This thread has been locked.

If you have a related question, please click the "Ask a related question" button in the top right corner. The newly created question will be automatically linked to this question.

[参考译文] TINA/Spice/LM5085:栅极驱动最大电流。 规格 与模型的关系

Guru**** 2826755 points

Other Parts Discussed in Thread: TINA-TI, LM5085, LM5145, INA169, LM5117

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/767613/tina-spice-lm5085-gate-drive-max-current-spec-versus-model

器件型号:LM5085
主题中讨论的其他器件:TINA-TILM5145INA169LM5117

工具/软件:TINA-TI 或 Spice 模型

您好!

在使用 LM5085进行内部仿真时、我注意到我看到功率 FET 的开关损耗明显更高、并进行了研究。 我提出了几个问题。

问题1. LM5085的数据表指出、栅极驱动器能够承受~1.5A 的电流、并且输出电阻为2.3 Ω(@500mA)。 但是、我注意到 Spice 模型显示的栅极电流仅为150mA。 我在驱动 FET 的同时测试了这一点、并确保我通过一个非常小的电阻器将栅极输出绑定到 Vin、以查看当转换器尝试启动时栅极引脚将灌入的电流。 ~154mA。 这远低于预期。 有人能解释一下吗?

为了尝试了解该转换器在更合理的栅极电流下的表现、我在栅极输出端跟随 Vin 和 Vcc 之间的 BJT 推挽对、使用一些高速 BJT、影响非常大。 PP 对活动侧的栅极驱动电流按预期跳至>1.5A 峰值。 开关时间显著改善、效率大幅提升。

PP 对的下桥臂连接到 Vcc、因此该1.5A 电流被灌入 Vcc 引脚。

问题2. 实际的 IC 是否允许将此类电流灌入 Vcc 引脚? 数据表中规定了40mA 时的 Vcc 电流限制、但并未说明灌电流或拉电流。 我强烈假设此配置无效。

在执行此操作的过程中、我注意到数据表中的状态为"使用 RT 引脚关断 LM5085时禁用稳压器"。 当我以这种方式关断模型时、Vcc 引脚将保持在 Vin-8V。

问题3. 我假设对于实际的 IC、在关断时、Vcc 将快速浮动至 Vin。 您可以确认这一点吗?

最后、您能否评论一下使用更高功率驱动器跟踪栅极输出的想法。 如我所述。 我希望这不是必需的、但我从 Spice 模型获得的驱动是不够的。

我正在设计一个60V 输入、42-60V 电流调节转换器、在42-60V 之间的任何电压下都能提供8A 输出。 作为一个系统、功率大约为400W。 查看数据表、几乎不可能预测效率、但使用仿真时、我对结果感到惊讶。 我设计了转换器以大约60kHz 的频率运行、以尝试降低开关损耗、这是预期的主要损耗。 即使如此、由于 LM5085是唯一的栅极驱动器、PFET 中的功率耗散在10-20W 之间、具体取决于我使用的特定 FET。 当我使用辅助驱动器驱动栅极时、我可以将此功率损耗减小到小于3W。 这对 PFET 的封装类型和散热器要求有很大影响。

这是一个非常糟糕的模拟、没有太多的现实、但我希望对我的问题和对应用的评论有任何反馈。

非常感谢

Aidan

  • 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。
    您好 Aidan、

    我已将您的问题转交给产品专家、他将跟进您的问题。

    此致、
    Katelyn
  • 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。
    您好、Michael、

    问题1. 栅极驱动器额定电流通常是使用容性负载测量的峰值电流。

    问题2. 栅极驱动电流仅在开关情况下-直流电平远低于栅极充电和放电所需的峰值。

    问题3. 是的、VCC 电容器电压将衰减。

    问题4. 不需要外部栅极驱动器。 但是、根据8A 的负载电流规格、我建议使用同步控制器作为 LM5145。 非同步解决方案中的续流二极管损耗过高。

    此致、
    Tim
  • 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。
    谢谢。。。

    Q1-2、已了解峰值、但该模型提供相同的150mA 峰值(在开关点)以及150mA 直流电。 所以我认为这不是正确的。

    问题3. 我假设向 Vcc 方向衰减。 不朝向 GND。 此外、该模型也不执行任何操作。 因此、请保持100%的清零、因为我正在考虑使用 Vcc 作为外部跟随器的基准、以驱动此 PP 对的底部。 我需要知道当通过 RT 关闭器件时、它会做什么。

    Q4、它不太适合使用同步控制器。 问题是这是一个电池充电器、我的电源 Vin 永远不会高于电池的绝对最大充电电压、并且我必须充电至与 Vin 相同的电压。 如果我使用同步控制器、我将始终在输入到输出之间松开几伏的电压(实际上是相当大的电压)。 我对您的多个同步控制器进行了深入的了解、输入电压@ 60V 时、任何一个都不能提供超过57V 的输出。 我不希望升压控制器或 LLC 的复杂性、如果我使用 LM5085管理电源、它可能会非常简单。 无论如何,这一直是我的想法。

