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[参考译文] LM27222:切换到2A 负载

Guru**** 2379920 points
Other Parts Discussed in Thread: LM27222, SN6505B
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/632750/lm27222-switching-into-a-2a-load

器件型号:LM27222
主题中讨论的其他器件: SN6505B

您好!

我们尝试将 LM27222用作标准推挽驱动器、将两个 N 沟道 FET 驱动到2A 的负载中。 PWM 引脚的输入为直流或脉冲-脉冲时、其频率为~ 100Hz、高周期为~100usec。 输出开关需要快速、在 PWM 输入上升/下降沿的100nsec 内变化。 VCC 和 PWM 输入电平为5V。 高侧 MOSFET Vin 也是5V。

我的问题是:

1) 1)器件能否处理此类开关、因为数据表主要打算仅在降压稳压 器配置中显示此情况。

2) 2)我们将选择低 Rdson MOSFET (~40m Ω)、以最大程度地减小高 MOSFET 上的压降、并在输出端出现几乎5V 的电压。 这是可以的吗?

3) 3)开关节点 SW 上不应存在 L/C 配置。 输出应直接馈入负载。 这是可以的吗?

此致

高拉夫

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    Gaurav、您好!

    感谢您发表有关 LM27222的文章。 我已联系相应的工程师来回答您的问题。

    此致、
    Mateo
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    Gaurav、您好!

    我是 TI 的一名应用工程师、将致力于解决您的问题。

    有关 LM27222开关速度的问题、请参阅数据表和图2和3中的时序参数、并看到驱动器具有非常低的传播延迟。 但是 、在您的应用中、如果不了解功率 MOSFET 的布局和栅极电荷、我们无法假设100ns 开关的总结束要求是否可以满足。 MOSFET 的栅极驱动器输出的布局应尽可能短、以最大程度地减小布局电感。 LM27222还具有3.2A 拉电流和4.5A 灌电流的良好驱动能力。

    驱动器的驱动能力应足以驱动2A 电平的功率 MOSFET。

    关于100Hz 的工作频率、请记住、自举电容器必须具有足够的电荷、以便为 MOSFET 栅极电荷充电并在导通期间维持静态电流。 从 HG 到 SW 有一个内部10kΩ Ω 分流器、这将在高侧导通期间耗尽自举电容器。 10kΩ、100µs 0.33µF μ F 自举电容器、仅由内部10kΩ Ω 分流器引起的压降将为5V *(1 - e^-(0.33µF μ V/(μ F *)))= 150mV。 考虑自举二极管的压降、电压应保持在驱动器的4V 工作电压范围内。

    此致、

    Richard

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    您好 Richard、

    感谢您的参与。 我附上了我们要实现的目标的原理图。 还列出了所有组件值。 MOSFET PMV45EN2R 的总栅极电荷最大为6.3nC、而二极管是肖特基二极管、电流为2A 时的额定压降为470mV。 在开关时间方面、由于器件延迟较低且上升/下降时间较短、因此我看不到任何问题。

    但是、如前面所述、输入可能会脉冲、甚至可能是连续高电平/低电平。 这应该正好反映在输出上、并且我们希望输出电压尽可能接近5V (MOSFET 的 Rdson 为~50m Ω)。 如果可以的话,这就是我需要你更加明确的地方。 如果不是、我们也欢迎您建议使用任何其他 TI 器件来实现我们所需的输出。  

    此致

    高拉夫

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    Gaurav、您好!

