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器件型号：UCC5880-Q1 如何以及为何在没有 SPI 的情况下使用 UCC5880-Q1
如何以及为何在没有 SPI 的情况下使用 UCC5880-Q1
UCC5880-Q1器件是一款高度可配置的隔离式可调压摆率栅极驱动器。 UCC5880在高功率 SPI/HEV 应用中非常有用的一个因素是其基于 EV 的器件可配置性、验证和诊断功能。
尽管 SPI 通信为系统提供了很大的灵活性、但某些应用不需要 SPI 的复杂性。 不熟悉 SPI 的客户可能会喜欢它的优势、但在开始使用这款新驱动器时、可能希望不用花时间和资源来开发软件、从而进行简单的评估。 UCC5880-Q1器件可支持此特性、因为它可在无 SPI 通信的情况下用于对器件进行初始评估
使用此功能、工程师可以评估基本驱动器性能、如驱动强度、电源模块的开关损耗、可调栅极驱动、短路保护等。 用户可加速评估过程、因为无需开发任何新代码、甚至无需连接到计算机。
使用没有 SPI 连接的驱动器时、需要对 SPI 引脚功能进行某些配置。 将输入引脚保持悬空会导致噪声耦合到这些引脚中发生故障。 输出引脚可保持悬空。 下面列出了这些更改。
|
引脚名称 |
配置 |
|
SCLK |
不使用时连接到 GND1 |
|
nCS |
不使用时连接到 VCC1 |
|
sdi |
不使用时连接到 GND1 |
|
SDO |
可以保持开路 |
表1：引脚名称和配置
UC5880-Q1的可调驱动特性允许将驱动强度即时设置为3种不同驱动强度之一。 该器件具有分离输出结构：OUTH1、OUTH2、OUTL1和 OUTL2。 OUTHH1和 OUTL1具有15A 的驱动强度、而 OUTHH2和 OUTL2具有5A 的驱动强度。 输出结构如下图所示。
图1：UCC5880-Q1输出结构
这是为了控制不同系统条件下 FET 的导通/关断、以优化开关能量损耗和漏源过冲之间的权衡。 UCC5880-Q1在低压上有3个 GDX 引脚(GD0、GD1、GD2)、可在无需 SPI 的情况下使用此功能。 在不使用 SPI 的情况下更改栅极驱动强度非常简单。 下面列出了这些组合、也在数据表中列出了这些组合。
|
GD2 |
GD1 |
GD0 |
功能 |
|
0 |
0 |
0 |
由 SPI 寄存器控制 |
|
0 |
0 |
1 |
OUTL1 + OUTH2 |
|
0 |
1 |
0 |
OUTL2 + OUTH1 |
|
0 |
1 |
1 |
OUTL1 + OUTH1 |
|
1 |
0 |
0 |
OUTL2 + OUTH12 |
|
1 |
0 |
1 |
OUTL12 + OUTHH2 |
|
1 |
1 |
0 |
OUTL12 + OUTH12 |
|
1 |
1 |
1 |
OUTL2拉至低电平、故障复位 |
表2：GDX 引脚真值表
当不使用 SPI 功能时、有三个主要挑战。 首先是重新配置器件。 SPI 允许用户配置配置寄存器和操作寄存器。 当不使用 SPI 时、配置和操作将是数据表中列出的默认编程值。
第二是器件的实时监控功能。 该器件具有内部10位 ADC 和两个模拟输入(AI1和 AI2)、可用于读取和监控有用的测量、例如直流链路电压、栅极阈值、内部裸片温度、电流检测、 等等 该 ADC 还具有 DESAT (CS)、VCC2、栅极电压阈值和结温测量选项。 如果没有 SPI、用户将不得不为所有这些测量采用其他方法。
最后但同样重要的是故障监控。 UCC5880-Q1器件有1个状态寄存器和2个故障寄存器、这些寄存器具有超过30个故障和警告分级。 此外、还为 PWM 通道(INP 至输出)、击穿保护、栅极电压监控、栅极驱动强度监控、DESAT 比较器、SC 比较器、OC 比较器、时钟监控、 配置 CRC 和数字比较器。 如果没有 SPI、则难以理解系统中发生了什么故障。 当故障发生时、nFLT 引脚中的一个或两个将拉低。 将所有3个 GDX 引脚保持为高电平将复位故障、但无法准确读取发生的故障。 解决此问题的理想方法是确保默认寄存器设置与应用的要求完全匹配、然后探测这些点以确保器件正常运行。 下一部分将讨论不使用 SPI 时 EVM 上的常见故障及其解决方法。
如前所述、当使用不带 SPI 的 UCC5880-Q1器件时、一旦 nFLT 引脚拉至低电平、就很难诊断任何故障的原因。 以下是在使用该器件时、在没有 SPI 故障报告的情况下、可以轻松诊断的一些基本常见问题。 UCC5880-Q1 EVM 为评估带和不带 SPI 的器件提供了最简单的解决方案。 为每个信号提供了测试点、用于诊断任何故障。
|
问题 |
评估 |
说明 |
纠正措施 |
|
无 PWM 输出(未报告故障) |
检查 GDX 引脚的状态 |
