[参考译文] LMG2100R044：自举电路尺寸

对此主题的任何更新？

此致、

Cl é ment

您好 、Cl é ment、

对此处延迟的回复表示歉意。
感谢您的详细分析并指出这一点。

LMG2100R044 数据表中显示的 HB 偏置电流值是正确的且有意为之。 最大值代表真正的最坏情况、涵盖了工艺变化、极端温度和内部电路容差。

在正常运行时、该器件的运行电流通常非常接近典型 HB 电流值。 因此、典型值和最大值之间的差值应该会很大、而不是数据表误差。

与 LMG3100R044 相比、LMG2100R044 集成了与半桥电平转换和保护功能相关的额外内部电路、从而产生更高的最坏情况 HB 偏置电流。 这就是为什么即使典型行为仍然相当、最大值仍然明显高于 LMG3100 的原因。

关于 250kHz 时的占空比问题：完全基于最大 HB 电流的计算得到一个非常保守的结果、可以建议明显的占空比限制（例如~69%）。

实际上、这种情况不太可能发生、因为：
在正常条件下、该器件的运行电流非常接近典型的 HB 电流。
HB 电容器在低侧导通时间内充电、即使在高占空比下也是如此。

因此、器件能够以比仅在最坏情况下的计算结果所表明的更高的占空比运行。  

此致、

Adithya

Adithya、

计算中考虑了 toff 期间的重新加载 、如果您认为更高的占空比将开始变得非常薄。

但也许我们的计算有误差。 我们考虑了以下参数：

参数	符号	最坏情况值	注释
输入电源轨	VCC (min) ​	4.85V	5V - 3%
上游开关	Rds (on) ​	3.0Ω	最大电阻
自举电阻	Rboot ​	14.05Ω	12.08Ω(DC)+ 1.85Ω（动态）+容差
自举二极管	Vf (max) ​	0.70V	最大正向电压
自举电容器	Cboot (min) ​	90nF	100nF - 10%
栅极电荷	Qg ​	9.3nC	每周期消耗
静态电流	Iqbs ​	4.5mA	高侧漏电流
十分之一	Fsw ​	250kHz	Tperiod​= 4.0μs
UVLO 限制	VUVLO ​	3.70V	故障阈值

例如、在占空比为 80%时、即 toff 为 800ns：

• 吨期间消耗的总电荷
  Q (total)= Qg x (Iqbs x ton)= 9.3nC + 4.5mA x 3.2µs = 23.7nC
• TON 期间的压降
  Vdrop = Qg / Cboot (min)= 23.7nC / 90nF = 0.263V
• TAU 自举
  Tau = Rboot x Cboot (min)= 14.05Ω x 90nF = 1.265µs
• 谷值电压
  Vf Vvalley = Vccs (min)(max) toff - Vdrop /(1 - e^(-Vdrop / Tau)]= 4.85V - 0.7V -[ 0.263V - e^(- 800ns / 1.265µs)]= 4.85V - 0.7V - 0.560V = 3.59V

稳态电压（谷值电压）低于 UVLO 限值、因此 80%不起作用 (80%已经非常“差“）。

在 70%时、谷值电压为 4.85V - 0.7V - 0.396V = 3.754V、该值略高于 UVLO 限值。

我的问题是、“在实践中“和“运行得更接近典型的 Hb“并不是我们在最坏情况分析研究框架中可以考虑的事情、我们不得不坚持数据表中的数字、以证明我们的设计在所有条件下都能正常工作。

Cl é ment

...你好 Adithya ,

[引述 userid=“644905" url="“ url="~“~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1604111/lmg2100r044-bootstrap-circuit-dimensioning/6187791

在此处后退一步、了解为什么选择的 Cboot 和 Rboot 值为 100nF 和 12.08 Ω。 能否请您解释一下选择这些值的理由。

[/报价]

我们根据 slua887a 应用手册选择了电容器。

12.08 欧姆是两个  6.04 欧姆电阻器 rbst 和 Rvcc、即压摆率控制电阻器。

它们是在电路板上进行测试后选择的。 我们可能会将它们减少一点、但不会太多、因为我们希望限制生成的 EM 干扰。

Q (total)= Qg x (Iqbs x ton)

 

我的消息中有一个错误、那就是 Q (total)= Qg +(Iqbs x ton)。

[引述 userid=“644905" url="“ url="~“~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1604111/lmg2100r044-bootstrap-circuit-dimensioning/6187791

