[参考译文] LM5122-Q1：TI 升压转换器选择

您好、Kyle、

感谢您提出问题并考虑使用 LM5122 和 LM5121。

根据所提供的规格、我认为这些是适用于应用的正确部件。 我建议使用两相设计、功率级别非常高(520W)。 通过两相设计、可以提高开关频率、这将有助于减小电感器和输出电容器的尺寸。 随着功率耗散的扩散、两相设计还有助于进行热管理。

要运行 WEBENCH、我建议只将功率要求运行在1/2、因为这是一个两相设计。 这将有助于找到正确的动力传动系部件。 PMP7979 是有关如何在多相设计中连接 LM5122的良好参考。

如果您有任何疑问、请告诉我。

谢谢、

Garrett

您好、Garrett、

感谢您回来。 很高兴我在采用多相配置的 LM5122上走上了正确的轨道。

该控制器是否能够驱动 GaN FET？
如果是、我是否应该考虑在本设计中使用它们、以便使用该控制器实现更高的开关频率？ Webench 不提供此功能。

我发现KEMET 的低厚度电感器似乎满足了 Webench 迄今为止提出的要求、其规格表介绍了如何将其与 GaN FET 一起使用、从而有可能以更高的频率驱动它。 这可能会大大减少我所需的电容器数量、因为 Webench 的频率不会高于337kHz。

我注意到、TI 销售的 LMG5200是一款采用 GaN FET 的集成半桥。 此组件是否与用作驱动器的 LM5122兼容？

谢谢 Garrett！

您好、Garrett、

仍在尝试确定 LM5122是否是该项目的正确升压控制器。 更具体的问题：

1) 1) LMG5200是否适合与 LM5122搭配使用？

2) 2) LM5122是否支持来自 H/L 驱动器的6V 输出以驱动分立式 GaN FET？

3) 3)如果 LM5122支持从 H/L 驱动器驱动6V 电压、如何实现这一点？
   我粘贴了 GaN 系统的栅极驱动示例、但如果可以降低栅极驱动电压以支持6V 工作电压、则可能不需要这样做。

4) 4)如果需要 EZDrive 实现、那么这在这里的原理图中会是什么样子的？ 我之所以提问、是因为上面的示例假定控制器产生一个栅极驱动电压、而 LM5122则不是这样。

5) 5)您认为我可以使用 GaN 推动 LM5122以接近1MHz 的频率运行吗？ 我在查看数据表时发现、Rt 连接到10千欧时、生成的最大频率为875kHz。

谢谢、

您好、Garrett、

因此、我相信我在数据表中找到了其中一个答案的一部分。

3) LO 驱动器似乎源自 VCC、并以7.6v 的电压驱动至 LO 引脚：

"7.3.2高压 VCC 稳压器

LM5122包含一个内部高电压稳压器、可为控制器和 N 沟道 MOSFET 驱动器提供典型的7.6V VCC 偏置电源。 VCC 稳压器的输入 VIN 可以连接到高达65V 的输入电压源。当 UVLO 引脚电压大于0.4V 时、VCC 稳压器打开。当输入电压低于 VCC 设定点电平时、 VCC 输出通过小压降电压跟踪 VIN。 VCC 稳压器的输出电流限制为最小50mA。'

也可以从中获取

HO 引脚似乎会提供7.6v 或 BST 电荷泵电压(如果更高)。

如果正确、是否可以使 H/L 侧以6V 的电压驱动以实现安全的 GaN 运行？

我真的可以使用一些帮助来解决这个问题。

谢谢、

您好、Garrett、

对此进行了任何更新？

谢谢、

Kyle

LM5122不会驱动 GaN FET、因为它是针对标准硅 MOSFET 设计的。 这一点非常重要、因为 GaN FET 具有非常低的阈值电压、使用标准驱动器驱动它们可能会导致击穿问题。 如果您的应用需要 GaN FET、可以使用 LMG5200等类似的器件。 LM5122的最大工作频率为1MHz。

如果您有任何疑问、请告诉我。

谢谢、

Garrett

您好、Kyle、

很抱歉耽误你的时间。  

我不建议控制 VCC 稳压器的输出。 这是因为您可以使用外部钳位来控制 VCC 稳压器的输入、但无法控制 GaN FET 电容的拉电流和灌电流期间将出现的尖峰。 相反、我建议使用 LM5122栅极信号作为 LO 侧 GaN FET 栅极驱动器 LM5114的输入、并通过 LDO 或 VCC 为其供电。 您也可以对 HO FET 执行类似的操作、但这可能需要更专业的设计。  

