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[参考译文] LM5148：电路无法处理24V@25A

admin
Guru**** 2409890 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5148, LM5143, LM25148

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1481566/lm5148-circuit-not-able-to-deal-with-24v-25a

器件型号：LM5148
主题中讨论的其他器件： LM5137、 LM5143

工具与软件：

您好！

我采用 Excel 文件中的计算结果以及 LM5148数据表以及评估板中的布局指南、设计了一款用于在25A 时提供24V 电压的直流/直流稳压器。

原理图如下图所示。

我所面临的问题是、虽然所有额定电流都能够处理所需的电压和电流电平、但电路似乎无法处理超过15A 的电流。 附加后、您可以在 BOM.e2e.ti.com/.../24V_5F00_25A_5F00_Power.xlsx 中输入

在测试过程中、在20A 时高侧 MOSFET (Q1)烧断；在另一次测试中、我将其停止在15A、因为一些元件过热(通过使用 IR 摄像头进行检查) 、尤其是 LM5148 (U1)左侧的电阻器和电容器、不确定 AGND 的多边形是否太小。

请有人帮助我解决这个问题、我不知道缺少性能和散热问题有什么问题。 您能否确认  LM5148 在输出端能够提供24V@25A 的电流？

提前感谢。

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    这是具有布局的 PDF。
    e2e.ti.com/.../24V_5F00_25A_5F00_Power.PDF

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    您好、Angel、

    在25A 下运行将需要热缓解、如果不使用额外的冷却方法来缓解温升、损耗可能过高。  您是否尝试过使用冷却风扇运行此原型以缩小故障原因？   

    您能否共享用于设计此设计的计算器电子表格？  谢谢。

    David。

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    感谢您的回答。

    e2e.ti.com/.../LM5148_5F00_LM25148_5F00_24V_5F00_25A.xlsm 您在此有计算器。

    一个风扇不是一个选项,我恐怕.. 我想看看一些具有相同封装的 MOSFET、以替换我已经拥有的 MOSFET。

    这些 MOSFET 能够处理更高水平的电流、您怎么看？

    Infineon_IAUCN10S7N021_DataSheet_v01_10_EN-3445924.pdf

    数据表 ISC046N13NM6

    Infineon_ISC055N15NM6_DataSheet_v02_00_EN-3478170.pdf

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    您好、Angel、

    这与 Id 电流额定值无关、但 MOSFET 中的损耗。  请填写计算器电子表格中的 MOSFET 参数并检查损耗。  每个 FET 的功率耗散不能超过几瓦、否则在高温环境中会过热。   根据经验、在700kHz 开关  频率下产生的损耗将比在200kHz 开关频率下高得多。  但是、请参阅下面的条目、您的内容看起来不正确。

    希望这对您有所帮助。

    David。

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    谢谢你的帮助大卫,我没有考虑这一点。

    MOSFET 可接受的功耗水平是多少？ 我发现一些 MOSFET 能够处理超过100W 的耗散功率。

    我找到了此 MOSFET 数据表 BSC034N10LS5 、它能够处理高达156W 的功率。 我在计算 Excel 中添加这些数据。

    另一方面、我根据您的建议、对较低的开关频率重新进行计算、但使用与要更换的元件占用空间相同的元件、因为我想重新设计电路板、并根据新计算结果对其进行测试。  

    这就是具有这种新计算的 Excel。  e2e.ti.com/.../LM5148_5F00_LM25148_5F00_24V_5F00_25A_5F00_BSC034N10LS5.xlsm

    "你以为你赢了吗? 达到25A 是否可行？

    感谢您的帮助和支持。

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    您好、Angel、

    功率耗散规格在很大程度上是脉冲功率规格。  不过、我们为开关稳压器选择合适的 MOSFET 的方法是获取功率耗散并将其乘以 θ JA  即结点与环境热阻(RJA)。  考虑到这一点、如果我们耗散3W 的功率、其 Rja 假设为25C/W、则此 FET 将比环境温度高3W * 25C/W = 75C。  如果最大环境温度为85°C、则结温将为85°C+75°C = 160°C。  在我看来、这个值太高了、我们需要将温度保持在150C 左右。

