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[参考译文] LM76005:设计帮助- Vout=5Vx5A - Vin=10~40V

Guru**** 1737970 points
Other Parts Discussed in Thread: SN65HVD1781, TPS2491, CSD19537Q3, TPS62091, LMR16030, LM76005, LM76005QEVM
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/1109850/lm76005-design-help---vout-5vx5a---vin-10-40v

器件型号:LM76005
主题中讨论的其他器件:SN65HVD1781TPS2491CSD19537Q3TPS62091LMR16030、 、

你(们)好
我们正在开发电路板布局、其中已经包含 TI 的以下器件:
1个 SN65HVD1781
2个 TPS2491
2x 晶体管 CSD19537Q3

该板将由标称24V 的工业电源供电。 以前、降压转换器是具有3.3V 输出的 LMR16030、 但我用 LM76005更改了它、因为我们将尝试在其中添加与 Raspberry Pi 计算模块3和4的兼容性、因此我需要使用 LM76005将主电源输出更改为5V、因为它具有更大的输出电流容量、 然后、我将使用 TPS62091将该5V 降低至3V3。 我的电路中需要5V 和3V3。

请注意、我能否收到 TI 工程师对我的原理图和计算结果的分析?

e2e.ti.com/.../SCH_2D00_01.pdf


(1)关于 TPS62091、这是 Webench 设计、我选择的电感器正好是 Webench 设计中建议的电感器。

e2e.ti.com/.../3513.WBDesign24.pdf


(2)这里是我迄今为止对 LM76005 (5V 输出)执行的计算。 OBS:事实是、在实践中、此5V 输出永远不会达到4A 平均电流消耗。

LM76005、5V x 5A 的输出电压、10V 至40V 的输入电压、400kHz


------------------
反馈电阻器
------------------
VIN = 10~40V
Vout = 5V
Iout = 5A
VFB = 1.006V
电阻= 100K/24.9K
VOUT 典型值= 1.006+1.006*(100/24.9)= 5.04V
VOUT 最大值= 1.017+1.017*((100*1.01)/(24.9*0.99))= 5.18V
最小输出电压= 0.987+0.987*((100*0.99)/(24.9*1.01))= 4.87V
------------------
软启动电容器
------------------
引脚 SS/TRK 保持悬空。
保持此引脚悬空以使用6.3ms 内部软启动斜坡
------------------
UVLO/使能
------------------
连接:VIN - RENT - ENABLE - RenB - GND
Renb =(VEN_VOUT_H * RENT)/(VIN_ON_H - VEN_VOUT_H)
VEN_VOUT_H 典型值= 1.204V
VIN_ON_H = 9.2V
租金= 100K 0603 1%
Renb =(1.204 *(100))/(9.2 - 1.204)
Renb = 15.05K
Renb = 15K 0402 1%
VIN-UVLO 上升= VENH *(RENB + RENT)/ RENB
VIN-UVLO 上升= 1.204 *(15 + 100)/ 15.
VIN-UVLO 上升= 9.23V
VIN-UVLO 下降= VENL×(RENB + RENT)/ RENB
VIN-UVLO 下降= 0.99 *(15 + 100)/ 15
VIN-UVLO 下降= 7.6V

------------------
开关频率
------------------
RT 引脚。 如果悬空、则默认开关频率为400kHz。
在布局中放置一个电阻器、但不要将其安装在 RT 引脚上。

------------------
占空比
------------------
DMIN = TON-MIN * FSW
DMIN =(70*10^-9)*(400*10^3)
DMIN = 0.028 (2.8%)
Dmax = 1 -(tOFF - min * Fsw)
Dmax = 1-((100*10^-9)*(400*10^3))
Dmax = 0.96 (96%)
最大输入电压和最小输入电压
最大工作电源电压可通过以下公式得出:
VinMax = Vout/(fsw * ton-min)
VinMax = 5 /((400*10^3)*(70*10^-9)
VinMax = 178V
不带频率折返的最小 VIN 可通过以下公式近似计算:
VinMin = Vout /(Fsw * tOFF - min)
VinMin = 5 /(400*10^3)*(100*10^-9)
VinMin = 125V

------------------
电感器选择公式
------------------
deltaIL =((Vin - Vout)* D)/(L * fsw)
L >=((Vin-Vout)* D)/(0.4 * Fsw * I-load-max)
L<=(Vin-Vout)* D)/(0.2 * Fsw * I-load-max)
电感器饱和电流额定值。
ILpeak = I-load-max +(deltaIL / 2)
D ~= Vout / Vin