除此之外、为何对 GaN 感兴趣？ 对于 LM5122、最大开关频率为1MHz、功率为520W 时、即使使用 MOSFET、您也可以利用双相配置并生成合适的设计。  

谢谢、

Richard

您好 Richard、

感谢您与我分享。 我认为 LO GaN 可能更易于驱动、但不确定。 也许我现在将坚持使用 MOSFET、但我对 GaN 感兴趣的原因是我可以利用的空间减小。 我正在尝试将升压转换器安装在(53 X 46 X 13) mm 的体积中、但到目前为止、它已经证明很难。

如果您有任何其他建议或意见、我非常感谢您的帮助。

-Kyle

您好、Garrett、

我仍在尝试找到一种方法来成功地将 LM5122用于该应用、因为它看起来仍然是该应用最接近的现成适用方案。

我将使用 WEBENCH 按照您的建议设计一半的功耗 、然后根据 PMP7979为另一半的功耗添加一个相同的额外相位。 在 WEBENCH 中、输出电压为65V 和4A、"用户同步频率"为646kHz。 我想将此开关频率推高一些。

一些后续问题：

1) 1)我注意到、随着 WEBENCH 中的输出电压增加、可用的开关频率会降低。 这是为什么？

2) 2)此外、为了在这些较高的输出电压下获得最高可用频率、我必须使用"用户同步频率"来放大电路。 WEBENCH 似乎不再认为 LM5122本身可以产生这些更高的频率。 除了降低输出电压之外、是否有办法避免此问题？

3) 3)这种较高电压输出设计(65V OUT)是否会受益于某种隔离驱动和/或外部 VCC 电源、从而使 LM5122能够在接近1MHz 的较高自生成频率下工作？

谢谢、

您好、Garrett、

我已经完成了一些与 LM5122一起实现功能设计的工作。 我有兴趣使用 LMG5200在1MHz 时实现稳定的更高开关速度、同时还将必要的电感器尺寸降至大约5uH。 我尝试在不大幅增加热负荷的情况下执行此操作、但必要时应能够从器件周围的铝外壳传导相当多的热量。

我在上一篇帖子中还有其他问题、但我认为 WEBENCH 降低了 LM5122在65V OUT 时可能产生的可用频率、因为它的内部 VCC /在 LO/HO 引脚中提供和灌入足够的电流。 考虑到这一点、以下使用 LMG5200的设置可能最终会成为频率为1MHz 时更稳健的设计。

与 LM5122关联的值均使用60V OUT @ 4A 进行挑选、并引入700kHz 的"用户生成的频率"。 因此、WEBENCH 也选择了8.2uH 电感器、但 WEBENCH 无法选择适用于高/低侧设计的任何 MOSFET、而是将其列为 IdealFET。 由于我也遇到了 IdealFET、我认为 LMG5200可能是一个很好的发展途径。

问题：

1. 一般来说、一切连接是否正确、以便开始考虑原型设计？
   例如、来自 LM5122的 SW 节点是否位于正确的位置？
   
   
2. 我使用 LMG5200EVM-02 GaN 半桥功率级 EVM 作为器件连接的参考。 EVM 原理图中有一个"死区生成电路"、但我现在将其排除、因为我认为 LM5122自行调整了死区时间。 是这样吗？
   
   
3. 自举电路连接到 LM5122是否已不再必要、因为它将驱动 LMG5200、而 LMG5200具有用于高 GaNFET 的内部自举电路？ 如果不需要、应如何连接 LM5122上的 VCC1、BST 和 SW？
   
   
4. 我已将 MODE 引脚连接到 LM5122的 VCC1、以强制 PWM 模式运行器件、因为我对快速轻负载到高负载运行以及 DCR 感应感兴趣。 您是否看到这样做的任何主要缺点？

感谢你的帮助！

您好、Garrett、

对此进行了任何更新？

谢谢！！

请参阅下面的注释

您好、Kyle、

对于将来的通信、我将回复您有关此主题的询问。

若要回答您对 WEBENCH 的第一条评论、请执行以下操作：

1) 1)我注意到、随着 WEBENCH 中的输出电压增加、可用的开关频率会降低。 这是为什么？

这可能是由于 LM5122最短 LO 关断时间所致。 随着输出以升压方式增加、占空比也会增加、因此为了保持在数据表限制范围内、频率将更低。  

2) 2)此外、为了在这些较高的输出电压下获得最高可用频率、我必须使用"用户同步频率"来放大电路。 WEBENCH 似乎不再认为 LM5122 本身可以产生这些更高的频率。 除了降低输出电压之外、是否有办法避免此问题？

