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[参考译文] UCC21520:观察到输出信号不完整、在一段时间内未完全形成。

Guru**** 2382200 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC21550
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/1346433/ucc21520-output-signal-observed-incomplete-and-not-fully-formed-for-some-period-of-time

器件型号:UCC21520
主题中讨论的其他器件:UCC21550

您好!

我将 UCC21520ADW 隔离式栅极驱动器 IC 用于图腾柱 PFC 交流/直流转换器。 问题在于在正半个周期内、开关 FET 的某些栅极脉冲不完整、并且在某些时间段内无法完全形成输出脉冲。 这个问题是随机发生的。 我还检查了栅极驱动器 IC 的输入信号、并在此处附上了图像以供参考。

我的电路:

橙色波形-  PFC 高电平 FET 的栅极驱动器输入信号

蓝色波形-  PFC 低电平 FET 的栅极驱动器输入信号

此处连接了从驱动器 IC 观察到的输入信号输出栅极脉冲、供您参考。

蓝色波形 -低 FET 漏极  

橙色波形-驱动器 IC 输出端的低 FET 栅极脉冲

请就上述问题提供您的建议。  

谢谢。

Vignesh。

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    尊敬的 Vignesh:  

    您能否通过共享栅极驱动器部分的原理图和布局来帮助我们调试问题?  

    通过波形、以下是我的观察结果:  

    • 第一个波形显示了 输入振荡、我不确定这是由于探测技术造成的、还是真正的振荡。 您能否告诉我您在何处探测输入信号、以及您是否可以在输入引脚上添加一些去耦电容(~100pF)以消除一些噪声?  
    • 在第二个波形中观察到类似的现象。 在第一个和第二个蓝色脉冲中、橙色脉冲的尖峰似乎没有使蓝色脉冲失真太多;在第三个蓝色脉冲中、橙色脉冲的尖峰似乎可能 已开启 LS FET、从而导致漏极电压下降。  
      • 您能否共享探测位置以及使用的探头类型?
    • 此外、该问题是仅发生在一个电路板上、还是始终可以在多个电路板上观察到?  

    谢谢!  

    薇薇安

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    感谢您的答复。

    我在栅极驱动器输入节点处有一个22pF 的去耦电容器和一个200欧姆的电阻器。 我认为这种配置足以降低高频噪声。 我使用纹波尖端探测的位置更靠近栅极驱动器输入引脚、我使用的探头是500MHz / 10:1 / 300V 探头。

    实际上、该问题发生在多个电路板上。

    上一次我忘记介绍有关转换器输入和输出的详细信息了。 输入:230VAC、50Hz 和输出:380VDC。

    栅极驱动器的实际原理图

    大多数时候、主要观察到 G-S 短路时发生 FET 故障。

    谢谢。

    M·维尼什

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    尊敬的 Vignesh:  

    我在浏览原理图后有一个建议:可以增大 R118和 R116关断电阻器的尺寸、看看情况是否有所改善? 如果关断电阻器为0欧姆、则可能导致 OUT 引脚上的噪声耦合过大、如果噪声振幅高于建议的最大值、则可能会损坏器件和/或导致器件故障。  

    否则、原理图的总体效果良好;如果您可以在 INA 和 INB 上添加~100欧姆电阻器、则可以更好地将噪声与22pF 去耦电容器一起抑制。  

    谢谢。  

    薇薇安

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    感谢 Vivian 的回复。

    我认为、增加0欧姆(关断)电阻器可能不会解决该问题。 我们已经在 LLC 转换器中使用了相同的元件来驱动 FET、没有发现任何问题。 此外、我已经在栅极驱动器 IC 的输入侧添加了一个与22pF 电容器串联的200欧姆电阻器(INA 和 INB)、以构成一个 RC 滤波器来抑制噪声。

    此外、我已将驱动程序 IC 替换为新驱动程序、但同样的问题仍然存在。

    我还观察到、问题仅在正半个周期内发生、而在负半个周期内根本不存在问题。

    谢谢。

    维尼格什

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    尊敬的 Vignesh:

    如果 LLC 转换器和图腾柱 PFC 转换器之间存在任何布局差异、0关断栅极电阻可能会允许更多瞬态噪声到达栅极驱动器。 可能值得尝试增大关断栅极电阻器的值、以查看问题是否得到解决。

