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[参考译文] UCC27524：用于 TMS3705的 UCC27524范围扩展器解决方案

admin
Guru**** 2493175 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC27524, TMS3705

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/705467/ucc27524-ucc27524-range-extender-solution-for-tms3705

器件型号：UCC27524
主题中讨论的其他器件： TMS3705

您好！

我对如何计算 scba031中描述的范围扩展器解决方案的热耗散有疑问。

这将有助于我决定 UCC27524的散热器解决方案。

具体而言、如果 Vcc=15V、使用默认的3.3nF/440uH 线圈(假设线圈在134.2kHz 时具有10 Ω ESR)、用户将如何确定：

 UCC27524中耗散的功率？

我已经在 UCC27524的数据表中阅读了功率耗散部分、但它用于驱动 MOSFET 的应用、其中用于为栅极电容充电的大部分能量会以热量的形式损失。 在范围扩展器解决方案中、还有大量功率会变为无功状态、并在每个周期内存储在线圈中。

谢谢、

Nick

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    TI__Guru**** 2493175 points
    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、Nick、

    今天是美国的银行假日、因此我的应用工程师将在我们的办公室开放时对您的问题做出回应。
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    TI__Guru**** 2493175 points
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    您好、Nick、

    感谢您询问 UCC27524。 我是一个将为您提供帮助的应用程序。 让我联系制作此应用手册的设计人员、了解他们对此问题的看法、让我尽快向您更新。

    天线是电阻、电容和电感复杂负载。 数据表指定了纯电容线性负载的功耗。 要找出复数非线性负载的功率损耗、我们需要将这些组件分离以进行叠加、以便将它们插入线性方程中。

    栅极驱动器的功率耗散、驱动器损耗、可被视为内部输出级阻抗与充电路径中阻抗所消耗功率之比。 对于复杂的负载、需要获取一个复杂的天线阻抗模型、然后通过仿真来实现复杂的电压和电流。 当天线在134.2khz 时从15V 切换时、我们获得驱动器行为的复杂值后、可以使用线性方程。

    电容负载的最大功耗可从 P=Q*V*Fsw (Q*V 是能量)中找到，其中 Q=CV 是电容， 当峰值电流在每个开关周期中出现时、会出现最大功率耗散、因为电容充当高频短路、对于高电流栅极驱动器脉冲、FET 负载 CGS 看起来像驱动器看到的短路。 对于电感器、Q=LI^2、这使得功率耗散公式 P=L*I^2*Fsw。 由于负载的非线性、求解该方程并不能给出实际答案、峰值电流似乎不会达到5A 峰值、而是由天线的复合阻抗确定的较低值。

    L=uH 大于典型的 nF 电容值->这意味着为电感器充电的能量和需要耗散的更多能量 I = 5A 峰值、大于天线驱动器的1A 峰值->但这将使功率耗散增加25倍 由于存在电感负载、开关电压/电流可能在关断期间重叠、在导通期间缓慢斜升、这将使开关损耗问题进一步复杂化。

    由于频率上的 ESR 为10 Ω、天线还可用作小型散热器栅极电阻器。 该 ESR 将充当电阻分压器或分热器、并将功率耗散或总能量与路径中的其他电阻(如4R7)进行比值。

    谢谢、
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    TI__Guru**** 2493175 points
    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 Jeffrey：

    感谢您的回答。

    很抱歉，但答案对我来说还是有点含糊。  

    复杂的天线模型只是一个电感为440uH、电阻为10欧姆的线圈(忽略皮肤/接近效应等)。 因此，线圈的阻抗将是10+I*2*PI*134.2k*440uH，与谐振电容配对。 或基本上是串联 LCR 网络。

    我知道、考虑到 TMS3705的各种工作模式、这可能会很棘手、并且驱动电压实际上是具有更高频率组件的方波。 为了使生活变得简单、让我们只考虑连续充电的情况。

    我想知道在球公园中、驱动器消耗了多少功率、因此空间受限应用中散热器的 PCB 面积也是如此。   

    我不介意复杂的代数或微积分、如果您不能在这里写下完整答案、我也不介意阅读技术文档。

    但是、请告诉我您在获得最终答案时所做的假设。

    非常感谢、

    Nick

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    TI__Guru**** 2493175 points
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    您好、Nick、

    我仍在等待设计人员的回复、并将尽快为您提供最新信息。

    为了更新我的响应、从图13中可以看出、由于驱动方案会交替输入、而不是始终如一地使134.2khz 输入发生变化、我想我们可以将其视为功耗方面的一个驱动器。 我们只需要考虑驱动器实际输出的电流大小。

    电感将电流限制为以 dV/L 的速率斜升、 电流应仅达到斜坡乘以占空比的高值。天线的时间常数 L*R 远大于周期甚至 R*C 常数，因此天线可能未完全放电。 因此、驱动器经历的 Δ V 不足以产生足够大的峰值电流、从而在驱动器中产生过多的损耗。

    电容的功率耗散可通过 C * V^2 * FSW 估算、假设 CV^2 = LI^2我们得到 L * I^2 * Fsw、其中 L 和 Fsw 固定为440uH 和134khz。唯一的变量是驱动器将输出的电流大小。 我们可以说、峰值电流是栅极电压除以环路电阻的差值。 I_PEAK = dVdriver/Rdriver。 如果电感器已充电、则 dVdriver 最多为5、因此如果 R_driver 为15欧姆、I_peak 约为300mA。 这会在134.2khz 下产生大约5W 的功率耗散(主要由10欧姆天线耗散)。

