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[参考译文] LMG5200:LMG5200在极低开关频率下的可靠性:

Guru**** 2782575 points

Other Parts Discussed in Thread: LMG5200

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/897291/lmg5200-lmg5200-reliability-at-very-low-switching-frequencies

器件型号:LMG5200

您好!

我在我的应用中看到 LMG5200偶尔出现故障:

我将在 具有纯电阻负载的低频 PWM 应用中使用 LMG5200。

我的脉冲宽度可能在200uS 至100mS 之间变化、脉冲宽度在每个周期中变化最多为1%或两个。

电阻负载可以在10到30欧姆之间变化、但在给定的应用配置中是恒定的。

提供的功率完全在规格限制范围内、通过低侧或高侧开关提供的最大电流为6安培、输入电压< 40伏。

我最初将自举电容调整为100uF、以实现最大100mS 脉宽、但通过实验发现10uF 可以充分发挥作用。

我的实际应用正常工作、但有时其中一个 LMG5200驱动器出现故障(Vin、SW 和 PGND 以及 HI 或 LI 引脚永久短路):

我设置了一个测试来隔离故障:HI 引脚上的1KHz 输入、LI 引脚接地、从 SW 到 PGND 的20 Ω 负载。 VIN=30V:

我在 o 示波器上遇到了其中一个故障、显示了在高侧开关导通时、故障发生在 SW 的上升沿:   
测试开始后大约30分钟发生故障。
故障器件显示 VIN、PGND 和 SW 全部短接在一起。


以下是我的问题:

1) 1)内部电路是否可以安全充电的自举电容器的最大值?  或者、它只是通过限流电阻器进行的简单电压充电、对自举电容器没有最大限制?

2) 2)高侧 OV 钳位是否可以安全快速放电的自举电容最大值?  如果自举电容器上的电荷过多、高侧钳位是否可能无法足够快地对其放电并损坏高侧开关?  

3) 3)驱动纯电阻负载是否存在任何可能的问题?  SW 的上升时间较短(与使用电感负载相比)是否可能会通过米勒电容器将低侧栅极拉至高电平、从而导致瞬时击穿和故障?

4) 4) LMG2500最常见的故障模式是什么?  是否有描述所有故障模式以及如何防止它们的应用手册?

5) 5)德州仪器(TI)是否知道有任何客户在极低频率和/或纯阻性负载下成功使用 LMG5200?  

感谢您的帮助!
James

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    您好 James、

    感谢您联系我们。 以下是一些注释:

    1、 大自举电容不会影响钳位、因为它的工作原理是停止电容充电、而不是钳位电压。  

    2.我看不到这个电路有问题。  由于您在此测试中不切换低侧、因此电路实际上将负载电阻与自举充电路径串联。 我不怀疑自举二极管有损坏。

    3. 由于封装内的自举电容器,很难拧紧自举电感环路。 损坏可能是由电源环路造成的。

    4.您能否放大开关节点波形以观察过冲?

    5.在捕获开关节点波形时,是否也可以捕获 HB 引脚波形?

    谢谢!

    此致、

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    谢谢您,您,   

    我将电源环路电容从 VIN 增加到 PGND、并且我之前的帖子中显示的振铃/过冲清理得很好、消失了。 :-)  

    我认为问题已经解决、但不幸的是、今天早上、又出现了另一个 LMG5200驱动器。  我以低功耗运行(30V 输入、40 Ω 负载、10KHz @ 50%占空比)。

    我开始怀疑另一种可能性: LMG5200规格指示器件内部的 PGND 和 AGND 完全隔离、建议在 PCB 上保持隔离、我就是这样做的。 然而、当我测量从真空包装袋中取出的新 LMG5200器件上的 PGND 和 AGND 之间的电阻时、如果未连接欧姆表以外的任何器件、我测量0欧姆、器件内部短路100%。  

    您的问题:LMG5200内部如何隔离 PGND 和 AGND?  隔离是否取决于所施加的电源?  

    非常感谢您的帮助。

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    您好 James、

    从数据表中、您在哪里可以看到 AGND 和 PGND 是隔离的?

    AGND 和 PGND 应以电气方式短接在一起。 AGND 和 PGND 可分离、因此信号不会受到电源开关电流的干扰。

    此致、

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    您好、您好、Yichi、

    感谢您的帮助!

    LMG5200数据表第16页特别说明 PCB 上的 AGND 和 PGND 不短接、这意味着它们在 LMG5200内部进行电气隔离、并且不得在 PCB 上短接它们:  

    但是、我在全新 LMG5200上使用欧姆表在 AGND 和 PGND 之间进行的测量表明、这两个引脚在器件内部短接在一起。 如果在器件内部短接在一起、有什么防止部分电源电流通过 AGND 引脚分流?

    能否确认 AGND 和 PGND 是否在 LMG5200内部电气短路?

    非常感谢您的帮助!

    James

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    您好 James、

    在数据表 PGND 引脚说明中、PGND 和 AGND 电气短路。  

    布局指南中说、对于信号、其接地端应连接到 AGND 而不是 PGND、因为高频开关会产生大量噪声。 对于电源/信号、AGND 和 PGND 应分离。

    请告诉我这是否合理。

    此致、

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    谢谢您、Yichi、

    在 AGND 和 PGND 短接的情况下、什么因素会阻止一些高电流电源电流通过 AGND 进行分流?