    但是、我的问题最重要的一点是 LM5085模型的栅极引脚上的这种明显电流限制。 我从未看到任何接近规格表的峰值电流、它对效率产生了巨大影响。
    Aidan
  • 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。

    谢谢、Aidan。

    Q1和 Q2:我将要求我们的建模团队验证模型的行为。

    问题3. VCC 是以 VIN 为基准的浮动电源轨(VIN - VCC 调节为7.7V)、因此 VCC 电源轨在关断后收敛到 VIN (接地将导致 VCC 上出现过压情况)。 数据表中的方框图表明、如果 RT 被拉至低电平、则 VCC 稳压器被禁用。

    除此之外:数据表的图24显示了一个从 VCC 到 GND 的肖特基二极管、以防止 VCC 在低输入电压条件下变为负(输入小于8V -在您的情况下可能不适用)。

    问题4. 是的、LM5085适用于高占空比转换(VOUT 接近 VIN)。 如果您需要恒定输出电流能力、则需要一个外部电路。 另一个选项是 LM5145 -它的 Toff-min 规格为140ns 典型值、200ns 最大值-这设置了在压降下运行时的最大占空比。

    此致、

    Tim

  • 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。
    感谢 Tim、

    是的、实际上我对 Vcc 输出进入 Vin 的问题非常愚蠢。 毕竟、如果它没有拉向 Vin、一旦 Vin 超过20V 左右、您就会断开 PFET。 Duuuuuuuuh

    实际上、我查看了 LM5145、但仍然回到了 LM5085。 由于缺乏补偿问题和简化性、我需要将设计修改为仅限 CC、而不是 CCCV、因此它具有吸引力。 我已经研究了您的应用手册(AN-2157)、其中介绍了如何在 LM5085中使用电流控制功能、但实际上、事实证明这在我的场景中的工作特性低于理想值。 LM5085中的过流控制会导致 IC 进入退避模式(强制关断时间)。 这会降低转换器的频率、如果将其用作主要调节方法、则很难控制工作频率和效率。
    相反、我正在尝试添加 INA169高侧电流监控器、它看起来效果相当好(同样如此)、然后使用来自该监控器的输出来驱动 LM5085的 FB 引脚。 这样可以更平稳地控制输出电流、工作频率是可预测的、并随 Vin 和 Vout 之间的差异按比例变化。

    对于反激式电流、您仍然是正确的。 在当前设计中、我的转储功率超过2.3W。 我通过使用 FERD 整流器将其降低(当然也是仿真)至1.75W。 从未在这个位置尝试过他们、但我目前不知道他们不是一个好选择的任何原因。 仍然很热!
    对于 PFET、事实也是如此。 我尝试在 PFET 中以满负载获得低于5W 的功率。 但由于 LM5085 (模型)驱动 FET、PFET 输出中的功率超过22W!

    是的、它有很多热量、最后同步方法可能会更好、但我说降压电压在我的设计中是至关重要的。 这让我很不想再踢回 LM5085。

    如果我使用简单的 PP 增强并以大约1.5A 峰值的 BJT 进行驱动、PFET 功率将下降至3-4W。 可行。

    但是…

    我可以再次确认、在仿真中、我无法从 IC 获得超过150mA 的输出电流。 数据表显示峰值为1.5A。 它在哪里?

    Aidan
  • 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。

    Aidan、

    还应考虑 LM5117、因为它具有电流监控器输出引脚、可用于恒流应用。 但是、其 TOFF 最小规格 可能不够低。

    栅极驱动器电流规格位于 LM5085数据表的 EC 表中(1.75A 拉电流、1.5A 灌电流)。 PMOS FET 中的22W 过高-请在导通损耗和开关损耗方面检查所选器  件-在5 x 6mm 封装中、总功率耗散通常应小于1W。

    此外、作为 COT 转换  器的 LM5085需要在 FB 引脚处注入一定数量的三角纹波-这可以使用1类网络(与输出电容串联的电阻器)提供。 然而、鉴于 Vref 与 Vout 之间的差异很大、前馈电容可能有助于将完整输出电压纹波振幅耦合到 FB 引脚(即 2类网络)。
     
    此致、
    Tim

  • 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。

    您好 Aidan、

    感谢您的反馈。 我们已正确实施栅极驱动器输出拉电流/灌电流。 下面是已发布测试台的稳态仿真结果。 为了测试栅极峰值拉电流/灌电流、我们在栅极节点处连接了额外的20nF 电容器接地。

    仿真结果:  



    [注意:I (U1:PGATE)和 V (GATE)分别是流经 PGATE 引脚的电流和电压]。

    此外、您能否在此处附上测试原理图? 这将有助于我们分析有关 VCC 引脚电流的问题。

    谢谢、此致、

    Arpan Gupta  

  • 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。

    您好、Arpan、

    感谢您回来。 嗯,这不是我所看到的。 我想知道发生了什么。 我还尝试向栅极添加20nF 及更多电容、只是尝试从栅极引脚中拖动一些东西。 不起作用。 150mA、就这样。

