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[参考译文] LM5116:如何查找转换器 MOSFET 功率耗散及其结温?

Guru**** 2436630 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5116

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/665750/lm5116-how-to-find-converter-mosfets-power-dissipation-and-their-junction-temperatures

器件型号:LM5116
主题中讨论的其他器件:PMP9333

大家好、我的基于 LM5116的转换器运行得非常好、但我想通过计算最容易受到攻击的组件的结温来找出负载限制-它们是 MOSFET 和电感。 主 IC 温度出奇的低、不受负载增加的影响。 电感温度说明了所有这些、因此我看到 MOSFET 是最薄弱的一点。 我的原理图主要遵循 PMP9333参考设计:

我的设计之所以有所不同、只是因为输入电压更高(84V)、为了 减少接通振铃、我同时使用 HB 电阻器和 HO 高 MOSFET 栅极电阻器。

结温的计算公式为 Tj = TC +(kJ x P)

其中 TC 是在 MOSFET 封装顶部测量的温度,kJ 是结至外壳系数,P -组件内部耗散的功率。 MOSFET 结至顶部的已知数据表-18k/w (我使用 Infineon BSC190N12NS3)

如何找到各个组件的耗散功率? 转换器内部耗散的总功率为3.2W,效率为92%,此损耗如何在该设计中分布功率? 两个 MOSFET 的温度相等,这表明它们的功率耗散大致相等。 如果我没有什么比这更好的了 、我可以假设所有的损耗都发生在 MOSFET 内部、但这肯定不是真的。

有什么建议吗?

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    如果我知道 LM5116和电感器在给定总功率或已知输出电流下的功率损耗、从转换器中的总功率损耗中减去这些功率损耗即可得到两个 MOSFET 的答案...
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    您好、Vlad、

    IC 中的损耗极小、因为您将 Vout 反馈到 VCCX 引脚。
    主要损耗将在 FET 中、您将在电感器中看到一些损耗。 您可以使用以下链接中的文章估算 FET 中的功率损耗。

    www.ti.com/.../slyt664.pdf

    希望这对您有所帮助?

    David。
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    谢谢 David。 这种联系确实从理论上很好地回答了这个问题。 实际上、虽然我不会花太多时间估算 MOSFET 中的最大功率耗散-但过于详细地介绍了整个项目中每个 MOSFET 的规格收集和计算(项目中有多个与此直流/直流转换器类似的器件)。 有趣的是,这篇文章让我想起了另一篇文章(过去也由您提供)《计算开关中的 MOSFET 效率》: www.ti.com/.../slva390.pdf
    我喜欢上一篇文章,它显示了一些基于传导损耗的简单粗略估算,我在本原理图中将其用于粗略估算。
    我假设所有损耗都分布在 MOSFET 和电感器之间。
    电感器损耗 Pind = Iout x Rindinternal -(该值多少取决于开关频率? 这意味着电感器中的功率损耗估算精度如何?)、
    两个 MOSFET 的总损耗= Ptotal - Pind
    每个 MOSFET 共享的损耗相等、因为它们是相同的、RDSon 是相同的
    PFET =(Ptotal - Pind)/2
    尽管这种方法错误地将 LM5116芯片的功率损耗应用于 MOSFET 封装,但它使整体估算速度更快,而且在安全方面也更准确:)

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    您好、Vlad、


    针对您的帖子提出了几条评论。

    电感器中的损耗由两部分组成。
    A.可估计为 Iout^2*DCR 的 DCR 损耗。
    B.核心损失。 有时、由于所需数据不可用、因此计算起来可能有点困难。 您可以~磁芯损耗 Δ t eaul 到 DCR 损耗。 磁芯损耗也与开关频率有关。 DCR 损耗不是。
    2、顶部 FET 和底部 FET 的损耗不太可能相等、因为顶部 FET 会耗散转换损耗、而底部 FET 不会这样做。 同样、共享的文章也涵盖了这一点。 祝您设计中一切顺利。

    谢谢。

    David。
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    "您可以估计磁芯损耗~等于 DCR 损耗"-考虑到这两个损耗部分、这是否意味着电芯更有可能= 2 x (Iout^2 x Rdcr)?
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    这是正确的 Vlad、就像估算一样、将更接近这个数字...

    希望这对您有所帮助?

    David。
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    感谢 David -我只需在粗略估算中将电感功率损耗加倍、即可进行校正。 关于顶部和底部 MOSFET 散热之间差异的第二点在实际应用中似乎并不重要、因为
    使用相同的 MOSFET -相同的结至顶部外壳系数
    2.测试显示在所有负载范围下测得的相同外壳温度(在引脚热电偶接触顶部外壳时、差异不超过1-2C)
    相同的外壳温度表明两个 MOSFET 的结温和总功率耗散相同。 如果您提到的顶部 MOSFET 会消耗更多的转换损耗(米勒平坦区),则这意味着底部 MOSFET 会平均耗散内部反激式二极管损耗,或者可能更多的导通损耗?.... 但两者测量的总损耗相等。
    再次感谢您的参与。
    Vlad
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    您好、Vlad、

    通常情况下、FET 紧密地放置在一起、因此一个 FET 通常会导致热温升、但温度会在彼此接近的温度下稳定下来。 话虽如此、您在上述假设下可能是真实的、在某些运行条件下是合理的。

    希望这对您有所帮助?

    David。
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    实际上、它们的位置非常接近并相互产生热影响-这就是我们测量触摸外壳顶部位置的原因、顶部阻尼系数最高(18C/W)、从而提供与共享电路板面积的额外热绝缘。 吹气风扇通过在影响另一个封装的实心外壳之前散发辐射的热量、对更多相邻元件进行热绝缘。 这种方法似乎可行,因为输出电感器的位置靠近 MOSFET 之一,但显示出明显的温差。 我认为越多、我就越确信底部 FET 的反激式二极管中耗散的能量就越多、因为它是对顶部 FET 中尖峰的电感"响应"。。。 从而弥补总功率损耗