    为了说明我的观点、这里是一个低侧开关打开和高侧开关关闭的测试设置。  我在 SW 引脚和40V 电源之间连接一个20 Ω 负载、以产生2安培电流。  4个电流表连接到 VCC、VIN、AGND 和 PGND 后、什么因素决定流经 AGND 和 PGND 的电流值? 如果它们真的是"电气短路"、我们是否应该得到1/2到1/2到另一个?  1安培流经 AGND、1安培流经 PGND?  这会损坏部件吗?  我不知道 AGND 最大电流的规格。

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    尊敬的 James:

    我们不希望 AGND 消耗一半电流。 尽管 PGND 和 AGND 在内部连接在一起、但如果 PGND 和 AGND 在 PCB 上分离而未连接在一起、则电源环路不会通过 AGND、因为它没有闭合路径。 理想情况下、电流应全部流经 PGND、只有控制信号才能通过 AGND。

    请告诉我这是否合理。

    此致、

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    您好、您好、Yichi、

    是的、这是非常合理的、我同意您的意见、所有电源环路电流都应退出 PGND。   但这不是我在实验室中测量的结果:

    我发现了 LMG5200的故障模式是可重现的、现在我知道了一种明显的解决方案(如下所示)

    我向您 Yichi 提出的要求是、为我提供有关 AGND 和 PGND 之间的"电气连接"的更多详细信息、以便我可以确保在最终系统设计和设置中无法实现此故障模式。

    下面是可重现故障模式。  我正在测量通过 AGND 引脚分流的重要电源环路电流。  LMG5200将在此状态下持续30-60分钟、然后再发生故障。  当故障发生时,您实际上可以在这里看到一个*POP*,电源电压下降到低电平并 进入电流限制状态。 从 PCB 上移除 LMG5200后、VIN、SW 和 PGND 引脚在内部全部短接在一起。


     

    请注意、在上面、我的两个电源的浮动负极端子都短接至公共接地。 因此、电源不再浮动。

    解决方案是简单地浮动两个电源、将每个负极端子从公共接地断开:

    通过简单的设置更改、100%的电源环路电流通过 PGND 引脚正确流出、这应该是:


    因此、无论 AGND 和 PGND 之间的"电气连接"是什么、都需要几毫伏的轻微电压偏置才能正确关闭从电源环路到 AGND 的路径。  在没有这种轻微的电压偏置的情况下、路径会打开、电源环路电流会通过 AGND 分流、最终会损坏器件。

    您可以提供有关 AGND 和 PGND 之间任何可能导致电源环路路径打开至 AGND 的内部细节的任何详细信息、正是为了结束此售票并使用 LMG5200投入生产、 确信此故障模式永远不会在客户现场发生。

    非常感谢 Yichi! :-)

    James

     

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    尊敬的 James:

    让我与团队一起回顾一下可提供哪些信息。

    谢谢、

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    非常感谢 Yichi 的帮助!

    您的一位同事 Lixing Fu 找到了这篇文章:
    https://e2e.ti.com/support/tools/sim-hw-system-design/f/234/t/760440?TIDA-00913-Questions-about-Connecting-AGND-to-PGND-of-LMG5200

    他提到 AGND 和 PGND 之间存在"Kelvin"连接。   这是一个小型电流感应电阻器吗?  标称值是多少?

    此内部连接的详细信息对我的应用至关重要、因为我使用一个15m Ω 感应电阻器来测量通过 PGND 连接的电流、并且 PCB 上总共有6个 LMG5200共用相同的 PGND 和 AGND 接地层。  今天、我将以示意图的方式描述我的顾虑、以便您可以直观地了解我所谈论的内容。

    再次感谢、

    James

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    尊敬的 James:

    为了澄清一些问题、如 Yichi 提到的、封装内部的 AGND 和 PGND 短接在一起、就在低侧功率 FET 的源极处。 它们在此处短接、以在电源环路(连接到 PGND)和信号环路(连接到 AGND)之间提供最少的共源电感。 短路是直接连接、不通过电阻器或任何其他方式。 如果以某种方式将 AGND 和 PGND 连接到封装外部、则会出现问题。 如果短路非常靠近封装、则可以有效地增加更多的共源电感并更改低侧开关的导通和保持行为。 此外、将其连接在一起会导致 PCB AGND 相对于驱动器的 AGND 反弹、并导致输入信号(LI 和 HI)反弹(相对于驱动器接地)、 可能会导致驱动器看到不存在的转换、并在您不希望的时候打开 FET、这可能会导致击穿和 FET 损坏。 进一步断开连接可能对共源极电感的影响极小、但仍可能导致驱动器在 LI 和 HI 引脚上看到不必要的转换。

    因此、如果电源和输入电源都连接到接地端、这是我怀疑发生的情况。 我怀疑接地波形会导致驱动器在 LI 和 HI 上看到脉冲、并同时打开这两个引脚。 删除该路径可以解决问题。 我们建议将它们分开、但如果您的应用确实需要连接、则可以通过使用共模扼流圈来解决该问题。  基本上、您需要使用共模扼流圈将输入 AGND 电源与接地隔离。

    此外、为了更加确定您没有 LI 和 HI 脉冲、您可以在 LI 和 HI 输入上放置小型 R-C 滤波器、确保电容器非常靠近 LMG5200、因此电容器接地不会相对于驱动器接地反弹。

    此致、

    Nathan