原理图中添加了一个与 CSYNC 电容器串联的 SYNC 输入、该电容器与 Rt 引脚并联。 通过使用 Webench、我无法避免同样的问题。 请参阅数据表中的第7.3.11节以了解更多信息。  

3) 3)这种较高电压输出设计(65V OUT)是否会受益于某种隔离驱动 和/或 外部 VCC 电源、从而使 LM5122 能够在接近1MHz 的较高自生成频率下工作？

通常无需在65V 电压下实现驱动隔离/外部 VCC、即可在更高的自生成频率下运行。 添加外部 VCC 可降低内部功耗、而采用反激式配置的 LM5122可实现隔离驱动。  

谢谢、

Richard

您好 Richard、

感谢您为我提供有关自生成频率能力的信息、数据表中并未真正介绍这一点。 此外、这些论坛使用起来有点混乱、例如、在您上一封邮件的底部、您的一条评论会发送到我的电子邮件中、但不会显示在该论坛中、

"要回答您对 LMG5200的第二个评论：

首先也是最重要的、对于此设计、您对此电路板的尺寸要求已经很小。 其次、LMG5200主要用于降压和降压派生拓扑、您可能会遇到一些问题、需要确保死区时间适用于 LM5122和 LMG5200。 在这种情况下、我不建议在此处使用 LMG5200、因为它是这样

1. 提供了更多的设计变量和
2. 不一定是这里工作的最佳部分。"

问题：

1. 概括地说、LMG5200不应仅用于升压设计降压设计。 考虑到这一点、您认为采用 LMG1210这样的器件来驱动 EPC2022等分立式 GanFET 更合适吗？
   
   
2. 例如、LMG1210允许直接控制死区时间、但这似乎仍然无法解决 LM5122在自生成的频率接近1MHz 时无法驱动的问题。
   
   
3. 您是否建议改用 LM51561、而忘记按照 LM5122的计划在(2)个相位之间分配功率？

谢谢 Richard！

您好 Richard、

感谢您为我提供有关自生成频率能力的信息、数据表中并未真正介绍这一点。 此外、这些论坛使用起来有点混乱、例如、在您上一封邮件的底部、您的一条评论会发送到我的电子邮件中、但不会显示在该论坛中、

"要回答您对 LMG5200的第二个评论：

首先也是最重要的、对于此设计、您对此电路板的尺寸要求已经很小。 其次、 LMG5200 主要用于降压和降压派生拓扑、您可能会遇到一些问题、需要确保死区时间适用于 LM5122 和 LMG5200。 在这种情况下、我不建议在 此处使用 LMG5200、因为它是这样

1. 提供了更多的设计变量和
2. 不一定是这里工作的最佳部分。"

问题：

1. 概括地说、 LMG5200 不应仅用于升压设计降压设计。 考虑到这一点、您认为 采用 LMG1210这样的器件来驱动 EPC2022等分立式 GanFET 更合适吗？
   
   
2. 例如 、LMG1210 允许直接控制死区时间、但 这似乎仍然无法解决 LM5122 在自生成的频率接近1MHz 时无法驱动的问题。
   
   
3. 您是否建议改用 LM51561、而忘记 按照 LM5122的计划在(2)个相位之间分配功率？

谢谢 Richard！

您好、Kyle、  

很抱歉造成混淆。 我再次深入研究了该部分、并决定编辑我的评论、以确保建议尽可能清晰。  

首先、让我们返回到 LMG5200来清除您的问题：

1) 1)一般而言、一切连接是否正确、以便开始考虑原型设计？  例如、来自 LM5122的 SW 节点是否 位于正确的位置？

遗憾的是、连接不正确。 首先、也是最重要的、为了实现升压、您需要确保 LMG5200的 VIN 引脚应连接到升压转换器的输出、SW 引脚应连接到转换器的电感器和输入电压。 此外、由于 LMG5200输入达到 TTL 电平、LM5122的 SW 引脚需要接地、以免损坏 LMG5200的输入。 因此、我不确定自适应死区时间电路的行为。 您可以按照 LMG5200和 LMG5200EVM-02指南小心控制输入、以防止击穿。   

2) 2)我使用 LMG5200EVM-02 GaN 半桥功率级 EVM 作为器件连接的参考。 EVM 原理图中有一个"死区生成电路"、但我现在将其排除、因为我认为 LM5122 自行调整了死区时间。 是这样吗？

由于 LM5122的 SW 引脚接地、因此 LM5122无法自行调整死区时间。  

3) 3)自举电路是否  已连接到 LM5122、因为它将驱动 LMG5200 、而 LMG5200具有用于高 GaNFET 的内部自举电路？ 如果不需要 、应如何 连接 LM5122上的 VCC1、BST 和 SW？

