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[参考译文] LM5122:有噪声的栅极信号和放大器;振铃–LM5122 升压模式下的重叠死区时间 (36V、15A)

Guru**** 2378640 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5122, CSD18533KCS, CSD19505KCS
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/1536416/lm5122-noisy-gate-signal-ringing-overlapping-dead-time-in-lm5122-boost-36v-15a

主题中讨论的其他器件:LM5122CSD18533KCSCSD19505KCS

大家好:

我正在处理一个 36V、15A 升压转换器 使用了 TI LM5122 控制器 和 运行环境 栅极驱动振铃 (M3 和 M4) 和重叠问题 在下 高负载条件、会导致发热和损耗、 希望 这里有人以前见过这种情况、并能提供见解。

规格:

  • 控制器:LM5122ZPWPT

  • VIN:22–30V、典型值 27V

  • VOUT:36V /15A

  • MOSFET: CSD18533KCS

  • 直接从 LM5122 驱动器(无需外部驱动器)

  • fsw:~250Khz
  • Webench 设计:        e2e.ti.com/.../5758.WBDesign59.pdf

问题总结:

在较高的负载 (10A+) 下、我可以观察到 严重栅极振铃;  死区时间重叠和 MOSFET 发热 、其中两个 MOSFET 都短暂导通、从而导致 MOSFET (M4) 故障 。 轻负载时不会出现这种行为。 连接原理图  

原始 Sch:e2e.ti.com/.../lm5122-Boost36V15A_2D00_1.rar

修改完成: e2e.ti.com/.../Modifications-lm5122-Boost36V15A_2D00_1.rar

到目前为止、我已经尝试过:

  • 完全删除了 MOSFET (M3)  并替换为 A 快速肖特基二极管 (STPS30M60ST)  — 消除了死区时间问题和 M4 故障 但以功率损耗为代价、

    以及  适用于 M4 的 VDS 缓冲器 (10R 470pF) 电路、仍然是  M4 持续栅极振铃

  • 添加了 栅极电阻器 (10Ω<xmt-block1>–60Ω</xmt-block> 范围)—–60Ω—几乎没有改善。

  • 已尝试 栅极二极管 (加快导通速度)—甚至更多的栅极振铃

  • 已观察到 米勒平坦区域大幅下降 在更高的负载下、是否可以自导通?

  • 为 GATE 添加了缓冲器 (10R 470pF) 以及 GATE 下拉电阻器、没有太大改进。

观察结果:

  • 开关期间出现振荡 特别是在 VGS 上。

  • 测得~5–15MHz 振铃。

  • MOSFET 升温 快速大约 75°C ,在 10A 几分钟, MOSFET 安装在一个大的散热器箱与气流 27°C ,凸片约 45°C

  • 功率损耗计算说 40-50 摄氏度、一致认为不良的上升和下降时间是问题、如何使之更好?

示波器捕获:  

  1. 没有任何修改的最初设置: e2e.ti.com/.../INITIAL-VGS-M4-1A.rar
  2. 死区时间: M3 和 M4 的 VGS : e2e.ti.com/.../DEAD-TIME.rar
  3. 电流级 : 添加栅极电阻器、二极管和缓冲器修改、1A 和 10A 负载下 M4 的 VGS: e2e.ti.com/.../VGS-M4-1A.rare2e.ti.com/.../VGS-M4-10A.rar

问题:

  1. 任何成熟的技术 阻尼栅极振铃 而不会过多地减慢开关速度?

  2. 操作方法 安全调优死区时间 温度检测来避免跨导?

  3. 更好的缓冲器  有助于跨栅极或漏源极?

  4. 任何使用过的人 外部栅极驱动器 进行比较以实现更强的控制?

  5. 更好的栅极电阻值? 才能进行适当的计算?
  6. 更好的 MOSFET? CSD19505KCS 怎么样?

如果有人研究基于 LM5122 的高电流转换器、希望获得原理图/布局反馈。

另外、如果需要任何其他详细信息、请告诉我、我打算进行另一个布局。  

提前感谢!
Arvind

  • 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。

    尊敬的 Arvind:

    感谢您使用 e2e 论坛并发送此详细报告。

    根据您附加的波形、很难看到有多少跨导。
    您以 GND 为基准来测量高侧栅极、其中显示开关节点电压加上栅极驱动电压。 要清楚地看到 HO 栅极信号、您需要以差分方式测量 HO Vgs、或者另外测量开关节点电压并从 HO 信号中减去它。

    1.为了减少栅极振铃、通常会降低栅极电阻而不是增大栅极电阻。 您能否给出 R36/R37 的原始栅极电阻?
    2. 无法从外部更改 LM5122 的死区时间、但与 LM5123 等其他控制器相比、这一个已经具有相当大的死区时间。
    3.如果您希望实现快速关断、但导通速度较慢、可以尝试在 GATE 和 LO 引脚之间实现一个与栅极电阻并联的二极管。
    4.可以将外部栅极驱动器与 LM5122 结合使用、但在更改布局以使用外部驱动器之前、我建议先查看当前布局、看看是否单独使用 LM5122 驱动器可以实现改进。
    5.如果您看到开关节点电压上出现振铃,通常会增加栅极电阻,因为驱动器过快。 但是、如果栅极驱动器信号本身上出现振铃、较高的栅极电阻甚至会产生负面影响。 遗憾的是、我不知道如何使用计算方法来找到合适的栅极电阻。
    6、不幸的是,我不是 MOSFET 零件的专家。 目前、电感器的 RMS 电流可高达 25A、这对单个电感器来说会产生很大的应力。 如果使用两个并联的 MOSFET、则能够共享电流、这有助于热管理。

    您能分享一下设计的布局吗?
    您还能分享开关节点的波形、以及 LO 和 HO 信号、以更清楚地看到跨导吗?

    谢谢、此致、
    Niklas