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[参考译文] UCC21710-Q1:负载和 AIN 测量突然出现电源故障

Guru**** 1826200 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC21710, UCC21732
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/1260858/ucc21710-q1-power-supply-failure-with-sudden-load-and-ain-measurement

器件型号:UCC21710-Q1
主题中讨论的其他器件:UCC21710UCC21732

各位专家、您好!

在用于控制 PMSM 电机的定制电机驱动设计中、我们面临使用 SiC MOSFET 的 UCC21710栅极驱动器的一些问题。

让我来解释一下我们的设置:

我们 在设计中总共使用了7个 UCC21710、 3相桥使用6个 UCC、制动斩波器使用1个 UCC。 控制 H 桥顶部的栅极驱动器(相位 U 顶部、相位 V 顶部和相位 W 顶部)具有独立的隔离式直流/直流转换器(器件型号:  MGJ2D152005SC )和所有的底部栅极驱动器(相位 U 底部、相位 V 底部、相位 W 底部和制动斩波器)都有一个组合的隔离式直流/直流转换器。

来自 UCC21710的错误信号(故障和就绪)连接到 LED 以识别错误。

问题1:

当系统突然变化(例如:控制器被指示将电机转速从2000RPM 更改为5000RPM)时、以非常快的速率(几乎是阶跃变化)、底部栅极驱动器的就绪信号之一变为低电平。

如果速度缓慢变化、一切都运行良好。

我们花了一段时间才意识到 UCC 就绪信号变低,因为就绪信号没有被锁存,这与故障信号不同。

是否有任何方法增强/加强 栅极驱动器电路以承受突然变化?

问题2:

我们使用 UCC21710的 AIN/APWM 特性测量逆变器的直流母线。 UCC21710负责制动斩波器、其 AIN 引脚用于直流母线测量。

实际上、分压器非常接近于制动斩波器、当制动斩波器开启时、我的所有直流母线测量会持续输出、270V 直流母线的读数将为150V。 即使是1%的占空比会破坏我的直流母线测量,我知道这很可能发生在制动斩波器操作期间巨大的瞬变,但我们有什么方法可以纠正这一点吗? (不做太多可能改变我们的逆变器板硬件:))

以下是栅极驱动器电路:

如果需要任何其他信息、请告诉我。

谢谢!

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    你好、

    谢谢您的支持。 请查看我的以下评论:

    问题1:

    这种突然的变化会导致系统中出现某种情况、从而使 RDY 信号变为低电平。

    我建议检查栅极驱动器的 VCC 和 VDD UVLO、该驱动器的 RDY 信号在电机 RPM 的阶跃变化期间变为低电平。  

    确保系统具有良好的去耦电容器:

    • 一个大值电容器(1-10uF)与一个小值电容器(100-220nF)并联、以覆盖更大的噪声频率范围
    • 在布局中、确保电容器靠近栅极驱动器 IC。

    您还提到了底部 IC 的 RDY 信号中只有一个变为低电平。 特定 IC 的 AIN 是否悬空?  具有高电流、高 dV/dt 负载节点也会导致 RDY 触发。 高电流、高 dV/dt 承载节点和温度检测电路等关键信号之间应尽可能多地分离、以防止尽可能多的耦合。 检查 OUTL 上是否有明显的噪声可能会很好。

    问题2:

    恐怕、要处理这种会导致巨大瞬态的突然变化、就需要对布局进行一些改进。 在 AIN 和 APWM 引脚上进行适当滤波也会有所帮助(非常靠近驱动器 IC 引脚)。

    还请参阅下面的 APWM 应用报告:

    https://www.ti.com/lit/an/slua988/slua988.pdf

    希望这对您有所帮助!

    此致!

    普拉蒂克

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    Pratik、您好!

    谢谢详细的解释。

    关于问题1:

    您还提到底部 IC 的 RDY 信号中只有一个变为低电平。 特定 IC 的 AIN 是否悬空?  具有高电流、高 dV/dt 负载节点也会导致 RDY 触发。 高电流、高 dV/dt 承载节点和温度检测电路等关键信号之间应尽可能多地分离、以防止尽可能多的耦合。 检查 OUTL 上是否有明显的噪音可能很好。

    AIN 引脚通过1K 电阻器下拉至 UCC 的 COM 引脚、关于 OUTL、我们目前很难探测该点、但我们有一个串联的占位符 RC、它将栅极驱动器的 OUTL 和 VEE 短接。 我认为这一点得以保持、以防我们需要栅极驱动器进行2级软关断、填充这些值是否会影响 OUTL 引脚的噪声? 提供非常高的 RC 值也可能会降低输入的 OUTL 信号性能。

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    你好、

    以下是我的建议:

    也可以使用铁氧体磁珠来降低栅极噪声。 请参阅以下由我们团队的一位专家撰写的应用手册:

    https://www.ti.com/lit/an/sluaai2/sluaai2.pdf?ts = 1692713729146&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    希望这对您有所帮助!

    此致!

    普拉蒂克

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    大家好、Pratik、感谢您提供应用手册。

    我想我们已经解决了这个问题。

    以前我们使用 IGBT 作为主开关器件、在同一个逆变器硬件上、此解决方案运行良好、栅极驱动器没有问题。

    但是,一旦我们切换到 SiC MOSFET(在同一硬件上),我们就开始得到所有这些问题。

     IGBT 和 SiC 的摩擦几乎不简单、除了一个主要差异、IGBT 的内部栅极电阻(Rgint)为10欧姆、SiC 的内部栅极电阻仅为2欧姆、 所以我们认为、SiC 的这种快速开关会导致不稳定和所有其他问题。

    我们在逆变器硬件上有一个2欧姆的外部栅极电阻器(Rgon、Rgoff)。 为了使用 IGBT 实现简单性能、我们正在考虑增加外部栅极电阻、以降低 SiC MOSFET 的开关速度、使其与 IGBT 类似。

    您是否发现这种方法存在任何潜在陷阱?

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    RDY 引脚变为低电平、

    我们之前还面临同样的问题(UCC21732 RDY 有时会变为低电平状态)。 栅极驱动器电源耦合电容在此处也发挥着重要作用、因为高 dv/dt 可以通过该耦合电容器将噪声注入控制电路并使其发生故障。  

    1.我们把电源换为 Murata (3.5pF 耦合)、之前使用反激拓扑

    2.略微增加 RDY 引脚的电容(约1nF)

    这些是我们当时所作的努力。

    此致

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    您好、Anoop、我们使用  Murata 的 MGJ2D152005SC、该器件已经实现了3pF 隔离耦合。

    您能否详细说明一下您正在讨论的 READY 引脚的电容? 您是指开漏就绪引脚的去耦电容器吗?  

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    是的、他们建议的 RDY 至 GND 电容为100p 至330p、我们将其略微增大至1n。