[参考译文] UCC256404：PFC + LLC 电源问题

尊敬的 Alexander：

目前使用的栅极电阻非常小。 请使用栅极导通和关断电阻器、如下所示：

我认为您的原理图和设计计算器没有任何其他问题。  

在调试时、请 执行以下步骤：  

1.尝试仅通过向 LLC 输入施加直流输入电压来调试 LLC 部分、您可以通过移除 D101来禁用 PFC 控制器。  

2.为启动 LLC 控制器,请移除 D203并施加26V 的 VCC 电压。 看到 RVCC 引脚电压后、可以将 VCC 引脚电压降低到~15V。  这样就 无需使用交流输入源。

3.请参阅应用手册的第3部分、了解 IC 每个引脚的预期电压。

此致

马尼坎塔

尊敬的 Manikanta：

感谢您的分析和回复。 我现已尝试按照您给定的步骤对修改后的电路进行调试。

但是、我遇到了关于共用 BLK 分压器(用于 UCC28056B VOSNS 引脚以及 UCC256404 BLK 引脚)的怪异行为。
当我按照您描述的那样尝试对电路进行调试时、在 PFC 控制器未上电(移除 D101)的情况下、BLK 电压仅达到~0.5V、远低于启动电压。 由于电阻器的值是正确的、我假设未上电的 PFC 控制器将其下拉。
当我替换 D101为 PFC 控制器供电时、BLK 电压现在会按预期上升至1.0V 以上、 可以开始开关-但 PFC 控制器似乎定期下拉电压(~1kHz)、这似乎会导致 LLC 控制器在开关开始后不久进入输入欠压故障状态。 1s 后、控制器复位、并且重复相同的图形。

我已经连接了一个示波器轨迹线、用于显示这种情况。
通道为(顺序为1-4、从上到下)：RVCC 引脚电压、LLC 输入(体)电压、BLK 引脚电压、LO 引脚电压。

这种行为可能是什么原因造成的？ 在这里是否无法为 PFC 和 LLC 使用共享的 BLK 分压器、或者是否存在其他问题？

此致、
亚历山大·哈里托诺夫

尊敬的  Alexander：

您是否还可以取消装配 PFC 控制器、并能 检查 LLC 是否在工作？

此致

马尼坎塔  

尊敬的 Manikanta：

我取消装配了 PFC 控制器、并再次测试了 LLC 电路。

首先、我以相对较高的输入电压阻抗进行了测试-现在、BLK 引脚电压按照预期的方式随输入电压变化、不过开关操作会导致输入电压快速降至关断阈值以下、从而再次停止开关操作。 因此、这似乎证实了我的假设、即 PFC 控制器干扰了分压器。

为了尝试修正输入电压降、我改为从低阻抗稳压电源提供 LLC 输入电压。 不过、这很快导致了与我在第一篇文章中描述的类似故障：两个 LLC MOSFET 都在短路模式下发生故障(栅极、漏极和源极全部短路)。

此处不应造成过高的栅极电压、因为我按照您的建议增加了栅极电阻(47R 充电、通过二极管放电)、 此外、还使用18V 齐纳二极管保护了每个 MOSFET 栅极(使用的 MOSFET 的额定电压为30V Vgs 峰值)-因此我不确定是什么原因再次导致了此故障。

我用示波器记录事件、但我没有监测理想的信号集以进行故障分析(当然、因为故障是意外发生的)。 尽管如此、或许他们可以给出一些故障原因的提示？
记录的通道为 RVCC 引脚电压、LLC 输入电压、BLK 引脚电压和低侧 MOSFET 栅极电压(由 LO 引脚驱动、直接在 MOSFET 上测量)。 以下是完整运行时间跨度以及故障事件本身：

您对这里可能发生的事情有任何想法吗？

我自己的假设是 MOSFET 首先发生故障、这会导致高电压馈送到栅极(被齐纳二极管钳位)、通过控制器反馈到 RVCC 电源、从而在那里产生可见的尖峰、直到输入电源保护关闭电源。

但是、这仍然无法解释 MOSFET 故障的原因。

此致、
亚历山大·哈里托诺夫

尊敬的 Alexander：

您是否可以对电路板进行以下更改：

当控制器开始开关时、 由于 LLC 输入电压下有一个~150uF 电容、所以我预计 BLK 引脚电压不会低于关断电压阈值。 您是否可以将 BLK 引脚电容值从330pF 增加至1nF。

2.增加启动频率来减小槽中的启动电流 那么、您可以将 LL/SS 电容器值增加到1uF 吗。

3、MOSFET 关断速度要更快。 由于连接了47欧姆、这会使初级 MOSFET 的关断速度非常慢。  如前所述、要加快关断速度、请使用单独的1欧姆二极管、如下所示：

4.您还可以使用 CFD7系列的初级 MOSFET 吗、与您目前使用的相比、它的反向恢复电荷更少。

5.我不确定您的原理图中 RV201的用途。 您能否在测试时取消装配此图。

6.在 LLC 的次级侧、您可以取消安装同步 MOSFET 和控制器。 此外、您是否可以仅使用肖特基二极管进行调试。 初级侧控制器正常工作后、可将其重新填充回去。

