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[参考译文] LMG1210EVM-012：关于 EVM 加热

admin
Guru**** 2457760 points
Other Parts Discussed in Thread: LMG3100R044, LMG1210, LMG2100R044

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/1518746/lmg1210evm-012-regarding-the-heating-of-the-evm

器件型号：LMG1210EVM-012
Thread 中讨论的其他器件：LMG1210、 LMG1210EVM、LMG3100R044 和 LMG2100R044

工具/软件：

您好的团队、

关于 LMG1210、我有两个问题：

  1. 以下测量方法和步骤中是否存在任何错误？
  2. 根据“测量结果“、它会在 8.32W 时升温至约 70°C。 这是正确的吗？

测量环境/方法：

  • EVM 输出级的连接：电子负载 (TEXIO：LW151-151D_LW)
  • 电源电压：输入直流电源最大电压约为 16V、输入辅助电源为 12V
  • 输出电压/电流：输入电压 16V |输入电流 0.520A、输出电压 5.9V |输出电流 0.710A

测量结果：  根据示波器波形：

  • CH1：TP5 HO
  • CH2：TP12 HS
  • CH3：TP10 Vout SENSE+

与 Raspberry Pi 中包含的散热器类似的小型散热器连接到加热 FET 的顶部。 (8.32W 时约为 70°C)

此致、

Kyohei

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    TI__Guru**** 2457760 points
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    尊敬的 Kyohei：

    由于美国节假日、回复将延迟。

    我们的专业专家将尽快与您联系。

    此致、

    Hiroki

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    您好 Kyohei、

    您能否同时捕获 HO、LO 和 HS 的输出？ 您是在独立输入模式下还是在单个 PWM 信号下工作？ 死区时间可能太小。

    FET 或 LMG1210 驱动器的温度是否为 70°C？ 在这些工作条件下、驱动器应低于 50°C。

    谢谢您、

    Walter

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    您好 Walter、

    感谢您的支持。

    >您能否将 HO、LO 和 HS 的输出一起捕获? 您是在独立输入模式下还是在单个 PWM 信号下工作？ 死区时间可能太小。

    随附的图中有一个错误。 测量波形的正确通道设置如下：

    • CH1：TP5 HO
    • CH2：TP11 LO←
    • CH3：TP10 Vout SENSE+

    根据客户的说法、由于零件已拆除、目前很难重新测量。 如果不能同时测量 HS、是否难以做出准确的判断？

    FET 或 LMG1210 驱动器的温度是否大于 70°C？ 在这些工作条件下、驱动器应低于 50°C。

    此外、70°C 热量来自 FET。 未观察到驱动器中产生异常热量。

    此致、

    Kyohei

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    TI__Guru**** 2457760 points
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    你好 Kyohei。

    感谢您更正波形。输出看起来正常。 我认为只要 HO 和 LO 之间有足够的死区时间且 GaNFET 温度不超过绝对最大值、就不应该存在问题。

    谢谢您、

    Walter

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    TI__Guru**** 2457760 points
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    您好 Walter、

    感谢您的答复。

    关于 GaNFET 的发热问题、请允许我再次确认。

    上述测量是使用 LMG1210EVM 获得的、输入为 8.32W（电压 16V、电流 0.52A）、输出为 4.19W（电压 5.9V、电流 0.71A）。

    安装在 LMG1210EVM 上的 GaNFET 的数据表如下。

    EPC2001C_datasheet.pdf

    查看下图中的效率、在低负载（低于 1A）和高频的当前使用条件下、FET 以大约 4W 的功耗发热至大约 70℃ 是否正常？

    客户正在考虑使用最大输入约为 50W 的全桥驱动器。 是否有适合此应用的 TI 产品？

    此致、

    Kyohei

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    TI__Guru**** 2457760 points
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    您好 Kyohei、

    客户是否保证高侧和低侧都导通和重叠时没有击穿？ 这可能会导致过多的功率耗散。 目前、转换器效率非常低。

    谢谢、

    Walter

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    TI__Guru**** 2457760 points
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    您好 Walter、

