驱动器UCC27201上电时刻HO引脚误脉冲的分析及解决

　   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UCC27201，置于副边侧的驱动器 UCC27324 和隔离器等器件。

　　

　　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 BUCK，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，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。

　　

　　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。

　　

　　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。

　　

　　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。

　　

　　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。

　　如果 HB 与 HS 间电压上升速率变缓，或者 HB 与 HS 间电压先得以预建立，Qc 的驱动信号（图 6 中的蓝色线和红色线）的高电平脉冲将会变宽，这就能保证 Qc 导通，误脉冲就会被消除。

　　下文就围绕 HB 与 HS 间电压的上升斜率和预建立这两个方向来讨论，以解决 HO 的误脉冲问题。

　　

　　3、解决措施之增大 Cboot 电容

　　在相同充电速率条件下，增大 Cboot 电容可以将 HB 与 HS 之间的电压上升斜率变缓，以得到足够宽的高电平信号并使 Qc 导通。

　　3.1 Cboot 充电过程分析

如图 7 所示，UCC27201 内部有二极管（D1）连接 Pin1 （VDD）和 Pin2（HB）。在 Pin1 的外部连接有供电网络（电压为 12V），电容 Cd（1uF）和串联电阻 Ri（10ohm）；在 Pin2 则