ZHCADQ3 January 2024 UCC27201A
1 启动运行
为保持电源转换器按预期正常运行，设计人员必须了解半桥驱动器的启动序列，尤其是在对浮动的高侧驱动器使用自举偏置时。某些设计人员可能并不了解半桥驱动器 IC 的时序，除非遇到转换器运行方面的问题。为了使驱动器输出响应 LI（低侧）和 HI（高侧）输入，VDD 电压电平必须高于 VDD UVLO（欠压锁定）上升阈值。在满足 VDD UVLO 阈值后，输出响应驱动器输入之前存在 UVLO 延迟时间。HB（高侧）偏置也有 UVLO，因此 HB 偏置必须远高于 HB UVLO 上升阈值，HO 输出才能响应 HI 输入。HB UVLO 电路在 HO（高侧驱动器输出）响应 HI 输入之前，也存在延迟时间。
为了更好地理解双向直流/直流转换器中的驱动器启动问题，我们可以参考标准直流/直流同步降压中的驱动器启动序列（输出端从 0V 开始）。
驱动器的首选启动序列是在 LI 和 HI 的 PWM 信号开始之前，让 VDD 上升并远高于 UVLO 阈值。由于 VDD 上存在 UVLO 延迟，因此我们建议从 VDD 上升到 PWM 信号启动的延迟为 10us 或更长。在输出从 0V 开始的典型同步降压中，有一条从 VDD 经过自举二极管再到 HB 的路径，用于为 HB 电容器充电。当 HS 接近地电平时，该电容器充电，这是启动时的情况，因为 VOUT 为 0V，输出电感器提供从 HS 到地的路径，请参阅图 1-1。由于这条到达输出端的路径从 0V 开始，HB 至 HS 电容器在 VDD 上升的同时充电。对于大多数典型半桥驱动器，一旦 VDD 高于 UVLO 阈值且 HB-HS 高于 UVLO 阈值 5-10us，LO 和 HO 输出就会对 LI 和 HI 输入做出响应。关于 HB 浮动偏置自举电路，假设 VDD 上升时间 dV/dt 低，那么驱动器自举二极管中的正向电流通常具有低正向电流，这种情况在大多数系统中都很常见。通常，在驱动器和功率级中开始开关之前，自举电容器会充满电。图 1-2 显示了此时序，以及 HS 电压如何上升以对自举二极管进行反向偏置。
图 1-1 展示自举电容器充电路径的简化同步降压图
图 1-2 同步降压时序图借助双向直流/直流转换器，许多应用采用多相同步降压/升压转换器来支持高电流输出。在较轻负载条件下提高效率的一种常见做法是随着输出电流/功率的降低而禁用相位。图 1-3 展示了一种两相配置，其中一个相位处于活动状态，另一个处于非活动状态。在实践中，转换器中可能存在额外的相位。在这种情况下，由有源相位供电的输出端为 12V，第二相在功率级开关节点上有 12V 输出。在非活动相位，驱动器 IC HS 引脚为 12V，可在 VDD 为 12V 或更低的情况下防止自举电容器充电。当非活动相位开始开关时，第一个 LI 输入会导通低侧 FET，从而通过自举二极管为自举电容器电流 (IHB) 提供充电路径。此外，负电感器电流也开始从 12V 输出流经低侧 FET。在向自举二极管阳极施加 12V 电压并在 HS 引脚上施加高 dV/dt 的情况下，自举二极管具有高初始正向电流。在许多应用中，这可能会超过 10A，并且会明显更高，具体取决于驱动器 IC 自举二极管动态电阻。如果启用空闲相位的 PWM 脉冲，使得初始 LO 脉冲很短，则在低侧关断时，自举二极管中的正向电流会非常高。在转换器输出端为 12V 的情况下，当 LO 关断时，输出电感器中会出现负电流斜坡。该负电感器电流导致开关节点转换为高电平并钳位到 48V 输入。这会迫使具有高正向电流的自举二极管关断，可能在自举二极管中产生高反向电流。这种反向恢复应力可能会损坏内部自举二极管。
图 1-3 多相同步降压/升压 HB 电容器和电感器电流路径
图 1-4 非活动相位启动时序图