------------------
电感器选择计算
------------------
VIN = 40V
Vout = 5V
D ~= 5/40
L >=((Vin-Vout)* D)/(0.4 * Fsw * I-load-max)
L >=(40-5)* 5/40)/(0.4 *(400*10^-3)* 5)
L >= 5.46uH
L<=(40-5)* 5/40)/(0.2 *(400*10^-3)* 5)
L<= 10.93uH
L 范围= 5.46uH 至10.93uH
*在产品标签上、指定的电源电压范围为12V 至38V。
*在大多数情况下、工业电源的电源输入为24V。
*在过去、我们只看到很少的工业电源、旧机器的最大电压为36V。
*所选电感器= IHLP32322DZER6R8M11 (Vishay):
-6.8 μ H +- 20%(6.8 μ H * 0.8 = 5.44 μ H)
-额定电流= 7A、Isat = 6.7A
- DCR =最大33.4m Ω
deltaIL =((Vin - Vout)* D)/(L * fsw)
deltaIL =((40-5)* 0.125)/((6.8*10^-6)*(400*10^3))
deltaIL = 1.6A
ILpeak = I-load-max +(deltaIL / 2)
ILPEAK = 5 +(1.6 / 2)
ILPEAK = 5.8A

------------------
前馈电容器
------------------
Fx = 15.46/(输出电压*输出电压)
FX = 15.46 /(5 * 6 *(47*10^-6))
Fx = 10.964KHz
CFF =( 1/(2*PI*FX))*( 1/( sqrt ( RFBT *(RFBT // RFBB ))))
CFF =( 1/(2*PI*FX))*( 1/sqrt ( RFBT *(RFBT * RFBB/(RFBT + RFBB)))))
CFF =(1 /(2 * pi*10.964*10^3))*(1 / sqrt (100000 *(100000 * 24900 /(100000 + 24900))))
CFF = 3.25 * 10^-10
CFF = 325pF
CFF = 330pF


对于电流为6.8uH 的电感器、我不想使用物理尺寸更大的电感器(面积更大)、因为空间很大、"是一件宝贵的事情"。

TI 工程师的建议和建议?


此致。

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    您好、Jefferson、

    不是 LM76005高侧峰值电流限制级别、6Amin、6.8A 典型值和7.8A 最大值

    这基本上是 SW 节点电流限制生效之前的最大峰值电感器电流。

    最安全的决定是使电感器饱和电流高于7.8A 最大峰值电流。  

    这些 IHLP 电感器具有软饱和特性、因此可以使用这些电感器、  

    如果您更改电感 器、只需确保电感不会在最大峰值电流以下硬饱和。

    对于6.8 μ H、没有问题、实际上、当我们建议在 VIN 典型值为20-40%时、您计算出最大 VIN 纹波为40%。

    如果它适合您、我建议使用6.8uH 值。

    如果您使用的是24VIN 和35%的纹波电流、您 可能能够使用 5.6uH; 除了5.6uH 以外、40VIN 时的峰峰值为~2A pk-pk、因此峰值将为~6A、非常接近最小峰值电流限值、因此如果您在高 VIN 时需要完整的5A 电流、那么我 不会使用5.6uH、尤其是因为电感随直流负载减小。

    输出电容器在 VOUT 直流偏置时可能会降额~20%、您可能会将前馈降至220pF。

    LM76005上的其他一切对我来说都很好。

    请为该 TPS 器件启动单独的线程。

    谢谢、

    -奥兰多

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    大家好,奥兰多,非常感谢!

    (1)我在 DigiKey 网站上对电感器进行了一些研究、我将通过 Panasonic 公司的 ETQ-P4M6R8KVK 来更改电感器、它们具有几乎相同的 RMS 电流额定值、大约为~7A (0.1A 差异)。 之前的电感器(来自 Vishay 的电感器)的饱和电流为6.7A、而该电感器来自 Panasonic、饱和电流为11A。 Panasonic 的电感器面积稍小、高度相同、为4mm。

    IHLP32322DZER6R8M11 (Vishay) DCR = 33.4mR 最大值
    ETQ-P4M6R8KVK (Panasonic) DCR = 25.85mR 最大值
    25.85/33.4 = 0.77

    www.digikey.com/.../6134793

    您对此变化有什么看法吗?


