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UCC28070 驱动互相干扰求助

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xiaolinjob
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  • 2020-4-20 15:24:14
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项目名称:用UCC28070做单相有桥6KW PFC     各器件参数及PCB详见附件
问题点: UCC28070 的两路交错驱动,从该芯片出来时就有互相干扰,会引起不必要的噪音,且还会引起各自对侧MOS管的电压应力(负载越大越附加的多)。(见波形)
说明点:1.辅助供电电源,受电于PFC输出,给UCC28070 供电的+15V与其受电互相隔离。供电地与驱动地、UCC28070小板地在其接口附近共地。
            2.在驱动芯片前后调节电阻大小几乎无用。
            3.割断电流互感器近端的共用GND线,改为互相自大板CE7取GND无用。
            4.sch中的互感器改为EE19(1:100)自绕互感器也没作用。
----------------------------------------------------------------------------------------------
楼主更正(2020.5.5):驱动波形互相干扰的问题,经去扰测试分析已经排除,现存问题为MOS开关波形在工频"m"波的峰值过后有约1.2mS的中断(详见33楼),此问题还是本方案的一个常见问题,如何解决?




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MOS_D-S尖峰干扰展开.jpg

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17楼有刷新,这个圈是PCB最基本操作,行业共识,只有三个元件,焊盘靠焊盘布局(尽量不要靠敷铜连接):
xiaolinjob
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  • 2020-4-20 15:55:17
 
补充说明一下,UCC28070小板的的Pin3,4已割开GND(PFC主板亦然)。Pin3,4与Pin9,10均从相应的驱动芯片后取驱动信号,再从这里飞线至相应的Csen电路。
xie_guos
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  • 2020-4-20 16:03:04
 
感觉像是测量问题引起的假信号

xiaolinjob
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  • 2020-4-20 16:47:28
 
有什么办法改善吗?
其实我在调机割Csen的共GND铜皮时,还有意只在CT1外围器件C9处割断,然后又割断CT1与CT2之间的GND,分别飞线到C7的GND。且两个Csen信号是傍着原来的GND走线到小板接口。
nc965
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  • 2020-4-20 17:54:02
 
只要运行没问题,那就没问题,不必理会。
xiaolinjob
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  • 2020-4-20 18:15:46
 
确实不影响输出。但是这个驱动互相串扰确实是大了些,不光是MOS电压应力增加了不少(现在才带载不到1KW,再加载电压应力还要增加),且而因为后级的需要,此处PFC电压至少需要460V以上,MOS管的损耗比同功率升400V的也要大出不少。所以,既然难以消除去,还是想能够再降一些。
nc965
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  • 2020-4-20 18:18:10
 
你不觉得那毛刺是假的?当然如果是真的是不允许的,靠PCB布局可消除
xiaolinjob
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  • 2020-4-20 20:09:05
 
这个毛刺是真实存在的。而且从UCC28070的驱动脚出来就有了。
因要考虑用以前的旧物料,还有机箱内后级DC-DC所占用的空间,这个PFC部分元器件的布局无法进行大的改动。
走线方面,其实CT2的Csen走线与另一路的MOS-D铺铜的距离已经超过3.2mm了,因为有44mm长是平行的,所以还是割断了再飞线进小板接口,仍然无改善
nc965
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  • 2020-4-20 20:39:35
 
这个毛刺是不是真实存在的?看看UCC28070的驱动脚和地这两点(双踪)信号就知道了。
如果不懂怎么看这两点双踪,可参阅此贴22楼起:关于UC3844的一个问题

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xiaolinjob
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  • 2020-4-21 10:27:35
 
谢过指点!
测试干扰的问题,确实有,但只针对于信号幅值小的,对于大幅值的信号,比如电压应力,带接地夹测试与不带差异很小。
下图为测试波形(说明一下,与先前贴出的波形图一样,测试时无关探头均已从示波器取下,探头的倒向、距PCB高度均跟先前一致)。1通道(黄色)测MOS驱动波形用的是X10探头,2通道(蓝色)测MOS电压应力用的是X100探头。
现存问题为MOS电压应力互相干扰如何处理?