    感谢您的答复。

    仅测量的波形无法明确确认高侧和低侧在没有击穿的情况下都处于导通状态。

    我要检查死区时间。

    谢谢、

    Kyohei

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    TI__Guru**** 2457760 points
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    您好 Walter、

    下图显示了客户确认的死区时间。

    死区时间似乎已经足够、但在输入电压为 12V 且输入电流为 0.378A 的条件下、输出电压为 5.72V、输出电流为 0.280A、因此效率为 35.3%。 AMP 温度为 70.3°C、FET 温度为 83.6°C、热生成状态未变化。 我有几个问题：

    1. 我认为将 10MHz 与该 EVM 板一起使用时、效率会非常低。 大约会有多大的百分比？
    2. 通过将输出部分的 L2 (4.7uF) 更改为空芯电感器或另一个具有低交流磁芯损耗的电感器、是否可以提高效率/发热？
    3. 使用 10MHz 时、是否有任何其他方法可以提高效率？

    此外、当增加输出时、我们观察到一种 CH1：HO 的波形失真的现象。 波形似乎同时导通、但调整死区时间没有改善。 下图显示了 5MHz 运行期间施加的直流电压增加到 6V 时的波形。

    问题 4 该波形是否正常？ 此外、产生该波形的原因可能是什么？

    此外、以下数据显示了施加 10MHz DC 12V 电压时产生的热量。

    5.高侧与低侧之间的发热似乎存在差异。 造成这种差异的原因可能是什么？

    很抱歉有很多问题、但请仔细查看。

    此致、

    Kyohei

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    您好 Kyohei、

    感谢您提供其他示波器捕获和热图像。

    Q1：在较高的开关频率下、效率会更低。 总功率损耗是驱动器中的功率损耗、FET 导通时的功率损耗和 FET 开关时的功率损耗的组合。 在更高的开关频率下、驱动器损耗和开关损耗会降低效率。 我没有效率估算值、但在高频和低负载条件下效率会最差、如图所示  

    本应用手册还讨论了转换器效率 ( https://www.ti.com/lit/an/slvaed3a/slvaed3a.pdf)

    问题 2：使用更大的电感器有助于提高效率。

    Q3：增加负载可以提高高开关频率下的效率。  https://www.ti.com/lit/an/sluaaa5/sluaaa5.pdf

    Q4:我相信 HO 的波形是正常的。 当 HO 关闭时、HS 上仍会有一些浮动电压、直到 LO 打开。 但 FET 仍应正常开关。

    Q5：由于高侧切换电压比低侧更高、或者更多电流通过高侧、高侧可能会产生更多热量。

    谢谢您、

    Walter

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    TI__Guru**** 2457760 points
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    您好 Walter、

    感谢您的答复。

    我还有一个问题。 在 100kHz 的频率下工作时、输出段的行为似乎处于短路状态。

    随着施加的直流电压的增加、它会在大约 2V 时跳至稳定电源 (1.545A) 的过流限制值。

    调整死区时间不会改善运行。 您能想到导致这种情况的任何可能原因、还是这种正常行为？

    此外、客户正在考虑使用 GaN 驱动器在超声波清洁器中驱动超声波传感器。

    这是他们第一次来 10MHz 驾驶、因为这类器件适用于高频应用、所以正在考虑使用 GaN 驱动器。

    我们已经介绍了 LMG2100R044 和 LMG3100R044、但在发热方面这两款器件是否比 LMG1210 更合适？

    此外、是否有其他推荐的器件？

    此致、

    Kyohei

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    您好 Kyohei、

    这听起来不像正常行为。 在此短路情况下、输出端的负载是多少？

    该 EVM 还设置为降压电源转换器。 电路板上的电感器和电容器负载将是与超声波传感器不同且更大的负载、因此在使用 LMG1210 驱动超声波传感器时、客户可以实现更好的运行效果。 他们还可以尝试移除电感器并直接测量 HS。