    (2)关于前馈电容器。 好的、我将从220pF 开始。 我将尝试为其使用0603封装、以便在需要时更轻松地手动更改电容器值。


    (3)关于 TPS62091。 好的、我将打开另一个主题。

    此致。

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    您好、Jefferson、

    是的、Panasonic 电感器很好。 DCR 越低、效率越高、饱和电流问题也就越大。

    0603封装没有问题。

    -奥兰多

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    你(们)好,奥兰多

    这是我的更新原理图。

    e2e.ti.com/.../2185.SCH_2D00_02.pdf

    这是布局。

    红色是顶层、板将是8层、顶层下方的内部层是接地平面、还有5V 电源平面、还将有3.3V 电源平面、 但可能3V3和5V 电源轨将共享一个分割平面、我还不知道。 在上一篇文章中、我在输出端和电感器后面有6个10uF 10V 陶瓷电容器、然后您建议使用220pF 前馈电容器(C15)。 现在、我在电感器后面的输出端具有7 x 10uF 10V。 您可以看到、5V 电压轨上有第8个10uF 10V 电容器、但它不会直接放置在电感器/输出之后、第8个电容器是 C49、而是放置在非常靠近3V3降压转换器输入的位置。 考虑到我的新原理图和布局、您是否会为前馈电容器推荐另一个不同的值? 与220pF 不同、是原型的初始值?

    此致。  

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    Jeferson、

    让我回顾一下这一点、并在今天晚些时候返回给您。

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    Jeferson、

    您的布局良好。 我建议您将 DAP 连接到 GND 并连接到最小顶层 GND 多边形覆铜区、这将从 IC 中吸收热量并防止其过热。 请参阅数据表布局示例或 LM76005QEVM 布局图像。 https://www.ti.com/lit/ug/snvu694a/snvu694a.pdf

    我想在您的原始计算中、您有47uF 电容器、我刚刚重新计算了直流降额。 您可以查看电容器数据表以获得更精确的直流降额。

    假设使用等式22在80uF 总电容上降低25%、您将得到~51kHz Fx。 根据公式23、您得到的值大约为~69pF、因此您可能可以使用68或100pF、但效果很好。

    希望这对您有所帮助、

    -奥兰多

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    您还可以将一些 NC 引脚连接到 GND、如布局示例和 EVM 上所示。

    -奥兰多

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    你(们)好,奥兰多

    我得到了这个结果、考虑到由于直流偏置效应、47uF 输出电容器只有47uF 电容器的25%。

    ------------------
    前馈电容器
    ------------------

    47uF * 7 * 0.25 = 82uF

    Fx = 15.46/(输出电压*输出电压)
    FX = 15.46 /(5 *(82*10^-6))
    Fx = 37.7KHz

    CFF =( 1/(2*PI*FX))*( 1/( sqrt ( RFBT *(RFBT // RFBB ))))
    CFF =( 1/(2*PI*FX))*( 1/sqrt ( RFBT *(RFBT * RFBB/(RFBT + RFBB)))))
    CFF =(1 /(2 * pi*37.7*10^3))*(1 / sqrt (100000 *(100000 * 24900 /(100000 + 24900))))
    CFF = 9.45 * 10^-11
    CFF = 94pF
    CFF = 100pF (符合您的建议)

    因此、在第一个原型中、我们将对前馈电容器使用100pF。

    此致。

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    您好奥兰多。

    我在您发送的链接的文档中看到了布局和接地覆铜。 我明白了。

    请查看以下内容:

    (1)引脚27、28、29和30 I 将连接到 GND 并产生接地覆铜以增加散热。

    (2)以紫色查看上面的引脚19和23。 我可以将这些引脚连接到 PVIN 吗? 为了使输入电压的多边形更宽、请查看以下内容、是否不建议这样做?

    此致。

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    你(们)好,奥兰多

    请检查。 我还将引脚7 (NC)连接到 GND。

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    尊敬的 Jeferson:

    我会使引脚19和23保持悬空、我认为这些引脚是 NC、以便在 VIN 处于高压节点时保持间隙和爬电距离。

    自举电压也是如此、它会向上摆动至 SW+VCC (~VIN+VCC (减去一些压降))、因此我也会使引脚7悬空。  GND 引脚7也不能真正用于加热。

    其他的一切对我来说都还可以!

    希望这对您有所帮助、

    -奥兰多

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    刚刚结束。
    这是"最终"的整体布局。
    TPS62091由 Varun John 修订。
    LM76005由 Orlando Murray 修订。
    我喜欢结果。
    非常感谢。
    此致。