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[参考译文] UCC27282:50V 电源以上出现意外故障

Guru**** 2502415 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC27282, UCC27282-Q1

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/1254556/ucc27282-unexpected-failure-above-50v-supply

器件型号:UCC27282

在使 UCC27282在中等电压下不发生故障时、我遇到了很多麻烦。

我正在驱动同步降压转换器。
我的 MOSFET 的栅极电荷为70nC、栅极电阻为1.5欧姆。
我使用12V 的驱动器。

在以下情况下、芯片出现故障。
电源电压>50V
高占空比
使能引脚瞬间驱动为低电平(暂停开关)

在这些情况下、使能引脚被驱动为低电平后、栅极驱动器就会发生故障、重新启用后、驱动器会立即发生故障。
接下来我会问几个问题。

  1. 当使能引脚被驱动为低电平时、输出是仍然保持低电平、还是它们是高输出阻抗。
  2. 对于高侧驱动器、如果自举电容器已耗尽、输出是否仍保持低电平?
    1. 会发生什么情况?
    2. 状态是怎样的?
  3. 是否有建议的方法来实现不会导致开关节点振铃的过流关断保护?
    1. 压摆率和栅极电压看起来都在 UCC27282规格范围内
    2. UCC27282保持栅极电压远低于48V 时的感应导通电压、但在50V 和60V 之间出现故障、我无法测量的原因不明确。

故障=使12V 栅极电源短路。 MOSFET 未损坏。
我已经经历了大约50个 UCC27282、在这些情况下几乎每一个都失败、只有一对夫妇存活(并且他们反复存活)。

我尝试过...

  1. 从 HO 到 HS 添加12V 齐纳二极管来钳制 HO
  2. 在 HO 和 MOSFET 栅极驱动器之间添加一个1欧姆的栅极电阻器、
  3. 正在测量上的过冲...
    1. HO、HS、LO、HB 全部保持在数据表限制范围内(凭借我使用200MHz 示波器和尽可能接近的接地进行测量的能力)
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    此外、汽车型号(Q1)的器件是否具有物理差异、从而有助于解决我的问题?

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    尊敬的 Jonathan:

    我将从一个基本问答开始。 UCC27282-Q1版本是相同的 IC 设计、但在汽车级器件上进行的资质认证测试更为广泛。

    您能否提供动力总成和驾驶员 IC 的示意图以便查看元件值? 查看一些元件值、例如 VDD CAP、HB CAP 和 MOSFET 器件型号。

    在这些故障期间、驱动器是唯一损坏的器件、还是 MOSFET 也会发生故障?

    我对启用到禁用和启用驱动器的循环很好奇、驱动器输入信号在整个禁用驱动器期间是否存在? 或者驾驶员启动/启用时是否有受控的启动序列?

    随机启动序列存在一些问题、主要与自举电容器充电和 HB 偏置启动相关。  

    您能解释一下在运行时启用和禁用驱动器的目的吗? 这是否属于正常启动序列、或者您是否希望使用使能来控制突发模式操作?

    您提供的原理图和任何示波器图都有助于解决问题。 在不查看波形的情况下、目前很难提供很多建议。

    如果没有可用的示波器图、请记录:

    驱动器的高、低、低和开关节点(HS)。 驱动器的 LO、HO-HS、开关节点和 HB-HS。 在稳定状态下、在禁用驱动器期间和启用驱动器期间记录这些图。

    此致、

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    通常、只有驱动器损坏、MOSFET 损坏。 在~1/10故障时、高侧 MOSFET 损坏/短路。

    在发生过流或其他系统故障的情况下、禁用驱动器是一项故障关断操作。 我正在尝试停止驱动输出、而不是等待~32ms 让输出保护继电器打开。 继电器打开后、我恢复 PWM 并将输出电容器排空。

    当 UCC 被禁用时、PWM (LI、HI)继续进行。
    我还测试了禁用 PWM 而不是将使能端驱动为低电平、 结果相同。



    对不起、有很多相关的示波器捕获。 我会尽我所能使他们有条理。 我现在正在编译并标记其他捕获。

    黄色(LV+)转换器输出、蓝色(开关节点)。 用于检查过冲的开关节点捕捉。 这些是我的最高忠实度测量。 请注意、斜率变化对应于 PWM 死区时间。


    接地质量较低、对不起测量噪声。 这是电源电压低到不会导致故障的中断。 两个图像、 第二个是对重新连接序列进行缩放。 注意自举电容器上的放电情况。 重新连接(第二个图)时、您可以在蓝色迹线中看到高侧 UVLO 开始生效(开关节点电压的二极管压降变化)
    蓝色(HB)、黄色(转换器输出)



    具有故障模式2的相同信号(高 PWM 脉冲瞬间发生故障)

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    44V 电源时的典型开关波形(低于故障电压)
    黄色-转换器输出
    紫色- HB
    蓝色-开关节点
    绿色- HO

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    禁用时切换(44V 电源)。
    黄色-转换器输出
    蓝色-开关节点
    绿色- HO (跟踪蓝色、断开后彼此重叠绘制)

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    重新连接时切换(44V 电源)
    黄色-转换器输出
    蓝色-开关节点
    绿色- HO

    请注意、HO 变为高电平之前的延迟、可能这是电压超过阈值后高侧 UVLO 的延迟。

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    我在上面发布了原理图和捕获。 我可以完全控制 PWM 和启用、所有这些都由微控制器控制。 如果有其他一系列事件需要发生、请告诉我。

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    Jonathan、您好!

    我在稳态运行中看不到任何波形图问题。 和一些其他图、我看到 HB 和输出的活动、但我对禁用和启用事件期间可能出现的驱动器输入 PWM 信号感到好奇。

    您是否有任何图显示了禁用和启用事件期间的 LO 和 HO? 我认为、当需要从0V 向引导电容器充电时、使能期间的驱动器 PWM 信号尤其可能导致初始 LO 导通时间短。  

    此外、您是否知道驱动器中的哪些引脚可能会损坏? 使用 DVM 可以检查 LO、VDD、HO 和 HS 是否接地? 还要检查 VDD 至 HB、以查看其是否看起来像二极管。

    此致、

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    感谢 Richard 为您提供的帮助。
    内部自举二极管似乎是故障点、特别是反向恢复时间。

    我之前曾认为、当我尝试开启高侧驱动器时发生了器件故障、但实际上在开关节点的电感斜坡期间(我在暂停后放低底部 MOSFET 时即发生故障)。

    简而言之、我相信...

    1. 高占空比导致自举二极管正向偏置更高
    2. 自举电容器的局部或完全放电导致自举二极管正向偏置更高
    3. 高电源电压导致节点 HB 上的 dV/dt 更高
    4. 自举二极管的50ns 反向恢复时间导致二极管由于较大的瞬时反向电流而发生故障

    至少在我的有限测试中、使用更快、更低正向电压的外部二极管似乎已经解决了这个问题。

    我确实设法得到了一个很好的捕获的即时失败,这也引导我到以上。
    绿色-开关节点
    紫色- HO
    在斜坡期间、在激活高侧驱动器之前、二极管似乎出现了故障。
    高侧驱动器随后在二极管短路时发生故障(请参阅紫色/自举电压的过度放电率)