皆さん、このUCC21520ハーフブリッジモジュールを使ってBoost回路を組む件について

回路図は上記の通りです。VS端子に5Vを接続し、470uのインダクタを直列に接続しています(低電圧側)。その後、VCC端子に1000uのコンデンサと1kΩの抵抗を並列接続し、PWMAおよびPWMB端子にはマイコンからデッドタイム付きのPWM信号を入力しています(現在はフィードバックなしでデューティ比50%のみ)。現在、VCCの出力電圧は約4.6Vしかありません(おそらくショットキーダイオードの電圧降下だけになっているのではないかと推測しています)。また、PWMAとPWMBに信号がない場合でも、この出力電圧になります。詳しい方、改善できる方向性を教えていただけませんか :sob:

今、上下のトランジスタにはずっと導通信号が出ていないはずなので、直流の上側トランジスタに並列接続されたショットキー・ダイオードだけが残っています。

12Vは接続しましたか?UCC21520は絶縁ゲートドライバで、2つのチャネルの出力はいずれも独立した電源に接続する必要があります。

これはUCC21520の問題に関する別の投稿です:https://bbs.eeclub.top/t/topic/284/2

兄弟、この現象は100%、上側のトランジスタがまったく動作しておらず、電流が上側のトランジスタのボディダイオード(あるいは並列に入れたショットキーダイオード)を通ってフライバックしている状態です。入力5Vからダイオードの順方向電圧を引いた値が、ちょうど測定している4.6V前後になります。

以下の手順で確認することをおすすめします。

  1. 12V補助電源は供給されていますか? 図を見ると、VDDBには独立した12V電源が必要です。この12Vがないと、ドライバICはUVLO(低電圧誤動作防止)状態になり、マイコンがどれだけPWM信号を出してもICは無視します。

  2. DISABLEピンの状態: 回路図にはR10(10k)のプルダウンがありますが、テスターでUCC21520の5番ピンを実際に測り、確実に0Vになっていることを確認してください。浮いているか、ノイズでハイに引っ張られていると、ICは出力しません。

  3. まず下側のトランジスタを確認してください: Boost昇圧は下側のトランジスタ(Q3)が導通してインダクタにエネルギーを蓄えることで成り立っています。下側のトランジスタが通っていなければ、すべて無駄です。まずは上側のトランジスタは気にせず、オシロスコープでQ3のG極を直接測り、矩形波が出ているか確認してください。

オシロスコープの波形すらないので、どうやって診断しろというのか……。よくある落とし穴をいくつか推測してみよう。

まず1つ目は、グランド共通の問題。PWM信号はマイコンから出ているが、マイコンのGNDとドライバICの入力側GND(4番ピンのGND)はつながっているか?オプトカプラや絶縁チップの両側のグランド処理がうまくいっていないと、信号はそもそも入力されない。

2つ目は、ブートストラップ回路の詰み状態。ハーフブリッジドライバでBoost構成を組む場合、ハイサイドのブートストラップコンデンサ(C3とC4)は、ローサイドがオンしてVSをGNDまで引き下げたときに充電される。もしローサイドが何らかの理由(たとえばドライバ側のVDDに電源がない、高速ターンオフ回路の配線が逆など)でオンしなければ、ハイサイドのVDDAは永遠に充電されず、ハイサイドも永遠にオンにならない。

考え方はとてもシンプルだ。主回路の5V入力を切り離し、制御基板とドライバ基板だけに電源を入れて、プローブでICの11番ピン(OUTB)を測る。ここでまず50%デューティの矩形波を確認してから、次の作業に進むべきだ。

いやー、これは典型的なゲートドライバの問題だね!PWMをまったく印加していないのに出力が4.6Vで止まっているなら、回路が単に受動的な配線として動作していて、ローサイドFETがインダクタを充電する役割を果たしていないということだ。

基板でまず確認したいことがいくつかあるよ:

  • UVLO(低電圧ロックアウト):VDDBピンに実際に12Vを供給している?二次側の供給電圧がないか、しきい値を下回っていると、UCC21520はMCUからの信号を完全に無視しちゃうよ。

  • DISABLEピン:ICの5番ピンをマルチメータで直接測定して。R10でプルダウンしているとはいえ、確実に0Vになっているか確認して。

  • ロジックレベル:MCUは3.3Vロジックか5Vロジックのどちらを出力している?ドライバのV_IH(入力Highしきい値)を満たしているか確認して。

オシロスコープを持ってきて、OUTBピン(11番ピン)を確認して。ローサイドゲートにきれいでシャープな矩形波が見えるまでは、ハイサイドや5Vメイン電源のことはまったく気にしなくていいよ!

下のゲートが開きません。今、マイコンを接続していない状態だと、PWM波形が出力されているのが測れるんですが、このPWMAとPWMBに接続するとPWM波が消えてしまって、数百mVのノイズみたいになってしまいます :sob: どの波形を見ればいいですか?