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MOS_S双踪(2).jpg

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xie_guos
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  • 2020-4-21 10:40:37
 
有没有高压差分探头对比一下

xiaolinjob
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  • 2020-4-21 10:57:16
 
差分探头? 测试带来的干扰恐怕是最大的吧。如果不是因为通常示波器的地是相通的,被测信号存在电位差而不得不用它,谁愿用?反正我是最讨厌这它了。
nc965
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  • 2020-4-21 10:47:59
 
两点不明白
1、带接地夹和不带接地夹是什么操作?
2、双踪怎么不是同屏两个波形?


xiaolinjob
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  • 2020-4-21 11:04:06
 
第一点,不带接地夹测试就像测纹波噪声的方法一样,这样测试是最接近准确的波形。
第二点,我楼上的相关波形是用勾子和接地夹在同一点测试的。 其实其中两个波形的测试位置是一样的,只是用的探头和显示的幅值不同而已,很显然,对于应力测试,带不带接地夹测试影响不大。
nc965
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  • 2020-4-21 11:13:46
 
我看你不带接地夹的波形,显然不存在驱动相互影响的问题。
xiaolinjob
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  • 2020-4-21 11:17:04
 
是这样的,我已经排除了驱动干扰的问题(是因为探头接地夹带来的),想改贴名,改不了,不过已经顶楼备注了。现在问题是MOS的应力受到了干扰。
关于PCB,是我Layout的。我早先就最不满意的是电感出线到升压二极管的那段走的太长,但因为后面的电容占得太大、想共用以前的散热器、风道不能太差,还有机箱内留给PFC部分的空间有限等因素,没有好办法改了。
nc965
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  • 2020-4-21 11:18:29
 
板子太差,改板是唯一出路
先做好这个圈,只有3个元件:



xiaolinjob
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  • 2020-4-21 11:36:25
 
如果进升压二极管的走线不方便改短,有何办法消除减由此而互相引起对侧MOS的电压应力? 这个尖刺展开后最大幅值约有80V,周期约33nS(频率约30MHz),断铜皮带磁珠走线?


nc965
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  • 2020-4-21 11:52:08
 
17楼有刷新,这个圈是PCB最基本操作,行业共识,只有三个元件,焊盘靠焊盘布局(尽量不要靠敷铜连接):


xiaolinjob
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  • 2020-5-5 09:39:09
 
PCB改了,牺牲了一些风道散热性能。现在,互相干扰明显减小。看来,还是要把功率器件布局排在第一位,尤其是大功率电源,通风散热需要另想办法。[先前在Layout时把散热的权重看重了些]
nc965
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  • 2020-5-5 19:00:18
 
晒一下你的新板
xiaolinjob
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  • 2020-5-5 19:43:20
 
PCB局部

QQ图片20200505194123.png (63.2 KB, 下载次数: 1)

QQ图片20200505194123.png
nc965
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  • 2020-5-5 20:57:00
 
还是没对,那几个CBB电容对于缩小回路面积有重要作用,要充分利用
xiaolinjob
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  • 2020-4-21 16:43:14
 
因为MOS的电压应力随着带载增加还会明显上升,看来也只能改PCB了。
题外话说一句,版主上面的原理图,适合于其它AVM的PFC,但是对于UCC28070,因为它有电流合成,实际上只需像PKM的PFC一样就可以了。
nc965
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  • 2020-4-21 20:05:40
 
没什么不同,Ipk信号是一样的。意在尽量减少环路元件数量以缩小环路包围面积,即使要增加进去,也不要为它增加路径。
xiaolinjob
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  • 2020-4-22 19:38:41
 