    这是您必须处理的限制、而不是设备的 Pd 或 ID 电流。   

    建议您将 FET 并联以共享损耗和散热。

    另请注意、该器件的栅极驱动电压为5V、并需要选择逻辑电平 FET。  您上面列出的 FET 不合适。  您需要大约3V 的米勒平坦区域电压、因此您有足够的电压储备来为栅极和漏极之间的电容充电、从而缩短开关转换时间并减少损耗。  

    希望这对您有所帮助、

    David。

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    非常感谢 David、您的帮助非常有用。 现在、我意识到我没有考虑所有这些特性。

    让我看看它,我想与你检查是否可行。

    再次感谢您的帮助。

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    随时天使

    期待您的答复。

    David

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    我想到的另一个问题是：这个芯片(LM5148)是否是我想要实现的最佳选择？

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    尊敬的 David：

    通过将开关频率降低到250kHz (如果我降低的电感器中的功率损耗要高得多)、并选择另一个具有更好热敏电阻器和低 RDS的 MOSFET (Infineon _IAUCN10S7N021_Datasheet_v01_10_EN-3445924.pdf)、我降低了 MOSFET 中的功率损耗。

    e2e.ti.com/.../LM5148_5F00_LM25148_5F00_24V_5F00_25A_5F00_IAUCN10S7N021.xlsm

    但仍有很多人知道,在25A 时 MOSFET 的功率损耗是10W,所以10W*25.9C/W=259C!! 甚至并联3个 MOSFET 也可以大幅…

    那么、我的疑问是、 使用  LM5148实现24V@25A 是可行的、还是应该从 TI 的产品系列中选择另一个直流/直流转换器？ 我找不到热性能更好的 MOSFET、我不知道如何减少 MOSFET 中的功率损耗。

    你有什么建议吗?

    提前感谢您。

    Ángel μ A

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    您好、Angel、

    我同意你的精算,正如我提到耳边提到的,在没有空气冷却或侵蚀性热管理的情况下达到25A 将是一个真正的难题。  请考虑使用 LM5137或 LM5143、这两款器件是可配置为单路输出双相的双相控制器。  希望这对您有所帮助。

    David。

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    尊敬的 David：

    最后我发现了一些具有低 RDS 和良好热性能的 MOSFET、因此在开关频率为250kHz 并且用6.8 μ H 替换电感器时、我得到了如下计算：e2e.ti.com/.../LM5148_5F00_LM25148_5F00_24V_5F00_25A_5F00_BSC010N04LS6ATMA1.xlsm
    我将为电路提供7节锂聚合物电池、并且我能够达到20A、并且 MOSFET 和电感器具有良好的热性能、但我不能达到超过此值的电流、就像我增加电流消耗(我使用2个300W 电子负载)一样、直流/直流转换器的输出(电压和电流)突然下降。 似乎一切都正常、我不认为是热问题、因为一旦我关闭其中一个负载、输出就会在另一个负载(24V@10A)中进入正常状态。  

    在热行为方面、电路在20A 电流下正常运行超过30分钟、并且没有电流下降。

    我知道对于200KHz、线圈比应有的小一点(我将修改用于测试的电路板)、因此我将开关频率增加到320kHz、但行为基本相同(我想我可以达到更高的输出电流、但并不重要).e2e.ti.com/.../LM5148_5F00_LM25148_5F00_24V_5F00_25A_5F00_BSC010N04LS6ATMA1_5F00_320KHz.xlsm