将所有 GDX 管脚设置为全0是对 SPI 寄存器的控制权、默认情况下该寄存器为弱驱动强度
将 GDX 设置为全部1s 将输出拉低并复位故障 |
将 GDX 引脚组合为可提供输出信号的 |
|
无 PWM 输出且报告 nFLT1 (STP 或 SC/DESAT 故障) |
检查联锁设置 |
如果高侧和低侧驱动器的 PWM 均为高电平、则将发生 STP 故障 |
移除互锁连接并通过拉高所有 GDX 引脚来清除故障、或为输入信号增加死区时间 |
|
检查 SC/DESAT 状态 |
DESAT 正在触发并导致输出拉至低电平 |
当未连接到 FET 模块时、必须通过将 DESAT 引脚绑定到 GND 来禁用 DESAT 保护 |
|
|
启动时报告 nFLT 1和 nFLT 2 (BIST 故障) |
BIST 故障 |
该器件将在所有 UV / OV 比较器上自动运行诊断、如果不满足规范、则报告故障 |
下电上电并正确设置所有电源
|
|
在启动时或开关期间报告 nFLT1和 nFLT2 (VREF、VCCREG、VCC1UV/OV、VCC2UV/OV 故障) |
检查电源值 |
电源电压不够高或不足/电源电压骤降或尖峰 |
将电源值设置为符合默认配置值 |
|
短路测试期间无 PWM (DT 或 STP 故障) |
检查联锁设置 |
STP 保护可防止击穿 |
拆下联锁连接 |
|
检查函数发生器中的 DT 设置 |
可强制执行死区时间、并防止系统发生 |
移除 DT、默认情况下该驱动程序没有 DT |
表3：常见问题和修复
由于该器件只能以默认配置运行、因此了解所有默认设置是否与评估需求一致非常重要。 默认设置见表4、5和6。 默认配置也可在数据表中的"Register Map"部分下找到。
表4：配置寄存器默认值
|
寄存器类型 |
位名称 |
DFLT 值 |
|
配置1 |
UVLO1_TH |
2.45伏 |
|
|
OVLO1_TH |
5.65V |
|
|
NFLT2_MUX |
nFLT2 |
|
|
TDEAD |
无死区时间 |
|
|
IO_DG |
无抗尖峰脉冲 |
|
|
复位静音 EN |
启用 |
|
配置2 |
MCLP_TH |
2伏 |
|
|
UVLO2_TH |
9V |
|
|
OVLO2_TH |
22伏 |
|
|
积分时间_TH |
-2V |
|
|
OVLO3_TH |
-8伏 |
|
|
GM BLK |
4052纳秒 |
|
|
OC_EN |
禁用 |
|
|
DESAT_SC_SEL |
DESAT 已启用 |
|
|
MCLP_EN |
MCLP 已启用 |
|
配置3 |
SC_BLK |
87纳秒 |
|
|
OC_TH |
0.25伏 |
|
|
DESAT_SC_DG_EN |
禁用 |
|
|
DESAT_SC_TH |
10伏 |
|
|
DESAT_ICHG |
0.5mA |
|
|
STO_2STO_CURR |
300mA |
|
|
VGTH_MEAS_EN |
禁用 |
|
配置4 |
2 STO_TIME |
122ns |
|
|
MCLP_EXT_EN |
内部 |
|
|
Vce_clmp_hld_time |
100ns |
|
|
2STO_STO_SEL |
佐藤 |
|
|
VCECLP_EN |
启用 |
|
|
IZTC_EN |
禁用 |
|
|
DOUT_FREQ |
13.9kHz |
|
|
DOUT_CH_SEL |
禁用 |
|
配置5 |
ADC_SAMP_MODE |
禁用 |
|
|
ADC_SAMP_DLY |
280ns |
|
|
ADC_ON_DESAT_SEL |
禁用 |
|
|
ADC_ON_VCC2_SEL |
禁用 |
|
|
ADC_ON_TEMP_SEL |
禁用 |
|
|
ADC_ON_CH2_SEL |
禁用 |
|
|
ADC_ON_CH1_SEL |
禁用 |
|
|
ADC_OFF_VCC2_SEL |
禁用 |
|
|
ADC_OFF_TEMP_SEL |
禁用 |
|
|
ADC_OFF_CH2_SEL |
禁用 |
|
|
ADC_OFF_CH1_SEL |
禁用 |
|
|
IZTC_SEL |
100 μ A |
|
|
ADC_SAMP_DLY_MULT |
1个 |
|
配置6 |
ADC_EDGE_MODE_SEL |
连续 |
|
|
OC_BLK |
490ns |
表5：ACTION、Digicomp、ADC、STATUS 和 FAULT 寄存器默认值
|
寄存器类型 |
位名称 |
DFLT 值 |
|
行动1 |
OVLO1_ACT |
STATUS+nFLT1+OUTL*拉至低电平 |
|
|
UVLO1_ACT |
STATUS+nFLT1+OUTL*拉至低电平 |
|
|
OVLO2_ACT |
禁用 |
|
|