为提供这种充电、自举电容器的压降为 Vdrop = Qg / Cboot (min)

[/报价]

它宁愿 Q（合计）不是吗？ 您还必须从我的角度考虑 HB 电流、这也是  slua887a 角度。

[引述 userid=“644905" url="“ url="~“~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1604111/lmg2100r044-bootstrap-circuit-dimensioning/6187791

这是我对谷值电压的理解、如果我认为谷值电压不正确、请纠正我的错误

谷值电压表示下一次充电事件之前自举电容器上的最小电压。 在高侧导通期间、自举电容器上移除了一定量的电荷、这会导致压降与移除的电荷和自举电容成正比。 在低侧导通期间、电容器按照一阶 RC 行为通过自举电阻重新充电至 VCC−Vf。

[/报价]

不可以、对我来说、谷值电压是系统的平衡点、即系统能够重新加载 toff 期间所有丢失的电荷的电压。

如果我错了、请纠正我。 更改占空比时、如果 toff 太小导致自举电容器无法重新加载、则自举电压将在每个周期缓慢下降一定量、直到达到平衡、它能够恢复 TON 期间 Q 充电引起的压降。 这对我来说是谷值电压。

[引述 userid=“644905" url="“ url="~“~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1604111/lmg2100r044-bootstrap-circuit-dimensioning/6187791

在 RC 系统中、充电间隔期间恢复的电压值由该系数给出
(1−e^（−tOFF/CBOOT）)、其中 τ= RBOOT×τ。
因此、未恢复的压降部分是互补项 e^（−tOFF/RF τ）。

因此、必须通过仅从峰值电压中减去压降的未恢复部分来计算谷值电压：

VVALLEY =(VCC−Vf)−[(Qdis / CBOOT)×e^（−tOFF /(RBOOT×CBOOT))]

在建议的公式中、将压降除以 (1−e^（−tOFF/TOFF τ）)。 此运行会增加有效压降。

以进行健全性检查
•如果 tOFF 较长、确保提供适当的充电时间、则 e−(^ tOFF/OFF τ) 接近零、该公式可以正确预测接近 VCC−Vf 的谷值电压。
•如果 tOFF 非常短、e^（−tOFF/OFF τ） 接近）接近 1、该公式可以正确预测几乎仍然存在完全压降。

[/报价]

如上所述、它是一些周期后的平衡电压、而不是周期结束时的有效电压。

如果 toff 很短（指数项接近 1）、我的公式可计算出平衡电压、该电压将高于压降。

我的所有计算都是为了证明、考虑到巨大的 HB 电流 (4.5mA)、100%占空比是不可实现的、考虑到我们的压摆率控制电阻器（EMI 需要这一电阻器）、在 250kHz 时占空比非常低 (70%)。

我的计算中是否遗漏了一些内容？

此致、

Cl é ment

您好 、Cl é ment、

我得出的谷值电压在达到平衡的周期结束时有效、请查看它并对此进行评论。

此致、

Adithya

您好 Adithya、

我们对计算进行调整、只是我讨论的电压是平衡时的最低电压。

也许 Vvalley 一词不准确、但我们所说的是与最小电压相同的是 Vvalley 电压公式减去 Vdrop。

最终将得出我的公式、给出达到平衡时的最低电压：

VVALLEY =(VCC−Vf)−[ Vdrop ×e^（−tOFF / Tau）]

如果我们回到我的初始问题。

您说：

[引述 userid=“644905" url="“ url="~“~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1604111/lmg2100r044-bootstrap-circuit-dimensioning/6185109

关于 250kHz 时的占空比问题：完全基于最大 HB 电流的计算得到一个非常保守的结果、可以建议明显的占空比限制（例如~69%）。

实际上、这种情况不太可能发生、因为：
在正常条件下、该器件的运行电流非常接近典型的 HB 电流。
HB 电容器在低侧导通时间内充电、即使在高占空比下也是如此。

[/报价]

因此、从计算中可以看出、考虑到压摆率电阻器、您确实会看到、为了使该电压保持在器件的 UVLO 阈值以上、我们在占空比下不能远高于 70%、尽管您说了什么。

在这种情况下、您会建议什么？

Cl é ment

嗨、 Cl é ment

根据到目前为止的讨论、该设计中可用的实际解决方案是自举充电时间常数。 由于充电行为直接由 RBOOT×CBOOT 产品设置、因此降低有效自举电阻将减小时间常数、并使自举电容器能够在可用的 tOFF 间隔期间更快地充电。 这直接提高了较高占空比下的自举电压裕度。