    您可以查看有关栅极驱动器基础知识第2.7节(功率损耗) 的优秀应用手册()。 这是否消除了一些困惑？

     

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    TI__Guru**** 2493175 points
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    您好 Jeffrey、

    感谢您的回答。

    1."如果电感器已充电、dVdriver 最多为5个"

    什么是 DV 驱动器？ 您如何知道它是5V？ 这是 VGS 吗？  

    在本例中、VDS 为15V。

    什么是 R_driver、您如何知道它是15欧姆？ (UCC27524数据表中的哪个页面？)

    3.如何获得5W 的功率耗散？ 根据您的说法 (主要由10欧姆天线耗散)、那么 UCC27524中耗散的功率是多少？

    谢谢、

    Nick

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    TI__Guru**** 2493175 points
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    您好、Nick、

    我想 VCC=15V 是施加到栅极的驱动器电压(Vdriver)。 如果在 FET 关断时天线的电感器部分未完全放电、则天线将从10V 切换至15V、因此天线每个周期仅具有5V 摆幅、这将限制功率耗散。

    驱动器电源电压是多少？

    在室温下、UCC27524的最大功耗约为0.88W。

    如果我们仅考虑10欧姆天线规格的电阻部分

    V^2/R 平均功耗表示天线耗散约23W (如果天线电压返回0V、则传感器每个周期都会耗散该功耗)

    根据栅极路径上的电阻比、66%来自10欧姆、33%来自4.7欧姆将分别在路径中耗散。

    这使得栅极路径中只有大约1%的总电阻来自驱动器的内部输出结构(0.5 ROL)。

    23W 的1%为0.23W、这小于最大功率耗散

    您能否仿真该电路或对其进行基准测试以查看栅极电流波形？

    这将使我们能够了解驱动器灌电流和拉电流的大小、因此也可以了解驱动器的耗散电流。

    我们可以获取该电流、然后乘以 Ro/Rol、然后我们就可以知道每个周期内部消耗的实际功率。

    谢谢、
  • 0
    TI__Guru**** 2493175 points
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    尊敬的 Jeff：

    根据我的理解：
    如果我们看看 scba031中的图2、则 UCC27524的电源为12V、在本例中为15V。
    栅极电压为5Vpp 方波(0V 或5V 偏置、2.5V)、由 TMS3705输出。

    两个栅极以134.2kHz 的频率交替打开。
    当通道 A 导通或短接至 Vcc=15V 时、UCC27524为 L1充电。 通道 B 对地短路。
    因此、环路具有 L、C、两个4R7电阻器和 ROL + ROS。
    通道 A 拉电流和通道 B 灌电流。


    当通道 B 导通或短接至 Vcc=15V 时、UCC27524会为 Cres 充电。 通道 A 对地短路。
    因此、环路具有 L、C、两个4R7电阻器和 ROL+ROS。
    通道 B 拉电流和通道 A 灌电流。

    假设 LC 处于完全谐振和完全充电状态(几 ms 后将发生这种情况)、L 和 C 的阻抗相互抵消。
    对于每半个周期，电压为15V，路径上的最大电阻为10+2*4R7+1+7.5，电流为0.54A。
    驱动器中耗散的最大功率为0.54^2 *(1+7.5)=2.48W。

    有人提出了一些关键假设，例如驱动器输出一个134.2kHz 的方波，该方波具有计算中未考虑的更高频率分量，并输入谐振频率为134.2k 的串联 LC 网络。

    另一个假设是，在 UCC27524中，ROL 和卢武铉是唯一的阻力或欧姆损失。 未考虑开关损耗/栅极驱动损耗。 您认为这对我的应用是可以的吗？
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    TI__Guru**** 2493175 points
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    您好、Nick、

    感谢您让我了解了这种拓扑的工作原理。
    谐振或开关频率为134.2k？ 我想的是 FSW。
    这种平均电流值似乎还可以、但我看到的唯一不一致之处是、卢比不等于7.5欧姆。 UCC27524数据表的第14页显示，ROS 动态等于1.5*ROL=1.5欧姆。 这使得电流为680mA、驱动器中耗散的功率约为1.2W、约为300mW。 我建议增加4R7栅极电阻器。 增加至6R 及更高值会将驱动电流减小至.375、以使结温保持在 rec op max 以下

    请告诉我这是否对您的问题没有帮助。
    谢谢、
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    TI__Guru**** 2493175 points
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    尊敬的 Jeff：

    如何确定驱动器中的最大功耗？

    数据表中的某处写入了该数据吗？

    谢谢、

    Nick

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    TI__Guru**** 2493175 points
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    您好、Nick、

    感谢您的更新、

    数据表中包含此信息。 但它仅适用于容性负载。
    查看第9.2.2.5和11.3节

    另请参阅《IC 封装热指标》(SPRA953)的第一部分。 它介绍了如何找到您自己系统的 RJA、以便您计算 PCB 上驱动器的最大允许功率耗散。

    谢谢、