    感谢您提供原理图详细信息。 6.3nC MOSFET 的栅极电荷非常小甚至很低、因此假设在5V 驱动下为6.3nC 时的有效栅极电容为~1200pF。 如果 dt =(C dV)/I、3.2A 拉电流时的上升时间将为1.96ns。 由于器件上升时间限制、实际驱动器上升时间将会更短、但在应用中不应担心。

    不应施加电流为2A 时电压为470mV 的二极管正向压降、因为引导电容器将充电至非常低的电流或无电流。 二极管在低电流下的 Vf 将适用于从5V 偏置电压到 CB-SW 电容器电压的压降。

    我们通常建议使用10倍的比率作为 VDD 电容器与 CB 电容器的指南。 因此、对于1uF 的自举电容器、我们建议使用10uF 的 VDD 电容器。

    我在应用中看到的唯一问题是需要将 PWM 和 HG 驱动为直流电平的高电平。 对于此操作、需要为 CB 至 SW 偏置电压提供浮动偏置电源。 数据表参数中列出了10k HG 至 SW 的下拉电阻、这将导致 HG 偏置电流对 CB 电容进行放电。 如果需要将 HG 保持在直流高电平、则需要使用高侧浮动偏置电源。

    TI 的 SN6505 1A 变压器驱动  器是简单浮动偏置电源的理想解决方案、该器件与高侧浮动偏置电源的用途相同。

    此致、

    Richard Herring  

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    谢谢 Richard、这是否意味着我们需要通过移除自举二极管将该偏置电源插入到 CB 引脚? 方框图会有所帮助!

    但是、增加 IC 和相关变压器等会增加电路板的 BOM 成本 我们是否有任何其他 TI 解决方案可以解决此问题? 我们还想使用具有一定死区时间插入的 p 沟道和 n 沟道 MOSFET。 我们对此表示赞赏。

    此致
    Gaurav Agrawal
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    Gaurav、您好!

    我已附上您提供的 LM27222和 MOSFET 图中包含的 SN6505浮动偏置的方框图。  浮动偏置涉及其他组件。

    我将不得不在  半桥驱动器中寻找可与高侧 PMOS 驱动器配合使用的解决方案。

    此致、

    Richard Herring

     

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    您好 Richard、
    很抱歉、我找不到任何附件。 您可以再次添加或发送到我的电子邮件吗?
    我将等待您提出的有关 TI 的任何其他解决方案。
    此致
    高拉夫
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    e2e.ti.com/.../Visio_2D00_LM27222.pdfHelloGaurav、

    我将在您提供的图表中添加 SN6505的浮动偏置图。 由此给您带来的不便、我们深表歉意。 我已将该文件附加到文章中。

    此致、

    Richard Herring

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    尊敬的 Richard:

    我们订购了数据表中列出的 SN6505B 和变压器器件750315371、并根据您在此主题中给出的 Visio 电路进行了测试。

    结果如下:

    1) 1)变压器提供~6.3V 的输出、输入 VCC 为5.3V、但应为1:1。 根据 SN6505B 数据表图11、在轻负载条件下可能会出现这种情况。 我不认为这是一个问题、因为 LM27222 CB 引脚可以处理该电压。  

    2) 2)我们现在能够在 MOSFET 之后实现连续的直流输出、并按照您的建议使用此浮动源进行自举。 因此、这工作正常。

    3) 3)当给定脉冲输入时、在0.1uF 至1uF 的不同容性负载条件下测量输出。 随着容性负载的变化、输出上升时间和下降时间几乎相似、但有两个问题-

    a)输出缓慢上升、持续时间几乎为2微秒-即使电容负载为最大或最小值、也保持不变。使用的 MOSFET 为 STN3NF06L、Ciss = 340pF、RDS on ~ 100m Ω。 我们需要大约500-600ns 的最大开关时间。 下降时间转换看起来正常。

    B)在所有情况下都有很多振铃。 我们尝试使用从 IC HG/LG 到 MOSFET 栅极的高达10欧姆的串联电阻、但没有使用。

    您能回答以上问题吗?

    此致

    高拉夫

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    Gaurav、您好!