    此问题是否由线圈不足以提供25A 电流引起？ 我现在使用的线圈的额定电流最大为26A、额定电流饱和为36A。 外部补偿是否会改善电路的行为？

    提前感谢您的帮助。

    此致。

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    此外、在测试期间、我保留了开关频率为200kHz 的3.3uH 电感器、而电路只能提供高达13A 电流、因此当负载需要更多电流时、输出为13A、不会超过此值、但没有任何下降。 因此、如果问题是线圈不够大、我预计会出现类似的行为、而不是降低输出。  

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    您好、Angel、

    在上述测试中、您使用的电感值是多少？  开关频率是多少？  您的 Rsense 值是多少？

    请分享您当前正在测试的散播资料、并提供最新的 sprewadsheet、其中插入了这些值。

    谢谢。

    David。

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    Hello Angle,

    我无法放大此图、出于某些原因、您可以上传原理图并详细说明您正在测试的内容、但您在上面的描述中仍然不清楚...

    谢谢。

    David。

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    哦、抱歉。

    这是基于 LM5148的原始电路：

    由于原始电路无法处理功率负载、因此按照您的建议、我将开关频率降低到250kHz。 为此、我将 RT 电阻器(R3)、电感器替换为6.8uH (XAL1510-682 |模压电感器| Coilcraft)、并将 MOSFET 替换为具有较低 RDS 的另一器件型号(数据表 BSC010N04LS6)。 输出中也添加了42 μ F。

    通过这些修改、由一个7S-LiPo 电池供电并且具有2个300W 电子负载的电路可在输出中达到24V 至20A。 热行为非常好、电路正常工作、直到测试完成(30分钟)。 问题在于、如果负载需要大于20-21A 的电流、输出会下降、而电路停止提供24V 电压和电流、但一旦我关闭其中一个负载、输出就会恢复正常(仍处于开启状态的负载需要24V (10A 时的电压)。

    该情形的计算位于以下 Excel 文件中： e2e.ti.com/.../LM5148_5F00_LM25148_5F00_24V_5F00_25A_5F00_250KHz.xlsm

    此后、我修改了 RT (R3)以采用320KHz (保留相同的 MOSFET 和6.8uH 电感器)、并检查电路是否能够提供超过250kHz 的电流、但结果相同或至少相同、但没有太大差异。 该设置的计算位于以下 Excel 文件中： e2e.ti.com/.../LM5148_5F00_LM25148_5F00_24V_5F00_25A_5F00_320KHz.xlsm

    然后、我认为问题可能是由于电感器由于太小而无法提供更多电流、因此我使用了另一块板、进行了相同的修改(MOSFET、RT (250kHz)和输出电容器(+42uF))、但保留了原始线圈(3.3uH)。 此测试的结果是、电路只能提供24V 电压(13-14A)、但如果负载需要更大的电流、电路会保持其最大电流(13-14A)、但在其他设置下发生时不会下降。

    您是否知道导致电路电流超过20-21A 的原因？ 外部补偿是否会改善电路的行为？ 我似乎某种"饱和"当需求超过20-21A 时,也许有一些东西在波特图中,我漏了..

    感谢您的帮助、我现在不知道问题是否清楚、否则、请告知我。  

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    感谢 Angel、

    感谢您在一个响应中超越这些步骤、这对我非常有帮助。  我不认为去另一个板与更低的 Lbuck 是可取的,它必须坚持的球公园建议的电子表格。  我认为您可能达到电流限制。  尝试将 Rsense 从2MR 降低到1.5mR、如果现在可以从电源中获得更多电流、则会报告回来。

    谢谢。  David。

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    TI__Guru**** 2409890 points
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    尊敬的 David：

    减小 Rsense 可解决该问题(我并行放置了2个2MR 以进行测试)、现在达到了24V/25A 的目标。

    在针对 MOSFET、电感器和开关频率进行了所有测试和计算后、我专注于这些主题、但没有考虑 Rsense (我认为2MR 足够了裕度、因为根据计算结果2.3mR 是最大值)。

    非常感谢您在整个过程中提供的帮助、非常感谢。

    此致。

    Ángel μ A