为了生成 HO 电压、仍然需要自举电路。 为了生成栅极驱动信号、仍应连接 VCC、SW 应接地。  

4) 4)我已将 MODE 引脚连接 到 LM5122的 VCC1 、以强制 PWM 模式运行器件、因为我对快速轻负载至高负载运行以及 DCR 感应感兴趣。 您是否看到这样做的任何主要缺点？

FPWM 运行正常。 DCR 感应也可以、但精度可能会降低。  

其次、我将在上一个帖子中回答您的问题：

1) 1)简而言之、 LMG5200 不应仅用于升压设计降压设计。 考虑到这一点、您认为  采用 LMG1210这样的器件来驱动 EPC2022等分立式 GanFET 更合适吗？

这是我对 LMG5200的误解。 只要您遵循数据表和应用建议、并且 LM5122已用于具有外部栅极驱动器 IC 的电路、这两种方法都是可行的。

2) 2)例如 、LMG1210 允许直接控制死区时间、但这似乎仍然无法解决 LM5122 在自生成的更高频率接近1MHz 时无法驱动的问题。

遗憾的是、这是 LM5122最大频率的限制。  

3) 3)您是否建议改用 LM51561、并忘记 按照 LM5122的计划在(2)个相位之间分配功率？

如果您想使用 LMG5200、在1MHz 开关频率下使用 LM5122可能更容易做到这一点。 您只需确保不会违反最小关断时间，该时间计算为(1-D_max)*1/(Fsw)，D_max 计算为1-Vin_min/Vout。  

谢谢、

Richard

您好 Richard、

感谢您回答我之前的问题。 我已经修改了我的上一个设计、以包含之前表达的一些问题、尤其是在 GaN 在该设计中似乎难以实现的情况下。  我认为、现在使用 Si MOSFET 和外部时钟进行有效设计将是最简单的方法。 我可以随着我的发展而改进设计。 下面是更新的电路图、其中包含以下规格：(21 - 25V)输入、60V @ 3.75A 输出和650kHz 的外部时钟。

我的问题主要集中在实现正确的 N 沟道 MOSFET 和正确的外部时钟上。

问题：

1. 对于 此设计、BSC500N20NS3 G 是否是高/低 N 沟道 MOSFET 的理想选择？
   它具有以下规格：
   1. VDS：200V
   2. ID：24A
   3. VGS：+/- 20V
   4. RDS on：0.042 Ω
   5. VGS TH：2V
   6. QG：(典型值15nC)- 20nC
   7. PD：96W
      
      
2. 如果这是 MOSFET 的合适选择、是否可以将其添加到 WEBENCH 以便在我的设计中选择它？
   我将计算每个 MOSFET 4安培时、MOSFET 的 I2损耗约为~672mW。
   
   
3. 我应该在高/低 MOSFET 之间查找哪些优化参数？ 我是否应该寻找与 BSC500N20NS3 G 不同的 HI MOSFET？
   
   
4. 我复制了 WEBENCH 设计中的 IDEERFET 输出、该输出位于红星上方。 它说 VgsMAX 应该是7.5V、所选 MOSFET 是否满足此要求、栅极和源极之间完全导通状态为10V、或者这是指7.5V 是完全导通状态？
   
   
5. 我计划最终使用外部5V VCC 源(LM2941LDX/NOPB)驱动 LM5122、以降低 LM5122的内部损耗。 我似乎需要在设计中使用能够处理输入电压的适当肖特基二极管以及保护 LM2941LDX 5V 电源的肖特基二极管来替代 Rvin。 您看到这样做有什么真正的好处吗？ 我之所以考虑这一点、原因之一是我很可能还需要外部源来驱动外部时钟、以便在设计中进一步利用外部时钟。
   
   
6. 最后、我将使用 WEBENCH 设计中的外部时钟以650kHz 的频率驱动 LM5122、因为 LM5122无法自行实现。 您能否为此设计推荐外部时钟(P/N)以及任何参考？

请参阅最新的帖子及更新的图表。

您好、Kyle、

感谢您提供更新的原理图。 以下是我对您问题的回答：

1) 1) BSC500N20NS3 G 是否 是此设计中高/低 N 通道 MOSFET 的理想选择？
它具有以下规格：

VDS：200V

ID：24A

VGS：+/- 20V

RDS on：0.042 Ω

VGS TH：2V

QG：(典型值15nC)- 20nC

PD：96W

该 FET 适合该应用。

2) 2)如果这是 MOSFET 的合适选择、是否可以将其添加到 WEBENCH 中、以便在我的设计中选择它？
我将计算每个 MOSFET 4安培时、MOSFET 的 I2损耗约为~672mW。