UVLO2_ACT |
STATUS+nFLT1+OUTL*拉至低电平 |
|
|
OVUV3_ACT |
禁用 |
|
|
ADC_ACT |
状态+nFLT2 |
|
|
SPI_ACT |
状态+nFLT2 |
|
|
CFG_CRC_ACT |
状态+nFLT2 |
|
行动2 |
INT_REG_ACT |
STATUS+nFLT1+OUTL*拉至低电平 |
|
|
TRIM_CRC_ACT |
STATUS+nFLT1+OUTL*拉至低电平 |
|
|
GD_TWN_ACT |
状态+nFLT2 |
|
|
CLK_MON_ACT |
STATUS+nFLT1+OUTL*拉至低电平 |
|
|
OC_ACT |
故障+nFLT1 |
|
|
VCECLP_ACT |
故障 |
|
|
STP_ACT |
STATUS+nFLT1+OUTL*拉至低电平 |
|
|
PWM_LANE_ACT |
STATUS+nFLT1+OUTL*拉至低电平 |
|
|
INT_COMM_ACT |
STATUS+nFLT1+OUTL*拉至低电平 |
|
|
SC_ DESAT_ACT |
STATUS+nFLT1+OUTL*拉至低电平 |
|
法案3 |
GM_GD_ACT |
FAULT+nFLT1+OUT*高阻抗 |
|
DIGICOMP 1 |
THRESH_AI1 |
ADCDATA1的前8位 |
|
|
DCOMP1_EN |
禁用 |
|
|
DCOMP1_DIR |
当 ADCDATA1<THRESH_AI1时、DCOMP1_FAULT 为高电平 |
|
|
DCOMP1_ACT |
禁用 |
|
|
DCOMP1_DEGLITCH |
2故障发生前的比较 |
|
第2次会议 |
THRESH_AI2 |
ADCDATA2的前8位 |
|
|
DCOMP2_EN |
禁用 |
|
|
DCOMP2_DIR |
当 ADCDATA2<THRESH_AI2时、DCOMP1_FAULT 为高电平 |
|
|
DCOMP2_ACT |
禁用 |
|
|
DCOMP2_DEGLITCH |
2故障发生前的比较 |
|
ADC 1-6 |
所有位 |
保存上次 AI 测量后的 ADcData |
|
状态 |
所有位 |
器件的指示状态寄存器 |
|
故障1 |
所有位 |
无故障 |
|
故障2 |
所有位 |
无故障 |
表6：控制寄存器默认值
|
寄存器类型 |
位名称 |
DFLT 值 |
|
控制1 |
CLR_故障 |
无操作 |
|
|
栅极关闭 CHK |
否 |
|
|
门控_ON_CHK |
否 |
|
|
OC_CHK |
否 |
|
|
DESAT_CHK |
否 |
|
|
通道 |
否 |
|
|
GD_READ_EN |
否 |
|
|
CLK_MON_SEC_CHK |
否 |
|
|
CLK_MON_PRI_CHK |
否 |
|
|
CFG_CRC_CHK |
否 |
|
|
DCOMP1_CHK |
否 |
|
|
DCOMP2_CHK |
否 |
|
|
CLR_SPI_CRC |
否 |
|
|
PWM_LANE_CHK |
否 |
|
|
STP_通道 K |
否 |
|
|
GD_FAULT_CHK |
否 |
|
控制2 |
OUTH_SEL |
仅 OUTHH2 |
|
|
输出 |
仅 OUTL2 |
|
|
ASC_强度 |
仅限 OUTL2/OUTH2 |
|
|
CURPROT_ASC_EN |
启用 |
|
|
AI2_PUPD |
禁用上拉/下拉 |
|
|
ASC_LEV_SEL |
遵循 AI2 () ASC_SEC |
|
|
ASC_DELAY_SEL |
2.3us |
|
|
ASC_EN_HIZ_EN |
ASC 低电平-输出低电平 |
|
控制3 |
SPITEST |
0 |
尽管 UCC5880-Q1的非 SPI 功能是用于评估栅极驱动器的绝佳工具、但不建议在最终设计中使用。 故障报告、监控和可配置性选项太有价值、不能加以利用。 无法诊断故障将给系统设计带来许多挑战、甚至很难实现最终系统的某些基本安全功能。
设计用于栅极驱动器控制的基于 SPI 的软件可能会令新用户紧张、但 TI 提供的解决方案可利用我们的复杂器件驱动器(CDD)简化创建此代码的复杂性。 客户尽职调查的目标是开发一个模块化、独立于平台、可配置的 SPI 接口[支持不同模式]、以符合 ASPICE 流程。 CDD 是在 MCU AM26x 平台上开发的、用于处理 SPI 接口、低压 IO 引脚(FLT、PWM、初级 ASC、DOUT)、诊断 FLT 监测和读取 ADC 数据。 使用集成指南和 CDD 配置文件、可以将 CDD 集成到客户不同的微控制器 AUTOSAR 和非 AUTOSAR 堆栈中。 可以在 UCC5880-Q1产品文件夹中找到更多信息。