    感谢您继续关注 LM27222和 SN6505产品。 我是 TI 的一名应用工程师、他在以前的调查中提供了帮助。

    您可以很好地听到浮动偏置电源能够满足您的应用需求、而整体功能现在也能正常工作。

    缓慢上升和下降时间。 我看到、在上升沿、信号最初以快速压摆率变为高电平、然后上升时间要慢得多。 在下降沿、它看起来像一个类似的初始快速沿、然后减速。

    在提升驱动器性能时、需要牢记几个方面。 您能否确认串联栅极电阻值? 栅极电阻会降低上升和下降时间、尽管我不希望这是限制因素。 您能否提供驱动器电路的 PCB 布局以及到功率 MOSFET 的布线情况? 布线长度过长会导致寄生电感更高、从而抑制 MOSFET 上 Vgs 的上升时间。 初始快速上升时间和振铃通常是栅极驱动器到 MOSFET 栅极和源极环路电感的证据。

    另一个要确认的值是 HB 电容值吗? 一个建议是、如果电容至少是总有效栅源极电容的10倍、则添加一个与 HB 电容并联的高频陶瓷电容器。 尝试并联22nF 至100nF 电容、以便与较大的陶瓷电容器或电解电容器等其他类型的电容器相比、高频阻抗降低。

    此致、

    Richard Herring

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    您好 Richard、
    感谢您的回复。
    1) 1)到目前为止没有栅极电阻器、HG/LG 引脚直接驱动 FET。
    2)是的、PCB 布局可能是我们在原型设计板上连接电路进行快速测试的原因。
    3) 3)我没有得到关于 HB 电容的最后一点。 我们使用了前面方框图中所示的电路、除了0.1uF-1uF 范围内的负载电容器之外、没有使用单独的电容。
    此致
    高拉夫
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    Gaurav、您好!
    我应该更清楚地了解 HB 电容。 HB 电容器应放置在靠近 HB 和 HS 引脚的位置、以最大限度减小布局布线电感、因为这是从驱动器到 FET 栅极和 FET 源极返回驱动器的栅极驱动电流环路中看到的总电感的一部分。
    HB 电容器的另一个考虑因素是确保电容器值至少是栅源极电容的10倍。 另一个考虑因素是确保 HB 到 HS 端具有低 ESR 陶瓷电容、以最大程度地减小高频阻抗、X7R 是一个不错的选择。 从布局到 HB 电容器质量的所有高频阻抗都会影响栅极驱动上升和下降时间性能。
    如果将驱动器接线到电路中、我了解这一点、以便进行实验、那么原型接线会增加显著的电感并限制驱动器性能。

    此致、
    Richard Herring
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    您好 Richard、

    好的、我假设您是指 CB (HB)和 SW (HS)引脚?

    这里有一个1uF/X7R 电容器。 正如您在上一篇文章中所写的那样、我们将尝试添加一个与 HB 电容并联的高频陶瓷电容器(22-100nF)以降低高频阻抗。

    此致
    高拉夫
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    您好 Richard、

    该解决方案对我们来说很好、通过更改 HB 电容器解决了噪声问题。

    我们现在在 PCB 中实现了这一点、其中需要多个此类电路来驱动开关负载阵列。 我的疑问是、在多个 LM27222电路中、是否可以使用充当自举的单个 SN6505B 隔离式电源、所有这些电路都具有相同的高侧 FET。

    此致

    高拉夫

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    Gaurav、您好!

    可以听到具有浮动偏置的 LM27222在您的应用中正常工作。

    多个 LM27222电路和共享偏置的相关信息。 浮动高侧偏置需要以每个相应驱动器的 CB 和 SW 引脚为基准、因此、如果有多个 MOSFET 和驱动器与高侧 MOSFET 源具有相同连接、则可以共享偏置。 但在这种情况下、如果驱动能力足够、则可以使用同一驱动器并联驱动 MOSFET。

    如果有多个 LM27222驱动器和 MOSFET 连接到电源电路中的不同 SW 节点、则无法共享常见的浮动偏置、因为它需要以 SW 节点为基准。

    此致、

    Richard Herring

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    谢谢 Richard! 我们现在可以关闭该线程。

    此致

    高拉夫