余电流。 这是您可以模拟的东西。

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    噢、是这样。

    感谢您的确认。 我将尝试遵循同样的方法。

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    祝您设计顺利。