驅動(dòng)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)的仿真結果

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

3.2 增大 Cboot 電容的風(fēng)險分析

在 UCC27201 的實(shí)際應用中，需要注意內部二極管 D1 的反向恢復應力。

當 LO 的輸出 由高變低后，HS 電壓會(huì )升高，HB 電壓同樣也會(huì )升高，此時(shí)內部二極管將承受反壓，并承受隨后出現的反向恢復應力。如果反向恢復應力出現之前時(shí)刻的二極管正向導通電流超出額定范圍，反向恢復應力則會(huì )過(guò)大而導致二極管失效。UCC27201 要求內部二極管承受反向恢復應力前的正向導通電流在 2A 以下。

在該電源系統中，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(kāi)機的第一個(gè)周期內，下管的持續時(shí)間超過(guò)了 3us(如圖 11，CH1 和 CH2 是全橋兩個(gè)下管的驅動(dòng)信號)，即 3us 之后內部二極管才會(huì )有反向恢復應力，由于此時(shí)正向導通電流已經(jīng)遠低于 2A，二極管無(wú)可靠性風(fēng)險。因此，修改 Cboot 容值到 300nF后二極管不會(huì )有失效風(fēng)險。

圖 11：開(kāi)機時(shí)刻全橋下管的驅動(dòng)波形

4、解決措施之 Cboot 電容預充電

給 Cboot 電容預充電，可以提前產(chǎn)生驅動(dòng)信號以確保內部 Qc 導通。當系統發(fā)波后，LO 變高會(huì )產(chǎn)生充電路徑而使 Cboot 快速充電，但由于此時(shí)內部 Qc 已經(jīng)導通，HO 將不會(huì )產(chǎn)生誤脈沖。

4.1 預充電電路

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

經(jīng)仿真知，當對 Cboot 電容預充電至 1V 左右，內部 Qc 就會(huì )導通。于是，隨后的快速充電將不會(huì )再在 HO 引腳產(chǎn)生誤脈沖。根據 12V 建立到系統發(fā)波之間的延時(shí)時(shí)間，可以計算合適的 RL值，以保證 Cboot 預充電至 1V 以上。

圖 12：Cboot 電容的預充電電路

4.2 新增電阻的阻值計算

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

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

考慮到系統正常運行后，全橋上管導通時(shí)，電阻 RL 存在一定的損耗。最?lèi)毫訔l件下(高壓輸入)的損耗計算如下：0.5 x(72V*72V)/100K=0.026W

綜上可知，實(shí)際應用中，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(wú)誤脈沖輸出。

5、總結

在 UCC27201 的實(shí)際使用中，如果 Cboot 電容充電速率過(guò)快，則會(huì )在 HO 引腳產(chǎn)生誤脈沖。通過(guò)對誤脈沖產(chǎn)生機理的分析可知，通過(guò)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(wèn)題，而且上述兩個(gè)方法都不會(huì )對系統帶來(lái)額外的可靠性風(fēng)險。