    此致、

    广木市

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    尊敬的 Hiroki:

    我将关断电阻增加到1欧姆、并遇到了另一个问题。 在栅极关断期间、观察到高 FET 的栅源电压高达1.4V、从而导致错误导通。

    实际问题出现在 dv/dt 正事件期间。 流经 CDG 的上升位移电流会导致栅源极电压上升至1.4V、从而导致 FET 误导通。

    增加关断电阻器可能会在正 dv/dt 事件期间进一步提高栅源电压、从而使该问题加剧。

    在这里、我附上了我的波形、供您参考、

    蓝色波形:输入电流

    橙色波形:FET 漏极高

    绿色波形:高 FET 栅极

    谢谢。

    维尼格什

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    尊敬的 Vignesh:

    有趣。 感谢您跟进所有这些详细信息!

    从您的观察结果中可以看出、如果我理解正确、FET 的米勒电容就会导通 dV/dt。 解决此问题的一种可能的解决方案是在尽可能靠近栅极的位置添加一个大约10k Ω 的栅源下拉电阻器、例如如下代码片段中的电阻器:

    请告诉我这是否有助于缓解 dV/dt 感应导通问题。

    此致、

    广木市

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    尊敬的 Hiroki:

    感谢您的回复!

    我的电路中已经有一个10K 电阻器、放置在靠近 FET 的位置。

    但是,问题仍然存在。

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    尊敬的 Vignesh:

    FET 的栅极是否有适用于铁氧体磁珠的插座?  

    以下是有关此问题的应用手册: https://www.ti.com/lit/ab/sluaai2/sluaai2.pdf?ts = 1713814909644&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F 

    铁氧体磁珠可通过内部栅漏极电容帮助实现寄生振荡。  

    此致、

    广木市

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    尊敬的 Hiroki:

    感谢您的回复!

    实际需要注意的问题是栅极驱动器的输出没有完全形成。

    寄生振荡只有在将关断电阻增加到1欧姆后才会发生。

    您能提出为什么栅极驱动器的输出未完全形成的建议吗?

    此致、

    Vignesh。

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    尊敬的 Vignesh:

    感谢您的跟进!

    对于部分形成的输出、我认为这可能是由大容量 VDD 去耦电容器提供的瞬时功率不足、或自举配置不正确驱动高侧 FET 所致。 这一问题是否也出现在高侧 FET 中?

    存在问题的通道的 VDD 波形值得注意。 如果 VDD 明显降低、它可能与去耦电容器有关。

    此致、

    广木市

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    尊敬的 Hiroki:

    感谢您的回复!

    实际问题出现在低 FET 上。

    对于高 FET、驱动电源是隔离的;没有自举。

    VDD 去耦电容器包含大约2.1uF (靠近驱动器 IC)和4.7uF (连接到驱动器电源的输出)、足以满足要求。

    谢谢。

    维尼格什

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    尊敬的 Vignesh:

    真有意思。

    您能否分享您提到的 LLC 转换器原理图没有问题?

    我想知道栅极驱动器周围的电路中是否有任何关键差异、包括 MOSFET 和总线电压。 这将有助于缩小可能导致该问题的原因。

    感谢您的耐心!

    此致、

    广木市

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    尊敬的 Hiroki:

    感谢您的回复!

    在 LLC 转换器中、我们使用了具有相同 VCC 电压15V 的相同驱动器 IC。 对于用于低 FET 的驱动器电压、它为+6.5V、而对于高 FET、则使用自举。

    LLC 的总线电压为380Vdc、使用的 MOSFET (GS66516T)相同。

    我还提到了一些论坛、他们在这些论坛中提到 CMTI 对于隔离式栅极驱动器至关重要。

    为 UCC21520ADW 提及的实际 CMTI 为100V/ns。

    最大电流:15A (适用于我的 PFC)

    Coss:126pF (FET OP 电容器)

    开关节点电压:400V

    Trise:3ns 至5ns

    V/ns:80 - 100V/ns (靠近颈部)

    根据我的参考、当 CMTI 问题出现时、可以观察到栅极驱动器的不规则输出、延迟和丢失信号。

    但对于我的 LLC、最大输入电流为7A;因此、尚未出现 CMTI 问题。

    CMTI 是否至关重要?

