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驱动器 UCC27201 上电时刻 HO 引脚误脉冲的分析及解决
发布时间:2016-04-30 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]摘要
在隔离 DC/DC 电源中经常会使用到带浮地功能的双通道驱动器 UCC27201。实际应用发现，某些场景中，其HO 引脚会在上电时刻产生误脉冲。该误脉冲导致系统有开机异常的风险。本文通过实际仿真和电路原理分析，详绕行电感细介绍了误脉冲产生的机理，随后提供了两个针对该误脉冲的解决方案，并给予了详细解释。
1、隔离电源系统设计
某隔离电源系统完成 DC/DC 的转换，采用全桥拓扑，输出电压为 12V。其中，全桥的原边侧驱动器就采用了UCC27201，共计两颗。
1.1 隔离电源系统简述
该隔离电源系统完成宽范围输入电压(36V~72V)到 12V 的转换，输出功率 350W。系统采用带同步整流功能的硬开关全桥拓扑(HSFB)。图 1 所示的是该系统的方框图，包含有主控芯片 LM5035，置于原边侧的驱动器UCC2720共模电感器1，置于副边侧的驱动器 UCC27324 和隔离器等器件。
图 1：隔离电源系统框图
1.2 UCC27201 的应用
UCC27201 是带有浮地功能的 MOSFET 驱动器，具有高端输出和低端输出两个通道，可以应用于 BU贴片电感CK，半桥和全桥等拓扑。该芯片引脚的描述如下：
● VDD (Pin1) ：供电引脚，范围是 8V~17V，典型值为 12V;
● VSS (Pin7) ：芯片地引脚;
● HI, LI (Pin5, Pin6) ：高端驱动输入和低电感磁环端驱动输入;
● HO, LO (Pin3, Pin8) ：高端驱动输出和低端驱动输出;
● HB, HS (pin2, pin4) ：浮地供电和浮地引脚，用于高端驱动供电;
如图 2模压电感器，在本电源系统中，一颗 UCC27201 的两路输出驱动全桥同一侧桥臂的两个 MOSFET，主要连接网络标示如蓝色字体。另一颗 UCC27201 的两路输出则是驱动全桥的另一侧桥臂。
图 2：驱动器 UCC27201 的实际应用
采用上述应用电路的实际驱动信号见图 3，包括了软启动和正常运行等两个阶段。
在软启动阶段，标示为 Q1 的 MOSFET 的驱动信号占空比远小于 50%，而 Q2 的驱动信号占空比则是超过了50%，与 Q1 的驱动信号占空比保持为互补关系。Q3 和 Q4 驱动信号的关系同上。
在正常运行阶段，Q1~Q4 的驱动信号占空比全部都接近 50%。相互之间的关系如图 3 所示，即 Q1 和 Q2 保持互补，Q3 和 Q4 保持互补。
图 3：全桥驱动信号
2、UCC27201 HO 引脚的误脉冲及根因分析
实际应用中，由于不同的 UCC27201 的供电电压设计有差异，当其 Cboot 电容充电过快时，HO 引脚会出现误脉冲。该误脉冲的根因是 Cboot 过快的上电电压耦合到了 HO 引脚，同时过快的上电速率导致芯片内部对 HO 管脚下拉的 MOSFET 不能及时导通，最终造成了 HO 引脚输出误脉冲。
2.1 HO 引脚的误脉冲
实际测试上述电源系统时发现，开机时 UCC27201 的 HO 引脚有误脉冲，如图 4 (CH1 为 HO;CH4 为 HB 与HS 的差分电压，亦即 Cboot 电容两端的电压;CH2 为 LO;CH3 可忽略)。该误脉冲幅度最大可超过 7V，与 LO交叠后会造成全桥高端 MOSFET 和低端 MOSFET 的共通，进而导致系统开机存在风险。
图 4：HO 引脚的误脉冲
2.2 HO 引脚误脉冲的根因分析
图 5 所示的是 UCC27201 内部与 HO 相关的电路。在 HB 与 HS 之间电压正常建立后，逻辑电路会依据 HI 电平的高或低而打开 Qa 或 Qb，从而实现 HO 高低电平的输出。Qc 是当 HB 与 HS 之间电压还处于欠压阶段时，用以导通以拉低 HO 引脚，确保在该阶段 HO 无输出。
图 5：HO 相关的内部电路
当 HB 与 HS 间电压还处于欠压阶段时，内部电路会产生高电平驱动信号以导通 Qc。但是，该高电平驱动信号的产生存在一定的延时;同时，Qc 设计用来被脉冲信号触发，而非电平信号触发。上述两个因素就造成，当 HB与 HS 间电压上升过快时 Qc 将不能及时导通。此时，如果 HO 被 HB 与 HS 间电压耦合出高电平后(其中一个耦合途径是通过 Qa 和 Qb 的结电容)，因 Qc 还未导通，该耦合出的高电平将得以输出，最终形成了 HO 的误脉冲。
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