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[参考译文] LM5022-Q1:MOSFET 在作为升压转换器的高频运行时过热

Guru**** 2539070 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5022-Q1, LM5022, LM5085

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/777304/lm5022-q1-mosfet-overheat-at-high-frequency-operation-as-boost

器件型号:LM5022-Q1
主题中讨论的其他器件: LM5022LM5085

您好!

我目前正在设计一款需要升压器将电压从56V 提高到90V @ 5A 输出的 UPS。  

在研究了很多 IC 之后、我们挑选了 LM5022-Q1作为升压转换器。  我们使用了 LM5022的数据表来计算所有组件和 webench 作为参考。

我们遇到的问题是、当我们在200kHz 时以超过2A 的输出运行时、MOSFET 过热。 我们使用 的 MOSFET 是 Fairchild 的20N60。 为了进行驱动   、我们将图腾柱与晶体管 STX13005和 ZXTP2012A 搭配使用、并通过 LM5085中的降压转换器提供12V 电源。

作为散热器、它被放置在一个60cmx45cm 铝外壳中、带有 Gelpad 和热膏。

如果我们将开关频率更改为60kHz、我们可以获得高达5A 的输出、但在最大输出时、输出电压降至79V。

这是电路:

这是 MOSFET 驱动器:

这是空载运行时的输出(PIN5):

这是栅极(在图腾柱之后)

非常感谢您的建议。

此致、

Joel

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    您好、Joel、

    从 MOSFET 栅极可以看出、驱动器效率不是很高。 它应该看起来像引脚5。 基本上你的图腾柱双极没有 adquate HFE。 请使用高 HFE 器件替换这些双极器件、您还需要短接 R7以实现更快的关断。 10欧姆电阻会减慢关断速度并导致高开关损耗。

    谢谢、
    应用工程学 Yohao Xi
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    你好。

    我将进行您所做的修改。

    当您说高 HFE 时、您建议使用哪些值?

    非常感谢您的参与、

    此致、

    Joel

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    您好、Joel、

    我的意思是>>1、如果 HFE 为100、那么 IE 和 IC 将是1%的差值、这意味着电压调节误差为1%。

    谢谢、
    Youhao
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    您好、Yohao 先生、

    我尝试更改 BC337 BC327的 BJT 、结果如下:

    黄色为 PIN5

    蓝色是 MOSFET 的栅极。

    电压现在保持不变(200kHz 时)、但 MOSFET 仍然过热。

    我移除了 R7、但振铃过多、因此我将 R7降低至4.7欧姆。

    您知道还有什么问题吗?

    提前非常感谢!

    此致、

    Joel

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    蓝色迹线仍然有过多的振铃、它多次通过栅极阈值、从而导致不必要的多次开关。 此外、关断瞬态看起来过长。 您能否将栅极电阻器增大到10欧姆、并在电阻器上添加并联二极管以加快关断瞬态? 二极管阳极应连接到 MOSFET 栅极、阴极应连接到 IC 驱动器引脚。

    谢谢、
    Youhao
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    您好、Yohao 先生、

    栅极电阻器已经有一个肖特基二极管(SMD1200PL)、用于快速关断。

    我在 G 和 S 之间添加了一个电容器、以消除电路中的一些振铃。

    以前:

    在 G 和 S 之间的0.01 μ F 陶瓷电容器之后

    如果没有导通振铃、过热会减缓并改善、但仍然变得过热、无法运行、MOSFET 达到100°C 以上

    我尝试在 G 和 S 之间添加一个齐纳二极管、尝试"钳制"负电压、但没有结果。

    您是否有另一个建议来消除关断振铃?

    非常感谢您的参与。

    Joel

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    您好、Joel、

    似乎需要改进布局。 我们不建议在 MOSFET 栅极添加电容器。

    主要问题在于外部栅极驱动电路无法有效驱动 MOSFET。 R7应短路(或0 Ω)、因为它会减慢开通和关断速度。 您还应短接 R5并将其替换为0欧姆。

    如果您看到任何改进、请告诉我。

    谢谢、
    Youhao
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    很抱歉、我错误地点击了"TI"、认为已解决。 请按照新帖子重新打开此主题。

    谢谢、
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    尊敬的 Youhao 先生:

    我短接了驱动器、现在我将使用20欧姆栅极电阻器和用于放电的肖特基二极管直接从 LM5022驱动 MOSFET:

    VCC 为12V

    这是引脚5处的波形

    这是在栅极上、没有驱动器、只有肖特基二极管和20欧姆电阻。

    将电阻器从20欧姆更改为10欧姆仅会损坏5022。

    我还尝试为 MOSFET 添加缓冲器、但它不起作用。 RC 为10欧姆1nF。

    这是布局:

    为了防止任何噪声进入电路、一切都非常接近。

    我们使用的 MOSFET 位于左侧。

    电感器位于右侧的上部、旁边的左侧是二极管。

    非常感谢您的参与、

    此致、

    Joel

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    波形显示了布局问题:沿栅极驱动信号路径有明显的寄生电感、电感会引起振铃。 请帮助将驱动信号从 IC 引脚5跟踪到 MOSFET 栅极、然后通过 CS 感应电阻器从源极返回到 IC GND 引脚。 这将帮助我们了解如何改进布局以避免栅极驱动振铃。

    谢谢、
    Youhao
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    尊敬的 Youhao 先生:

    我们为新的 PCB 更改了 PCB (未对其进行任何测试)、并显著改善了振铃问题。

    问题是、一旦我们向 MOSFET 添加4.5A 负载、我们仍然会使 MOSFET 热性能降低。

    这是我们现在得到的信号:

    根据您之前的建议、MOSFET 源极几乎直接连接到 CS 和 GND。 至于栅极驱动电路、它可能是一条较长的路径。

    您是否还有其他建议或波形要检查?

    非常感谢您的参与、

    此致、

    Joel

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    您好、Joel、

    Youhao 不在办公室。 他将于下周二回来、并应能为您的问题提供支持。

    谢谢、

    Garrett
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    您好、Joel、

    感谢您的更新、波形要好得多。 这是在 MOSFET 栅极上吗? 上升沿仍然很慢、您可以将10欧姆栅极电阻器 R1、R5和 R7减小为等于2欧姆、然后查看上升沿是否可以更快。

    上升沿还显示了栅极驱动电路中迹线电感的影响。 导入路径最多为两个:

    (1)驱动器:您的外部驱动器输出和返回必须靠近 IC、并且您应该跟踪驱动器电流路径、并确保它是直接的、短的并且不会占用较大的空间。
    (2)电流感应:CS 信号应直接来自 CS 电阻器、发送到 IC 的感应信号应短而直接、并且不会因 IC GND 引脚返回到 CS 电阻器 GND 焊盘的返回路径而封闭较大的空间区域。

    谢谢、
    Youhao
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    尊敬的 Youhao:

    我们决心使用不同的电流路径和更近的驱动器来实现另一个 PCB。

    我们还有一个有关 IC 的问题、因为需要注意的是、这不应在低于200kHz 的频率下工作、但我们在100kHz 的频率下使用它。 为什么不能在这个频率下使用它?

    非常感谢您的参与、

    此致、

    Joel

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    您好、Joel、

    该器件的工作频率范围为200kHz 至2MHz。 它可能在该范围之外工作、但 TI 不保证其操作和性能。 数据表信息是 TI 可以保证的。

    谢谢、
    Youhao