在您的实现中、造成 RBOOT 的主要因素是压摆率控制电阻器 (rbst 和 Rvcc)。 虽然这些电阻对于 EMI 控制很重要、但它们也会减慢自举充电路径。 降低其值（在可接受的 EMI 限值范围内）可缩短时间常数、并增加在关断期间可以补充的电荷量、从而提高谷值电压。

鉴于高开关频率和高占空比的限制、这代表了在不改变整体拓扑的情况下增加裕度的最有效方法。 如前所述、这可能需要平衡 EMI 性能和自举裕度、但在电气方面、这是理想的调整方法。

因此、我们建议评估压摆率控制电阻值的适度降低、并在工作台上验证产生的 EMI 和自举电压行为。

此致、
Adithya

尊敬的 Adithya：

在我们收敛理想 最坏情况尺寸的假设后、我将研究电阻器的减小情况、您能否提出建议并确认我们在下面的假设。

执行情况回顾

回顾一下我们的实现、我们有以下设计：

5V 电源-> MOSEFT 开关 (BSS83P)-> 3 x LMG2100R044、每个 10µF + 100nF 去耦和 Rvcc/rbst

电流

为了估算我们配置中的 Ihbo 电流、我们利用 LI = 0V / HI = 5V +(Qg x Fsw) 时的 IHB 来考虑动态高侧开关消耗。

为了估算我们配置中的 ICCO 电流、我们在 LI = 5V / HI = 0V + Ihbo +(Qg x FSW) 时考虑了低侧开关消耗和自举电路。

根据这些假设、考虑到数据表 Ihbo 配置 (500kHz/50%)、我们会达到高于规定的 15mA 的最坏情况值、但我相信这是因为不同影响因素的最坏情况并不同时更差、但考虑到我们不处于同一配置、我们必须使用更差的计算。

Rvcc 输入端的电压

为了估算每个 Rvcc 输入上的最坏情况电压、我们进行了以下假设：

• 5V 电源的电压精度
• 考虑到 BSS83P 在最坏情况下的 RDSon 下的压降、考虑到 BSS83P 在最坏情况下的 ICCO 电流的 3 倍->是否需要考虑该值、因为它是平均电压、而不是峰值电压？

Vcc 输入上的电压

为了估算 Vcc 输入上的最坏情况电压、我们进行了以下假设：

• Rvcc 输入端的电压
• 最坏情况下 Rvcc 压降考虑最坏情况 ICCO ->考虑该值是平均电压而不是峰值电压是否相关？

RBST 输入上的电压

为了估算 rbst 输入上的最坏情况电压、我们进行了以下假设：

• Vcc 输入上的电压
• 二极管的压降->在这里、我们想知道我们应该取 100µA 处的压降还是 100mA 处的压降、还是考虑平均电流的对数估算？

每个周期消耗的 Qtotal

为了估算自举电容器在每个周期消耗的最坏情况 Q、我们进行了以下假设：

Qtotal = Qg + Qrr + IHB_hs x ton + IHB/FSW

一方

• iHB_hs LI = 0V/HI = 5V 时的电流
• IHB LI = 0V / HI = 0V 时的电流

周期性压降

为了估算最坏情况下的循环压降、我们进行了以下假设：

Vdrop = Qtotal / Cbst 最小值

自举时间常数

为了估算最坏情况 tau、我们进行了以下假设：

Tau =(rbst max + Rd max + Rvcc max) x Cbst min

其中：

• 二极管体电阻器的 Rd
• Cbst min 而不是 max、因为 Cbst min 被考虑为 Vdrop max

最小电压平衡

我们目前正在讨论到目前为止交换的公式：

v = rbst 输入上的 V -[V DROP 最大值/(1- e^｛-bst/Tau toff)]

为了进行评估、我们将 V 与数据表中的 Vhbf 进行了比较。

但我开始想知道,如果我们没有犯错的假设考虑所有这些电压下降...