    此致、

    Walter

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    您好 Walter、

    输出连接到 20Ω 处低电阻模式下的电子负载。

    了解需要更换电感器和电容器来驱动超声波传感器是否正确？

    应该将其更改为什么值？

    我会建议客户拆下电感器并直接测量 HS、但这样做可以确定什么？

    此致、

    Kyohei

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    您好 Kyohei、

    电感器和电容器负载用于针对直流电压输出的降压转换器型设置。 超声波传感器需要可从 HS 开关节点获取的交流电压输入。 HS 是连接到负载的半桥的放大输出。

    驱动超声波传感器的负载将是完全不同类型的负载、并且具有与频率相关的电阻和电容。 我建议客户尝试连接传感器、因为传感器将连接到最终电路中。

    谢谢、

    Walter

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    TI__Guru**** 2457760 points
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    您好 Walter、

    感谢您的答复。

    --------------------------------------------------------------------------------

    我还有一个问题。 在 100kHz 的频率下工作时、输出段的行为似乎处于短路状态。

    随着施加的直流电压的增加、它会在大约 2V 时跳至稳定电源 (1.545A) 的过流限制值。

    调整死区时间不会改善运行。 您能想到导致这种情况的任何可能原因、还是这种正常行为？

    --------------------------------------------------------------------------------

    上述行为不正常。 可能的原因是什么？ 在 20Ω 低电阻模式下、输出连接到电子负载。

    此外、我要在移除电感器后就 HS 测量与客户确认。

    此致、

    Kyohei

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    您好 Kyohei、

    如果移除电感器、则问题是否在 100kHz 时发生？ 如果在空载条件下消耗过多电流、可能会损坏电路板或错误切换。 在空载的情况下测量 HS 有助于显示 FET 是否正常开关。

    谢谢您、

    Walter

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    您好 Walter、

    感谢您的确认。

    我们已经与客户移除电感器后检查了波形。

    我还有两个问题：

    1.用户指南在未施加直流电压的情况下显示图 11 中的数据,但实际操作时是否有任何数据?

    2.为了在 10MHz 上实现高效运行,是否有必要同时将直流电压升高到有效电流值,而不是逐渐升高?

    此致、

    Kyohei

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    您好 Kyohei、

    图 10 显示了 1MHz 处于 80V 直流电压时的 LO、HO 和 HS 输出。

    2、最终运行效率不应受启动速度的影响。

    此致、

    Walter

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    您好 Walter、

    感谢您的答复。

    我理解图 10。 假设没有施加在 10MHz 上的直流电压数据是正确的吗？

    此致、

    Kyohei

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    您好 Kyohei、

    以下是将 15V 电压施加到 Vbus 时 EVM 在 10MHz 处的示波器捕获。 CH1 为 LO。

    谢谢、

    Walter

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    您好 Walter、

    感谢您确认 10MHz 的操作。

    在我的客户评估期间、GaNFET 变得非常热。 您能告诉我 GaNFET 的温度上升了多高吗？

    如果您有数据、请与我分享。

    此致、

    Kyohei

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    您好 Kyohei、

    在 10MHz、16V Vbus 和 12V 辅助电源下运行 EVM 5 分钟后、GaNFET 温度升高至 76C。 该 EVM 上未连接负载。

    谢谢、

    Walter

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    您好 Walter、

    请在移除电感器的情况下确认客户进行的测量。 测量条件如下：

    • 函数发生器：RIGOL DG822
    • 电子负载：TEXIO LW151-151D
      • 恒阻模式下的电子负载 20Ω
    • 随着直流电压的增加而稳定电源的范围为：
      • 电压：0-24V
      • 电流：1.545A
    • 函数发生器的 PWM 波形输出为：
      • 峰峰值：5V
      • RMS 值：约 3.2-3.5V
    • 直流偏置：8V 输入
    • 测量是在移除输出元件 (L2/C18/C19/C21) 的情况下进行的