用UCC28070这个芯片,版主照你17楼所示原理图做过? 用这个图Layout也比较容易,好走线。 如果没谁用过,我不敢用呀。
你17楼那个图片确是典型的平均电流模式取样。然而UCC28070虽然也是平均电流模式,但是其给出的应用图是采用峰值电流模式取样,只不过它自带电流合成,可以把取样电流搞平均电流模式。
nc965
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  • 2020-4-22 22:31:12
 
嗯,这个采样很关键,还是按数据手册来吧


最小化布局示意:

xiaolinjob
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  • 2020-5-7 16:26:25
 
版主你好!请教一个问题,还是用UCC28070做的465V输出5.5KW这个机型,频率设为62.5KHz,在带载3.5KW以上,MOS开关波形在工频"m"波峰值过后约有1.2mS的中断。  现在PFC电感是184060  500uH(61Ts) 【附:用芯片资料的计算的感量太小,完全不能作为参考!我用自编的公式计算感量为431uH,实际上再往上取,曾试着降低输出至414V左右,出现波形中断的功率还更小。】;     电流互感器是EE19  1:155 (复位为4148+1kR) 【注:先前用1:100也是同样的情况】
附件为输入电流波形和UCC28070外围参数。


MOS开关中断.jpg (229.71 KB, 下载次数: 1)

MOS开关中断.jpg

UCC28070小板SCH.png (110.47 KB, 下载次数: 1)

UCC28070小板SCH.png
xie_guos
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  • 2020-5-8 09:52:18
 
不像限流保护,是否VSENSE触发过压了,采样的C8加大试试

xiaolinjob
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  • 2020-5-8 10:25:39
  • 倒数10
 
C8试着加到过472*2,没效果。我这PFC的滤波电容是470uF*4.
nc965
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  • 2020-5-8 10:25:25
 
1、PFC电感184060  500uH(61Ts) ,那只是测试时电流为零的电感量,实际上电后你这个电感峰值电流可能超过43A,感量趋于零,饱和了,不能用。
xiaolinjob
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  • 2020-5-8 10:29:46
  • 倒数9
 
版主,铁硅铝不致于太容易饱和吧? 包括铁硅铝在内的很多合金磁粉芯都是软饱和特性,使其饱和的条件会很严苛。
请支招
nc965
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  • 2020-5-8 10:36:52
  • 倒数8
 
2、这个功率要用47mm单环有点勉强,改用184026(即美磁77440)勉强可以用,最好频率提高到75KHz。帮你核算了一下:


我这个计算表格下载,你自己可以核算:
磁环电感精确计算电子表格
xiaolinjob
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  • 2020-5-8 10:58:49
  • 倒数7
 
谢谢!
因为 截面/磁路长 相对较大,所以选用184xxx磁环的比较多(我现用的是科达)。这个环还能再加绕线,还是打算用这个,打算要增加匝数到75匝(760uH)。再看看改善程度,不行就再提高点频率。 (注:现在升压二极管用的是APT60DQ120BG(品牌Microsemi),温度明显比MOS高,有用过的性价比好的管子推荐吗?)
nc965
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  • 2020-5-8 11:23:34
  • 倒数5
 
大部分磁芯厂都是靠美磁标准,计算应该是一样的,窗口也应该是相同的,目前61匝应该是碰巧刚好,线已经用到最粗,一般超过50%窗口占用就已经很难绕了,目前8A/mm2的载流密度和11.5W的直流铜损已经很大了,你再增加匝数,铜损就会急剧增加,确信这是你需要的?
不超过600V电压应力你选用1200V的二极管,当然发热厉害了,换成600V的温度立马就OK了
xiaolinjob
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  • 2020-5-8 19:46:24
  • 倒数2
 
刚才试过用NPF184040(铂科的铁硅磁环)D1.6绕80Ts(测感量为550uH)试过,还是在同样的带载下出同样的问题,没有改善。关于磁环的发热,先前测试过带载到4.5KW(当时未留意到MOS开关中断现象),磁环的温升较低;关于升压二极管的发热,用这个耐压高的,主要是其反向恢复速度比同品牌同系列的600V(此管在另外机型上用过出现过炸管)的快,所以用它。  版主有更好的磁环(首选184xxx)和二极管请推荐
nc965
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最新回复
  • 2020-5-9 13:21:18
  • 倒数1
 
