驅(qū)動器 UCC27201 上電時刻 HO 引腳誤脈沖的分析及解決

摘要

在隔離 DC/DC 電源中經(jīng)常會使用到帶浮地功能的雙通道驅(qū)動器 UCC27201。實際應用發(fā)現(xiàn)，某些場景中，其HO 引腳會在上電時刻產(chǎn)生誤脈沖。該誤脈沖導致系統(tǒng)有開機異常的風險。本文通過實際仿真和電路原理分析，詳細介紹了誤脈沖產(chǎn)生的機理，隨后提供了兩個針對該誤脈沖的解決方案，并給予了詳細解釋。

1、隔離電源系統(tǒng)設計

某隔離電源系統(tǒng)完成 DC/DC 的轉(zhuǎn)換，采用全橋拓撲，輸出電壓為 12V。其中，全橋的原邊側(cè)驅(qū)動器就采用了UCC27201，共計兩顆。

1.1 隔離電源系統(tǒng)簡述

該隔離電源系統(tǒng)完成寬范圍輸入電壓(36V~72V)到 12V 的轉(zhuǎn)換，輸出功率 350W。系統(tǒng)采用帶同步整流功能的硬開關全橋拓撲(HSFB)。圖 1 所示的是該系統(tǒng)的方框圖，包含有主控芯片 LM5035，置于原邊側(cè)的驅(qū)動器UCC27201，置于副邊側(cè)的驅(qū)動器 UCC27324 和隔離器等器件。

圖 1：隔離電源系統(tǒng)框圖

1.2 UCC27201 的應用

UCC27201 是帶有浮地功能的 MOSFET 驅(qū)動器，具有高端輸出和低端輸出兩個通道，可以應用于 BUCK，半橋和全橋等拓撲。該芯片引腳的描述如下：

● VDD (Pin1) ：供電引腳，范圍是 8V~17V，典型值為 12V;

● VSS (Pin7) ：芯片地引腳;

● HI, LI (Pin5, Pin6) ：高端驅(qū)動輸入和低端驅(qū)動輸入;

● HO, LO (Pin3, Pin8) ：高端驅(qū)動輸出和低端驅(qū)動輸出;

● HB, HS (pin2, pin4) ：浮地供電和浮地引腳，用于高端驅(qū)動供電;

如圖 2，在本電源系統(tǒng)中，一顆 UCC27201 的兩路輸出驅(qū)動全橋同一側(cè)橋臂的兩個 MOSFET，主要連接網(wǎng)絡標示如藍色字體。另一顆 UCC27201 的兩路輸出則是驅(qū)動全橋的另一側(cè)橋臂。

圖 2：驅(qū)動器 UCC27201 的實際應用

采用上述應用電路的實際驅(qū)動信號見圖 3，包括了軟啟動和正常運行等兩個階段。

在軟啟動階段，標示為 Q1 的 MOSFET 的驅(qū)動信號占空比遠小于 50%，而 Q2 的驅(qū)動信號占空比則是超過了50%，與 Q1 的驅(qū)動信號占空比保持為互補關系。Q3 和 Q4 驅(qū)動信號的關系同上。

在正常運行階段，Q1~Q4 的驅(qū)動信號占空比全部都接近 50%。相互之間的關系如圖 3 所示，即 Q1 和 Q2 保持互補，Q3 和 Q4 保持互補。

圖 3：全橋驅(qū)動信號

2、UCC27201 HO 引腳的誤脈沖及根因分析

實際應用中，由于不同的 UCC27201 的供電電壓設計有差異，當其 Cboot 電容充電過快時，HO 引腳會出現(xiàn)誤脈沖。該誤脈沖的根因是 Cboot 過快的上電電壓耦合到了 HO 引腳，同時過快的上電速率導致芯片內(nèi)部對 HO 管腳下拉的 MOSFET 不能及時導通，最終造成了 HO 引腳輸出誤脈沖。

2.1 HO 引腳的誤脈沖

實際測試上述電源系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)，開機時 UCC27201 的 HO 引腳有誤脈沖，如圖 4 (CH1 為 HO;CH4 為 HB 與HS 的差分電壓，亦即 Cboot 電容兩端的電壓;CH2 為 LO;CH3 可忽略)。該誤脈沖幅度最大可超過 7V，與 LO交疊后會造成全橋高端 MOSFET 和低端 MOSFET 的共通，進而導致系統(tǒng)開機存在風險。