    我已附上我的原理图。 请原谅慢的仿真时间、但这里还有很多其他事情要做。 您仍然会看到、在 LM5085引脚周围、我实施了一个 BJT PP 对来获得我所需的电流。  

    出于您的目的、我快速将 BJT 从公式中取出、并在5085栅极引脚上添加了20nF 的额外栅极电容。

    看一下 G_5085_I、您将看到缺少驱动电流。 相反、如果您使用5085驱动 BJT、您将看到合理的栅极电流。

    祝你一切顺利

    Aidan

    e2e.ti.com/.../LM5085_5F00_Charge_5F00_Current_5F00_Limiter.tsc

  • 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。

    e2e.ti.com/.../LM5085_5F00_Charge_5F00_Current_5F00_Limiter_5F00_with_5F00_TINA_5F00_model.tscExtra、

    作为侧注、但仍没有回答。 我附加的文件最初使用未加密 PSpice 模型的细微修改版本。 进行此修改的原因是、在使用更高的 IC 输入电压时、电流限制不起作用。 您会发现我对此的评论以及其他看起来也会看到同样问题的人的评论。 我制作了一个小 SPICE 模块。 来解决此问题。

    但是、在我的最终设计中、这并不重要、因为我最终使用了 n 个外部电流监控器、而在我的宏模式中、这并不重要。

    但是、为了确保我看到的有关栅极电流的行为不相关。 我附加了另一个原理图、其中包含加密的 TINA 瞬态模型。

    如您所见。 同一问题。 150mA 驱动电流、不再如此。

    还是那么好

    Aidan

  • 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。

    您好 Aidan、

    栅极驱动器输出拉电流/灌电流未在您当前使用的模型中建模。 因此、您将无法看到正确的结果。 现在、我们在模型中实现了栅极驱动器输出拉电流/灌电流。 我们已在07FEB2019上与您分享了更新的仿真结果。 更新后的行为将在我们将更新后的模型发布到 TI 网站后反映出来。

    目前、我们正在解决较高输入电压情况下的电流限制问题。 您将在下面的主题中找到有关此内容的更新。

    https://e2e.ti.com/support/power-management/f/196/p/755044/2854404#2854404

    我们正在尝试尽快解决当前限制问题、并计划在本月末发布最终更新的模型(两个错误均已修复)。

    谢谢、此致、
    Arpan Gupta

  • 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。

    谢谢 Arpan、

    好消息。 我现在已经处理了栅极驱动问题、假设即使模型真实、IC 也无法提供足够的驱动。 不过、从开关 FET 的热性能角度来看、只要它能够提供大约800-900mA 的电流并通过米勒平坦区实现这一点、我就会控制功率损耗。 如果我没有弄错、IC 可能比使用 BJT 更好、但您的 LM5085方框图不显示输出级是否基于 MOSFET。 即使在我的缓冲器中使用高增益 NPN、当我通过平面时、我仍然会感到很短、这是我产生大部分热量的地方...当然。

    因此、我很高兴您的模型将取得成功。 也许您可以告诉我 IC 在其输出级中是否实际使用 MOSFET? 此外、我还可以通过电子邮件直接与我分享、在我的仿真中测试您当前的更新模型。 我意识到它尚未发布、但仍然...如果我对它的行为更有信心、我可以继续并开始对 PCB 进行布局。 否则、您需要我等待、直到我有一个合理的想法来确定是否真正需要栅极驱动缓冲器。 只要该模型在更高的输入电压下工作、我就不关心其电流限制是否不准确、因为实际上、我只将过流保护作为安全功能、正如您从原理图中看到的、 初级环路控制是使用外部高侧电流监视器基于电流的。 因此、当电路正常运行时、实际上不会触发 LMIS 的电流控制。

    此外、如果 LM5085直接驱动栅极、我将需要仔细考虑它的额外功耗。 尽管目前我不太担心、但快速计算表明 IC 的功耗约为650mW。 请勿忽略、很显然、在布置 PCB 之前、我需要了解这一点。 因此、帮助我继续前进的任何事情都将是巨大的帮助。

    祝你一切顺利

    Aidan

  • 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。
    您好 Aidan、

    我们无法通过电子邮件共享更新的模型。 当我们将其发布到 TI 网站时、您将获得更新的模型。 由此给您带来的不便、我们深表歉意。

    谢谢、此致、
    Arpan Gupta
  • 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。
    谢谢 Arpan、
    因此、您在月底指出了这一点。 您能告诉我这是否仍然是真的吗? 最好使用更新的模型进行测试。
    谢谢
    Aidan
  • 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。
    您好 Aidan、

    最初、我们考虑在月底之前发布更新的模型。 考虑到我们的当前带宽、我们可能无法在本月之前发布该模型。 但我们将尝试尽快发布该模型。 目前、我们没有承诺任何日期、但我们将在模型发布到网络后通知您。

    现在、我们将关闭该线程。 由此给您带来的不便、我们深表歉意。

    谢谢、此致、
    Arpan Gupta