7.用15V 或12V 齐纳二极管替代 D205。 目前正在使用20V。

8.另外，您可以用1uF 电容器替换 C213吗？

此致

马尼坎塔

尊敬的 Manikanta：

感谢您的建议。

我在上一篇文章中已经实施了第3和第5条建议,所以这些建议可能不是问题。
此后、我实施了建议1、2、4和7、专门用 IPP65R155CFD7取代 MOSFET。

这似乎解决了 LLC 控制器的问题-它现在正在次级侧正确调节18V。 我怀疑主要问题确实是 MOSFET 选择、其中 C7的体二极管太慢、无法处理开关节点处的电感电压尖峰。

然而、不幸的是、问题并未就此结束-我决定对整个系统(PFC + LLC 转换器)进行整体测试、结果似乎按预期工作、非常好地处理了空载和中等负载条件。 但是、在中等负载(~40-50W 输出功率)下运行几分钟后、电路突然关闭。

此故障后的进一步调查和测试表明、电路的 LLC 部分仍像以前一样工作、 但 PFC 控制器似乎也出现了故障、因为仅向 VCC 控制器(使用实验室电源)施加 PFC 电压会有效地将 VCC 轨短路至地、而只是使 PFC 控制器芯片发热。

我测量了 PFC 电路的其他元件、没有任何元件看起来损坏(短路或任何其他元件)、因此我真的不知道是什么原因导致了此故障。 根据我的电路原理图(见开机自检中的图像)、您是否有关于 PFC 控制器以这种方式突然出现故障的提示？以及我如何能够在更换控制器芯片后防止故障进一步发生？

此致、
亚历山大·哈里托诺夫

尊敬的 Alexander：

您可以先检查 LLC 是否仅达到满负载。 一旦 LLC 功率级工作、您就可以开始连接 PFC。

另外、您能否 告诉我您是如何将实验室电源连接到 PFC 控制器的？ 它已经通过二极管连接到 LLC 控制器的 RVCC 引脚。 您从实验室电源上施加的电压是多少？

您是否能够从 RVCC 引脚为 PFC 控制器供电。 这样、结合型 LLC PFC 电源系统即可顺利启动。

此致

马尼坎塔

尊敬的 Manikanta：

LLC 功率级在满载时按预期工作。

至于 PFC 控制器、正如您所描述的、在我对组合系统(PFC + LLC)的初始测试期间、它由 RVCC 引脚通过二极管 D101供电。 在这种情况下、PFC+LLC 系统工作了一段时间、但后来失败了。

故障发生后、我注意到 RVCC 在上电后无法启动(具体来说、它每秒下电上电一次)、因此我删除了 D101、这允许 LLC 级再次自行工作。

然后、我尝试使用在最大0.1A 条件下设置为13V 的实验室电源单独为 PFC 控制器供电(过去可以正常为 PFC 级供电)。 但是、这导致实验室电源的电流限制在~3V 0.1A、表明 PFC 控制器出现短路故障。

此致、
亚历山大·哈里托诺夫

尊敬的 Alexander：

我不知道导致短路的原因。 现在我们只调试 PFC 部分。 您是否可以将旧的 PFC 控制器替换为新的控制器？ 同时、暂时移除 LLC 控制器。  

您是否可以将 VCC 电容器(C107)值增加到10uF。 我们要确保 PFC 在满负载下工作。

此致

马尼坎塔

尊敬的 Manikanta：

我已经更换了 PFC 控制器并开始调试 PFC 部分。

在较低负载的条件下、在 DCM 运行模式下、电路看上去没有问题、这里有一些 DCM 波形。
通道按1-4的顺序从上到下依次为：输出电压、MOSFET VDS、MOSFET VGS、ZCD/CS 引脚电压。
请注意、由于测试设置中的阻抗、VDS 布线不准确-因此 VDS 上升/下降时间看起来比实际慢得多。 ZCD/CS 迹线更加精确。

但是、在较高负载下、当电路在 CrM 下运行时、会出现问题。 具体而言、它能够按预期运行数秒、提供稳定的输出功率-但一段时间后、电路的可闻噪声开始改变(这是频率上升时的嘶嘶声)、几秒钟后、电路就会发生故障。 这一次、它导致控制器和 MOSFET 发生故障(漏源短路)、也损坏电流检测电阻器。

我试图测量电路的行为,无论是在 CRM 运行的最初几秒,以及一旦可闻噪声开始变化. 我真的看不出任何错误的这个 CRM 操作(与提供的波形在应用手册)。 下面是不同交流输入波形位置的一些波形、既是概述视图、也是详细视图：

所以、总之、PFC 电路在 CRM 运行中会破坏性地失败、我不知道是什么原因可能导致了这种情况。 对于我可以尝试解决此问题的方法、您有什么想法吗？

此致、
亚历山大·哈里托诺夫