下のゲートが開きません。今はマイコンを接続していない場合、PWM波が出力されているのを測定できますが、このPWMAとPWMBに接続すると、PWM波が消えて、数百mVのノイズになってしまいます :sob:

ベテランの方、以前に独立電源を扱ったことがないのですが、独立電源というのは、グラウンドを別々に2つ接続するということですか?AGNDとGNDの間に抵抗を入れてもよいですか?

測定した出力波形がどんなものか、画像を送ってください!
それから、マイコンから出力されているPWM波形もすべて測定して画像を送ってください!
ハーフブリッジドライバの入力波形と出力波形もすべて測定して画像を送ってください!
あと、実物の写真、どう配線しているかも撮影してください!
画像がないと説明しづらく、分析が難しいです!

まず、2つの概念を整理します。

1. 「独立電源」=「すべてのグラウンドを分ける」という意味ではない
UCC21520 の内部では、入力側(GND)と出力ローサイド側(VSSB)はすでに絶縁されています。外部で必要なのは次のことです。

  • GND → 単チップマイコンの信号グラウンドに接続
  • VSSB → 電力グラウンドである AGND に接続
  • VDDA は絶縁電源が必要です。VSSA は VS(スイッチングノード、0V↔Vout で変動)に接続されるため、通常の非絶縁電源では耐えられません。

2. AGND と GND は抵抗で接続してはいけない
電力グラウンドと信号グラウンドを共存させる場合は、必ず1点で低インピーダンス短絡させる必要があります(通常は入力フィルタコンデンサのマイナス側)。抵抗で接続すると、スイッチング電流のリプル電圧(ΔV = L×dI/dt)が信号グラウンドのノイズになり、PWM の基準グラウンドが不安定に跳ねて、ドライバ波形が歪みます。

現在起きている現象の直接原因:
「単チップマイコンを接続しなければ PWM があるが、接続すると消える」→ 単チップマイコンを接続したことで、PWM 信号線の基準グラウンドが失われています。おそらく、単チップマイコンの開発ボードと UCC21520 ボードの間のグラウンドが接続されていません。太めのジャンパワイヤで両方の GND をつなげば、現象はすぐ消えるはずです。

ジャンパ線でつないでもまだ数百 mV 残る場合は、次を確認してください。

  • 単チップマイコンの PWM 出力はプッシュプル出力ですか?
  • 単チップマイコンの IO は 3.3V ですか、それとも 5V ですか?3.3V で UCC21520(VCCI=5V)を駆動するのはギリギリの電圧レベルなので、できれば 3.3V 供給に統一するか、レベル変換を追加してください。

信号をつなぐとすぐに数百 mV まで引っ張られてしまう場合は、特に次の 3 か所をチェックしてください。非常にはまりやすいポイントです。

  1. C6/C7 のコンデンサを貼り間違えていないか確認してください。 回路図上では 33pF になっていますが、実際の貼付部品が誤って 104(100nF)、さらには 1uF になっていないかをすぐに確認してください。大きな容量のコンデンサになっていると、高周波 PWM が交流として直接グラウンドへショートされてしまいます。

  2. ドライバ IC の入力ピン(INA/INB)が破壊されていないか確認してください。 マイコンへの配線を外し、電源を切ってから、テスターのダイオードモードで IC の 1 番ピンと 2 番ピンから 4 番ピン(GND)までの電圧降下を測定してください。順方向・逆方向ともに 0 点几 V、または短絡状態になっている場合は、IC の入力部が静電気で破壊されています。

  3. 波形を見る正しい方法: オシロスコープのプローブのアースクリップはマイコンの GNDに接続し、プローブの針先は**UCC21520 の 1 番ピン(INA)**に当ててください。まずは IC の入力部分で、きれいな 3.3V/5V の矩形波が見えることを確認してください。入口で波形が出ていなければ、その後は確実にすべて動きません。

MCU単体では正常なPWMが出力されているのに、ドライバ基板に接続すると停止してしまう場合は、次のハードウェアの不具合を確認してください。

  1. C6とC7のコンデンサを確認する: 回路図ではC6/C7に33pFが指定されています。誤って100nF(104)のコンデンサをはんだ付けしていないか、もう一度確認してください。容量の大きいフィルタコンデンサは、高周波のPWM信号に対してGNDへの短絡として動作します。

  2. IC入力ピンの損傷: マルチメータをダイオードモードにし、基板の電源を切った状態で、ピン1(INA)とピン2(INB)をピン4(GND)に対して測定してください。0Vに近い値を示す場合、ドライバ内部のESDダイオードまたはロジックゲートが短絡しています。

  3. 適切なオシロスコーププローブの使い方: プローブのアースクリップをMCU GNDに直接接続し、その後UCC21520の**ピン1(INA)**を測定してください。出力側をトラブルシューティングする前に、矩形波がICピンまで到達しているか確認してください。

すみません、このフォーラムで初めて質問を投稿するので、どのように質問すればよいのかよく分かりません :confounded_face:

P1はこの基板のPCBで、P2は配線図です。右下が補助電源で、30VDCを入力して12Vと、Boostの入力となる5Vを出力します。左下にはBoostのインダクタと、出力側のコンデンサおよび負荷抵抗(1k)があります。左上が基板で、マイコン用の5V電源は補助電源の30Vとは別になっています。マイコンは1組の相補PWM波形(青と紫のデュポン線)を設定し、この基板に接続しています。

上の2枚のうち、1枚目はマイコンのPWM出力を基板に接続していない状態の図です。まずマイコンの5V電源を入れて補助電源を入れない場合、PWMを先に基板に接続してから補助電源を入れると、PWM波形は消えません。表示される下側FETのゲート電圧は、2枚目の図のようになります。

配線を接続してからまずマイコンの5V電源を入れる場合は、PWM波形が出力されず、補助電源を入れてもまったく出力がありません

オシロスコープと具体的な図はどちらも14階に置きました :sob:

このゲート波形、ちょっとおかしいですね。ノイズのようですし、ハーフブリッジドライバICが動作していないようです。

UCC21520 のデータシートで明確に赤文字で示されている電源投入シーケンス違反を引き起こしています。

UCC21520 の入力ピン(INA/INB)には、内部に VCCI へ接続された ESD 保護ダイオードがあります。補助電源が入っていないとき、VCCI=0V となり、この状態でマイコンの PWM が High になると、ESD ダイオードを通じて VCCI へ電流が流れ込みます。信号が継続して印加されたまま(配線が先に接続されたまま)だと、チップ内部の寄生 SCR 構造がトリガされ、ラッチアップ状態に入ります。入力ピンが低インピーダンスでグラウンドへ引き込まれ、マイコンの PWM ポートが対地ショートしたのと同じになるため、当然出力できません。

一方、「先にマイコンを入れてから配線を挿す」と動作するのは、デュポン線を挿した瞬間の接触がチャタリングしており、ラッチアップ条件が継続して成立しないため、チップがロックされないからです。その後で補助電源が立ち上がり、VCCI が正常に確立されれば、すべて問題ありません。

今やるべきことは、電源投入順序を確実に守ることです。補助電源 30V(→5V/12V)を先に安定させてから、マイコンに PWM を出力させてください。

ハードウェア面で最も簡単な安全策は、回路図上の DIS ピン(3 番ピン)をマイコンの GPIO に接続することです。マイコン初期化時にまず DIS を High(ドライバを無効)にして、補助電源が安定してから 100ms 後に DIS を Low にして出力を有効化します。こうすれば、たとえタイミングが間違っていても、チップは無効状態にあるためラッチアップしません。

また、R14/R15 を 1k から 4.7k に変更すると、ラッチアップ時にマイコンへ流れ込む電流をかなり抑えられます。

観測された動作は、推奨される電源シーケンスを順守しなかったことによる CMOS ラッチアップに特徴的なものです。

PWM ラインが VCCI の確立前に接続されると、INA/INB の ESD 保護ダイオードが順方向バイアスされます。電流が MCU の IO ピンから R14/R15 を通って VCCI ピンへ流れ、ローカルのデカップリングコンデンサを充電します。その結果、VCCI の電位は通常 1~2 V 程度となり、通常の動作には不十分ながら、IC プロセスに固有の寄生バイポーラ構造をバイアスするには十分です。これにより再生性のラッチアップ状態が発生し、入力ピンからグラウンドへの低インピーダンス経路が形成されます。MCU の出力段には実質的な短絡状態が見え、観測される電圧は R14/R15 による抵抗分圧レベルまで低下します(したがって、数百 mV の読みになります)。

電源投入後にプラグインするシナリオでは、Dupont コネクタのメカニカルなチャタリングが、ラッチアップが再生する前にバイアス条件を遮断するため、持続的なラッチアップを回避できます。その後で補助電源を有効にすると、VCCI は 0 V から単調に上昇し、デバイスは正しく初期化されます。

必要な是正措置:

  1. 電源シーケンスを強制する: VCCI および VDDB を供給する補助電源は、PWM 信号を印加する前にレギュレーションに達している必要があります。
  2. ハードウェアによる無効化: DISABLE 入力をマイクロコントローラの GPIO に接続します。起動中は High にし、補助電源レールが安定していることを確認してから解除します。
  3. 電流制限: R14 および R15 を 4.7 kΩ に増やし、ラッチアップ電流の大きさを低減します。
  4. ファームウェアによる保護: PWM モジュールを有効にする前に、起動後の遅延を実装します。

はい、おそらく動作していないのだと思います。下の階の二人はおそらくAIでしょうが、かなりもっともなことを言っています。まず補助電源を接続してからマイコンの制御を試してみます。ありがとうございます。

まずマイコンの電源を入れずに、補助電源だけを入れることはできますか :smiling_face_with_tear: DISはすでに信号グラウンドにはんだ付けされています