此致、

Cl é ment

您好、 Cl é ment

感谢您提供了非常详细的细分 — 很明显，本分析中有很多想法，而且大部分推理都是正确的。 让我逐点说明假设在哪些情况下对 LMG2100R044 的最坏情况尺寸有效。

[quote userid=“365761" url="“ url="~“~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1604111/lmg2100r044-bootstrap-circuit-dimensioning/6197014

Rvcc 输入端的电压

为了估算每个 Rvcc 输入上的最坏情况电压、我们进行了以下假设：

• 5V 电源的电压精度
• 考虑到 BSS83P 在最坏情况下的 RDSon 下的压降、考虑到 BSS83P 在最坏情况下的 ICCO 电流的 3 倍->是否需要考虑该值、因为它是平均电压、而不是峰值电压？

[/报价]

VCC 引脚局部去耦 、因此高 di/dt 开关电流由电容器在本地提供。 上游 MOSFET 只会看到平均补充电流、而不是瞬时开关电流。 因此、此处取平均电流是合适的。

[quote userid=“365761" url="“ url="~“~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1604111/lmg2100r044-bootstrap-circuit-dimensioning/6197014

Vcc 输入上的电压

为了估算 Vcc 输入上的最坏情况电压、我们进行了以下假设：

• Rvcc 输入端的电压
• 最坏情况下 Rvcc 压降考虑最坏情况 ICCO ->考虑该值是平均电压而不是峰值电压是否相关？

[/报价]

这里也适用同样的原理。
应使用平均 ICCO（而不是峰值电流）计算 Rvcc 两端的压降。 局部去耦可确保 Rvcc 不会出现与开关或栅极电荷相关的快速瞬态电流。

[quote userid=“365761" url="“ url="~“~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1604111/lmg2100r044-bootstrap-circuit-dimensioning/6197014

RBST 输入上的电压

为了估算 rbst 输入上的最坏情况电压、我们进行了以下假设：

• Vcc 输入上的电压
• 二极管的压降->在这里、我们想知道我们应该取 100µA 处的压降还是 100mA 处的压降、还是考虑平均电流的对数估算？

[/报价]

自举二极管电流在 Toff 期间发生脉冲和衰减、因此在最坏的情况下、在中等电流电平下使用保守正向电压是合适的。 因此、在低电流 (100uA) 下使用 Vf 将是乐观的。

[quote userid=“365761" url="“ url="~“~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1604111/lmg2100r044-bootstrap-circuit-dimensioning/6197014

最小电压平衡

我们目前正在讨论到目前为止交换的公式：

v = rbst 输入上的 V -[V DROP 最大值/(1- e^｛-bst/Tau toff)]

[/报价]

我仍然很明显没有理解这一表示平衡下最小电压的公式、但与您对平衡下最小电压的定义和公式与已定义的所有其他参数保持一致、因此实现更高占空比的有效方法是减小 rbst 和 rvcc 电阻。

因此、我们继续评估 rbst/Rvcc 的降低情况、同时仍满足 EMI 要求并使用这些更新值重新评估平衡电压裕度。

谢谢您、
Adithya

Adithya、

是的... 很多想法  但我们是为航空航天工业设计的,所以我们必须。

[引用 userid=“644905" url="“ url="~“~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1604111/lmg2100r044-bootstrap-circuit-dimensioning/6199792 ]我仍然清楚地不了解这个表示平衡时最小电压的公式、但与您的平衡时最小电压的定义和公式与已定义的所有其他参数保持一致、因此实现更高占空比的有效方法是减小 rbst 和 rvcc 电阻器。[/报价]

正如我在上一条消息中所说的、在您的公式中、您计算了充电阶段后的平衡电压。

我是在吨的末尾,显然是较低的。

还有一个问题、我们担心的是什么会触发 HB UVLO、您是否有电压降至阈值以下与 UVLO 触发之间的延迟数据？ 因为我们可能需要考虑平均电压、而不是 ton 末端的最小值。

此致、

Cl é ment

您好 、Cl é ment、

我知道这里有一个严格的流程、

我已经问过我们的设计团队、需要知道当超过 UVLO 阈值时、UVLO 触发发生在 1us 后。

此致、

Adithya   

您好 Adithya、

您能否更具体地说明具体的行为？

• 这是 1µs 确认时间吗？
• 是针对每个 1µs 进行采样吗？
• 如果在 1µs 期间电压回到阈值以上、会发生什么情况？

另外、1µs 是最短时间还是最长时间？

此致、

Cl é ment

您好 、Cl é ment、

让我们将讨论转移到电子邮件中、从而关闭该主题。

请通过 a-ankam@ti.com 与我联系

我们可以在这里继续讨论。

此致、

Adithya Ankam