我不太确定如何将其添加到 Webench 中。 通常、要计算损耗、您需要取 FET 的导电损耗和开关损耗之和。 本文应给出 近似计算方法。

3) 3)高/低 MOSFET 之间应查找哪些优化参数？ 我是否应该寻找与 BSC500N20NS3 G 不同的 HI MOSFET？

通常、您需要重点关注导通损耗的 RDS_ON 和开关损耗的 Qg (请参阅上面的文章)。 通常、较大的 MOSFET 具有较低的 RDS_ON 但较高的 Qg、这意味着在较高的频率下、开关损耗可能会产生大量损耗。  

4) 4)我复制了我的 WEBENCH 设计中高于红星的 IDEERFET 输出。 它说 VgsMAX 应该是7.5V、所选 MOSFET 是否满足此要求、栅极和源极之间完全导通状态为10V、或者这是指7.5V 是完全导通状态？

LM5122的 VCC 电压为7.6V 空载、因此在负载下将更低。 我认为这就是 VgsMAX = 7.5V 的原因。 您的 MOSFET 的 Vgs_max 大于7.5V、没关系。  

5) 5)我计划最终使用  外部5V VCC 源(LM2941LDX/NOPB)驱动 LM5122、以减少 LM512的内部损耗。 我似乎需要在  设计中使用能够处理输入电压的适当肖特基二极管以及保护 LM2941LDX 5V 电源的肖特基二极管来替代 Rvin。 您看到这样做有什么真正的好处吗？ 我之所以考虑这一点、原因之一是我很可能还需要外部源来驱动外部时钟、以便在设计中进一步利用外部时钟。

正确-为 VCC 提供外部电压将降低 LM5122内部损耗。 但是、您不应使用5V 电源从外部为 VCC 供电。 直接施加到 VCC 的外部电压应介于9V 至14.5V 之间。 我认为数据表中的图17、18和19将提供良好的起点。  

6) 6)最后、我使用  WEBENCH 设计中的外部时钟以650kHz 的频率驱动 LM5122、因为 LM5122 本身无法实现。 您能否为此设计推荐外部时钟(P/N)以及任何参考？

LM5122可驱动高达1MHz 的开关频率。 此 参考设计 使用 LMC555生成外部时钟。  

谢谢、

Richard

您好 Richard、

感谢您回答我的问题、您提供的这篇文章非常有用。 我有一个初始设计、我认为现在可以使用、为我提供了一个开始原型设计的好地方。 我还有一些关于 PMP11112基准的问题、该基准被提供用来显示每个相位的 CLK 生成。 下图显示了两个令人困惑的方面：

问题：

1. 十进制计数器 CD4017表示它将来自 LMC555的传入 CLK 信号除以4、以获得275kHz 的单独相位频率。 有道理。 当您将275kHz 乘以4时、您得到的 CLK 频率为1.1MHz、如 LMC555下方所示。 很好。 但是、混淆从 R37、R40和 C42的选择开始...
   
   我很确定在此配置中为 LMC555设置了不稳定性操作.... 因此、频率应由 f =(1 / T)=(1.44)/[(Ra + 2Rb) C]给出
   
   当我使用此公式时、我得到 f =~2、741、758.35 、这看起来不正确。 我缺少什么吗？
   
   
   
2. 此外、在 PMP1115的原理图中、似乎有一个固定3.3V LDO 为 LMC555和 CD4017供电。 LM5122的规格表指出、应提供5V 峰峰值 CLK 信号。 也许我误解了这种配置、但这不会为配置中的 LM5122s 提供3.3V CLK 信号吗？
   
   
   
3. 占空比看起来也关闭、从 LMC555的规格表中、D =(Rb)/(Ra + 2Rb)
   
   我得到的占空比为0.3627%  
   
   但是、如果我将占空比计算为 D =(Ra + Rb)/(Ra + 2Rb)
   我得到99.6372 %
   
   
   
4. 作为练习、如果我的目标是在四个相位中实现~345kHz 的单独相位频率、那么我应该具有一个 CLK 频率= 1.380MHz、对吧？
   
   则我的 Ra = 4.75k 欧姆
                 Rb = 8.25欧姆
                 C = 220pF
                 
                 CLK 频率= 1.376MHz ->除以4 = 344kHz 的独立相位频率
   
   还是从原理图中遗漏了什么？

请参阅最新的帖子及更新的图表