ZHCADQ3 January 2024 UCC27201A , UCC27302A , UCC27302A-Q1
1 啟動運行
為保持電源轉換器按預期正常運行，設計人員必須了解半橋驅動器的啟動序列，尤其是在對浮動的高側驅動器使用自舉偏置時。某些設計人員可能并不了解半橋驅動器 IC 的時序，除非遇到轉換器運行方面的問題。為了使驅動器輸出響應 LI（低側）和 HI（高側）輸入，VDD 電壓電平必須高于 VDD UVLO（欠壓鎖定）上升閾值。在滿足 VDD UVLO 閾值后，輸出響應驅動器輸入之前存在 UVLO 延遲時間。HB（高側）偏置也有 UVLO，因此 HB 偏置必須遠高于 HB UVLO 上升閾值，HO 輸出才能響應 HI 輸入。HB UVLO 電路在 HO（高側驅動器輸出）響應 HI 輸入之前，也存在延遲時間。
為了更好地理解雙向直流/直流轉換器中的驅動器啟動問題，我們可以參考標準直流/直流同步降壓中的驅動器啟動序列（輸出端從 0V 開始）。
驅動器的首選啟動序列是在 LI 和 HI 的 PWM 信號開始之前，讓 VDD 上升并遠高于 UVLO 閾值。由于 VDD 上存在 UVLO 延遲，因此我們建議從 VDD 上升到 PWM 信號啟動的延遲為 10us 或更長。在輸出從 0V 開始的典型同步降壓中，有一條從 VDD 經過自舉二極管再到 HB 的路徑，用于為 HB 電容器充電。當 HS 接近地電平時，該電容器充電，這是啟動時的情況，因為 VOUT 為 0V，輸出電感器提供從 HS 到地的路徑，請參閱圖 1-1。由于這條到達輸出端的路徑從 0V 開始，HB 至 HS 電容器在 VDD 上升的同時充電。對于大多數典型半橋驅動器，一旦 VDD 高于 UVLO 閾值且 HB-HS 高于 UVLO 閾值 5-10us，LO 和 HO 輸出就會對 LI 和 HI 輸入做出響應。關于 HB 浮動偏置自舉電路，假設 VDD 上升時間 dV/dt 低，那么驅動器自舉二極管中的正向電流通常具有低正向電流，這種情況在大多數系統中都很常見。通常，在驅動器和功率級中開始開關之前，自舉電容器會充滿電。圖 1-2 顯示了此時序，以及 HS 電壓如何上升以對自舉二極管進行反向偏置。
圖 1-1 展示自舉電容器充電路徑的簡化同步降壓圖
圖 1-2 同步降壓時序圖借助雙向直流/直流轉換器，許多應用采用多相同步降壓/升壓轉換器來支持高電流輸出。在較輕負載條件下提高效率的一種常見做法是隨著輸出電流/功率的降低而禁用相位。圖 1-3 展示了一種兩相配置，其中一個相位處于活動狀態，另一個處于非活動狀態。在實踐中，轉換器中可能存在額外的相位。在這種情況下，由有源相位供電的輸出端為 12V，第二相在功率級開關節點上有 12V 輸出。在非活動相位，驅動器 IC HS 引腳為 12V，可在 VDD 為 12V 或更低的情況下防止自舉電容器充電。當非活動相位開始開關時，第一個 LI 輸入會導通低側 FET，從而通過自舉二極管為自舉電容器電流 (IHB) 提供充電路徑。此外，負電感器電流也開始從 12V 輸出流經低側 FET。在向自舉二極管陽極施加 12V 電壓并在 HS 引腳上施加高 dV/dt 的情況下，自舉二極管具有高初始正向電流。在許多應用中，這可能會超過 10A，并且會明顯更高，具體取決于驅動器 IC 自舉二極管動態電阻。如果啟用空閑相位的 PWM 脈沖，使得初始 LO 脈沖很短，則在低側關斷時，自舉二極管中的正向電流會非常高。在轉換器輸出端為 12V 的情況下，當 LO 關斷時，輸出電感器中會出現負電流斜坡。該負電感器電流導致開關節點轉換為高電平并鉗位到 48V 輸入。這會迫使具有高正向電流的自舉二極管關斷，可能在自舉二極管中產生高反向電流。這種反向恢復應力可能會損壞內部自舉二極管。
圖 1-3 多相同步降壓/升壓 HB 電容器和電感器電流路徑
圖 1-4 非活動相位啟動時序圖