    下面我们总结了测量结果和问题。

    如果您能查看并提供您的回答、我们将不胜感激。

    e2e.ti.com/.../LMG1210_5F00_measurement.xlsx

    此致

    Kyohei

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    尊敬的 Kyohei：

    沃尔特目前已离职、本周他将返回。 请预计响应会延迟。

    谢谢、
    Rubas

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    您好 Kyohei、

    Q1-Q4 看起来直流电源或负载存在问题。 电源输出似乎存在不稳定、这会增加噪声并 改变输出电压。 电源或负载可能无法在 不同频率下提供电流消耗。 您是否有 Vbus 输入的直流电源示波器屏幕截图？ LO 正常开关、因此 Vbus 或 HS 的噪声或不稳定可能会导致 HO 和输出异常

    谢谢、

    Walter

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    您好 Walter、

    感谢您的支持。

    我们已要求客户在不使用电感器的情况下提供 Vbus 波形、因此请稍候。

    此外、我还有一个关于在移除电感器之前进行测量的问题。

    对于超声波清洗器的操作方法、我们正在考虑控制输出部分、使输出在 0W 至 50W 之间变化。

    在这种情况下、在低输出（低电流）下、根据评估板用户指南的图 6（电流效率图）和 GaN FET 等、它不可避免地会产生热量。

    如果我们要在低输出时控制它、强制空气冷却是唯一的冷却选择吗？ 还是有办法即使在低输出下也能高效运行？

    此致、

    Kyohei

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    尊敬的 Kyohei：

    低负载时的效率较低是由于电路中的损耗固定不变。 在较高功率下、固定功率损耗与输出功率之比会降低、效率会提高。 开关损耗与导通损耗之比也发生了变化。 高频下的开关损耗更多。

    https://www.ti.com/lit/an/sluaaa5/sluaaa5.pdf

    最终电路板还可以设计为在驱动器和 FET 上安装均热片或散热器以提高冷却能力。

    我仍然建议客户尝试测试与最终应用类似的负载。

    谢谢、

    Walter

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    您好 Walter、

    感谢您的支持。

    链接的文档似乎与 MOSFET 有关、但假设 GaN FET 会表现出几乎相同的影响和影响是否正确？

    https://www.ti.com/lit/an/sluaaa5/sluaaa5.pdf

    此外、在之前的测量结果中、存在关于直流电源或负载的问题。 客户已更换了稳压电源和电子负载、并再次进行了测量。 您能否查看更新后的测量结果？

    e2e.ti.com/.../5822.LMG1210_5F00_measurement.xlsx

    因此、更换稳压电源和电子负载后几乎没有观察到变化、并且波形异常仍然存在。 是否有任何其他可能的原因可以解释此问题？

    此致、

    Kyohei

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    您好 Kyohei、

    我在查看新的测量结果时遇到问题。 Excel 显示无效值。 您能否再次检查该文件？

    GaNFET 与 MOSFET 受到相同的开关和导通损耗效应、但损耗通常更低。 GaNFET 通常具有比 MOSFET 更低的 Rdson、与 MOSFET 相比、其导通损耗更低。 GaNFET 还可以更快地开关以降低开关损耗。

    www.ti.com/.../sluaal9.pdf

    谢谢您、

    Walter

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    您好 Walter、

    感谢您的支持。

    我已使用最新的测量结果更新了文件、因此请进行检查。

    e2e.ti.com/.../5584.LMG1210_5F00_measurement.xlsx

    在固定损耗方面、尽管开关损耗与导通损耗之比不同、但 GaNFET 和 MOSFET 具有相似的特性是否正确？

    此致、

    Kyohei

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    您好 Kyohei、

    感谢您的新测量。 似乎改变电源会对输出波形产生影响。 直流母线电源应输出恒定电压、不应对电路的其余部分产生太大影响。 这意味着客户可能遇到 EVM 设置错误或连接不良。 客户能否检查示波器探头连接和外部电线连接是否有松动或断裂的电线？

    开关损耗与导通损耗之比取决于 FET (Qg 和 Rdson) 的规格以及开关频率、负载电流和漏极电压 Vds。

    谢谢、

    Walter