    谢谢。

    Vignesh。

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    尊敬的 Vignesh:

    感谢您的跟进和提供详细信息。

    这好像是在 PFC 电路中的较高电流值时发生的?

    CMTI 绝对是一项重要规格。 就 GaN FET 而言、开关节点中的 dV/dt 无疑非常快。 以下是一些可能有用的建议:

    • FET 栅极上的铁氧体磁珠或 VSS 的开关节点
      • 这将防止某些噪声进入栅极驱动器、
    • 添加额外的栅极电阻以减慢开关速度
      • 这将通过增加增益来减轻高 dv/dt 噪声、
    • UCC21550是一款新代器件、具有更高的 CMTI 额定值、对于这种类型的噪声问题整体更加稳健。

    如果您有任何其他问题、请随时提出任何其他问题!

    此致、

    广木市

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    尊敬的 Hiroki:

    感谢您的回复!

    我还面临着与 交流信号过零时间期间的电流尖峰相关的一些问题。

    当我使用隔离变压器来探测高侧开关  FET 时、在 交流信号的过零时间内、观察到机箱连接的输入电流尖峰高达10A。 在没有机箱连接的情况下、未观察到电流尖峰。

    仅在使用机箱连接探测高 FET 时才出现问题、否则根本没有问题。

    您能就出现此问题的原因提供任何建议吗?

    此致、

    Vignesh。

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    尊敬的 Vignesh:

    感谢您的跟进! 我想确保我理解您的问题。

    如果我理解正确、MOSFET 的栅极驱动器电流在 FET 开关期间会激增至10A、并且仅出现在带有机箱连接的高侧 FET 上。 对于机箱连接、您指的是什么连接?

    您能否分享它的任何波形?

    感谢您的耐心!

    此致、

    广木市

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    尊敬的 Hiroki:

    感谢您的回复!

    机箱是指常见的交流接地点。

    我已将栅极驱动器 IC 更改为 CMTI 200V/NS、但仍出现同样的问题。

    使用的栅极驱动器 IC:NCP51560ABDWR2G

    因此、CMTI 不是问题。

    更重要的是只有在电路板与机械系统一起使用时才会发生栅极振荡。 无机械问题的情况下随机发生。

    请提出发生这个问题的原因、因为栅极驱动器的输入看起来不错、但输出看起来振荡、并且驱动电源电压也看起来不错。 我还将去耦电容器放置在驱动器 IC 附近以支持峰值电流。

    但都是徒劳的。

    谢谢。

    Vignesh。

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    尊敬的 Vignesh:

    感谢您的澄清。  

    我认为、看到 VDD 次级电源波形会很有用。 该器件具有保护功能、可监控 VDD 电源轨上的任何瞬变。 通过 VDD 电源轨的波形、可以得知这是否是输出不完整的可能原因。

    您能够共享该波形吗? 非常感谢您的耐心。 我希望尽快解决这个问题。

    此致、

    广木市

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    尊敬的 Hiroki:

    感谢您的回复!

    我附上了次级 VDD 电源的波形、供您参考。

    绿色-低 FET 的 VDD 电源

    橙色-低 FET Vd

    黄色-电感器电流

    请尽快提出您的建议。

    谢谢。

    Vignesh。

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    抱歉 Hiroki、

    我错误地点击了"解决了我的问题"。

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    尊敬的 Vignesh:

    没问题。 感谢您的跟进!

    该波形非常有用。 外部 VDD 看起来没有噪声、这表明电源和去耦设计合理。

    现在重点介绍栅极驱动器输出的栅极环路路径。 您是否曾尝试增加关断电阻以查看这是否有帮助? 我曾提到过相同电路如何在 LLC 上工作、但 LLC 转换器的不同输出特性可能会使其性能略好。  

    我还想重申添加铁氧体磁珠如何有助于阻止功率级注入的噪声。  

    如果您有任何其他问题、敬请告知!

    此致、

    广木市

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    尊敬的 Hiroki:

    感谢您的回复!

    我还尝试将关断电阻增加到1欧姆、但问题仍然存在。

    谢谢。

    Vignesh。

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    尊敬的 Vignesh:

    有趣。 波形是否显示出这种情况会带来一些影响? 您是否尝试过更高的关断电阻?

    我对这一点很好奇、因为栅极驱动器的关断输出电阻较低 、支持较高的灌电流。

    此致、

    广木市