驅(qū)動器 UCC27201 上電時(shí)刻 HO 引腳誤脈沖的分析及解決

圖 7：Cboot 電容充電電路 圖 8：Cboot 為 300nF 時(shí)的仿真結(jié)果

圖 9：Cboot 為 100nF 時(shí)的仿真結(jié)果 圖 10：充電過程的實(shí)測波形

3.2 增大 Cboot 電容的風(fēng)險(xiǎn)分析

在 UCC27201 的實(shí)際應(yīng)用中，需要注意內(nèi)部二極管 D1 的反向恢復(fù)應(yīng)力。

當(dāng) LO 的輸出 由高變低后，HS 電壓會升高，HB 電壓同樣也會升高，此時(shí)內(nèi)部二極管將承受反壓，并承受隨后出現(xiàn)的反向恢復(fù)應(yīng)力。如果反向恢復(fù)應(yīng)力出現(xiàn)之前時(shí)刻的二極管正向?qū)娏鞒鲱~定范圍，反向恢復(fù)應(yīng)力則會過大而導(dǎo)致二極管失效。UCC27201 要求內(nèi)部二極管承受反向恢復(fù)應(yīng)力前的正向?qū)娏髟?2A 以下。

在該電源系統(tǒng)中，將 Cboot 修改為 300nF 后，二極管正向電流在約 280ns 后降低到 2A。而在開機(jī)的第一個(gè)周期內(nèi)，下管的持續(xù)時(shí)間超過了 3us(如圖 11，CH1 和 CH2 是全橋兩個(gè)下管的驅(qū)動信號)，即 3us 之后內(nèi)部二極管才會有反向恢復(fù)應(yīng)力，由于此時(shí)正向?qū)娏饕呀?jīng)遠(yuǎn)低于 2A，二極管無可靠性風(fēng)險(xiǎn)。因此，修改 Cboot 容值到 300nF后二極管不會有失效風(fēng)險(xiǎn)。

圖 11：開機(jī)時(shí)刻全橋下管的驅(qū)動波形

4、解決措施之 Cboot 電容預(yù)充電

給 Cboot 電容預(yù)充電，可以提前產(chǎn)生驅(qū)動信號以確保內(nèi)部 Qc 導(dǎo)通。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)波后，LO 變高會產(chǎn)生充電路徑而使 Cboot 快速充電，但由于此時(shí)內(nèi)部 Qc 已經(jīng)導(dǎo)通，HO 將不會產(chǎn)生誤脈沖。

4.1 預(yù)充電電路

如圖 12 所示，增加一顆電阻 RL后即可形成預(yù)充電電路。當(dāng) UCC27201 的 12V 建立后，在系統(tǒng)未發(fā)波前，12V電壓可以通過路徑 Ri->D1->Cboot->RL給 Cboot 充電。

經(jīng)仿真知，當(dāng)對 Cboot 電容預(yù)充電至 1V 左右，內(nèi)部 Qc 就會導(dǎo)通。于是，隨后的快速充電將不會再在 HO 引腳產(chǎn)生誤脈沖。根據(jù) 12V 建立到系統(tǒng)發(fā)波之間的延時(shí)時(shí)間，可以計(jì)算合適的 RL值，以保證 Cboot 預(yù)充電至 1V 以上。

圖 12：Cboot 電容的預(yù)充電電路

4.2 新增電阻的阻值計(jì)算

假設(shè)延時(shí)時(shí)間為 1ms，根據(jù)如下 RC 充電公式，可知 RL 約為 114Kohm。

12V x [1 – exp(-1ms / RL*Cboot )] = 1.0V

考慮到系統(tǒng)正常運(yùn)行后，全橋上管導(dǎo)通時(shí)，電阻 RL 存在一定的損耗。最惡劣條件下(高壓輸入)的損耗計(jì)算如下：0.5 x(72V*72V)/100K=0.026W

綜上可知，實(shí)際應(yīng)用中，可以選取阻值為 114K，封裝為 0603 以上的電阻，只要延時(shí)時(shí)間不少于 1ms，就可以確保 HO 引腳無誤脈沖輸出。

5、總結(jié)

在 UCC27201 的實(shí)際使用中，如果 Cboot 電容充電速率過快，則會在 HO 引腳產(chǎn)生誤脈沖。通過對誤脈沖產(chǎn)生機(jī)理的分析可知，通過增大 Cboot 電容的容量或者在 HS 引腳增加一顆連接到地的電阻，都可以有效的解決該問題，而且上述兩個(gè)方法都不會對系統(tǒng)帶來額外的可靠性風(fēng)險(xiǎn)。