1、双踪测试判断干扰是不是真的
2、总体布局按27楼示意修改
3、功率2.75KW,频率65KHz,按纹波2/3考虑,峰值电流26.7A,Boost电感需要L=130uH:
     NPS184026需要67匝,空载感量265uH>2L。需提高频率到69KHz、匝数减少到64(空载242uH、满载122uH)才能适应
     NPH184026需要56匝,空载感量185uH
     NPF184060C需要53匝,空载感量379uH>2L。需提高频率到87KHz、匝数减少到38(空载195uH、满载97.5uH)才能适应
     NPH184060需要47匝,空载感量298uH>2L,需提高频率到77KHz、匝数减少到40(空载216uH、满载110uH)才能适应。建议按此参数实施,之前你绕过80匝,正好双线并绕40匝,铜损达成最佳:    
           

4、二极管APT60DQ60BG,比APT60DQ120BG好用很多,还可以考虑不用绝缘垫以利散热。

           

5、电路还有问题,可能导致PWM丢失,等前面的事一件一件搞定以后再议
xiaolinjob
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  • 2020-5-8 11:33:20
  • 倒数4
 
在动手之前,提交一个用同样方案同大小铁硅磁环做7KW(400V输出,且其工作频率只有50kHz)项目成功的贴子:http://bbs.liuxuesk.com/thread-298647-1-2.html。虽然我要做的输出电压高,但是功率也小呀。我用自编公式算他的感量为319.3uH(见附图),他实取340uH;而我这个机型的计算感量是431.1uH(见附图),实取500uH,却在带载仅3.5KW即出现MOS开关波形中断。恐怕单就磁环未选合适难以解释。
(注:只看感量,磁通密度及匝数请无视)

7KW 400V 50KHz.png (27.82 KB, 下载次数: 0)

7KW 400V 50KHz.png

5.5KW 465V 62.5KHz.png (27.57 KB, 下载次数: 1)

5.5KW 465V 62.5KHz.png
nc965
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  • 2020-5-8 11:39:42
  • 倒数3
 
我看你还没明白,还是晕的
铁硅铝磁环,电感量是随电流增加而急剧减少的,这是它最基本的特性。你计算出来319uH,做出来也是319uH,放到电路里就不是了。
他个贴就是瞎扯淡,你也信?
nc965
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  • 2020-5-8 11:05:58
  • 倒数6
 
差模电感估计你也搞错了,也要用26u的环,77256最多38匝。建议30匝,以减少5W铜损。

tmcent
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LV8
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  • 2020-4-21 13:03:31
 
最好能屏蔽一下
xiaolinjob
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屏蔽哪个器件?电感?
deep_thought
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两路MOSFET是共用散热片吧?如果是,有可能是通过散热片耦合的噪声。
xiaolinjob
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  • 2020-4-22 19:29:34
 
4个MOS+2个升压二极管都是共用的同一块块散热器,只是管子背面垫的不是矽胶片,而是陶瓷片,厚度1.0mm
deep_thought
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LV8
副总工程师
  • 2020-4-23 08:22:21
 
首先,要排除是否示波器探头的噪声耦合。让探头与它的线远离主回路。探头穿过一个几圈的共模电感。或者把要观察的点焊2条双绞线出来,探头在板外观察波形。
散热片应该有接参考地吧?
现在的问题应该是有一个很小的寄生耦合电容分布在两组MOSFET的漏极电路之间。可能是散热片或者你提到的陶瓷片之间,或者PCB铜箔之间。
有一个方法可以验证到,就是在两组MOSFET的漏极间有意连接一个100PF 1KV的电容,看是否漏极的对应点的尖峰电压显著变高。
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