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[参考译文] LMG3422R030:关于高运行开关频率和放大器的咨询;PCB 布局设计

Guru**** 1630180 points
Other Parts Discussed in Thread: LMG3422R030, LMG3410R150
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/1201366/lmg3422r030-inquiries-regarding-high-operational-switching-frequency-pcb-layout-design

器件型号:LMG3422R030
主题中讨论的其他器件: LMG3410R150

您好!

我是一名本科生、正在从事题为"基于 GaN 的 D 类音频功率放大器的设计和实施"的毕业项目。 对于开关器件、我们选择了  LMG3422R030。 但是、与数据表一起提供的评估套件使用的开关频率低于200kHz。 我们的目标是让 GaN 以500kHz 的开关频率运行、因此我们有以下问题:

1) 1) 器件是否能够以所需的频率进行硬开关? 数据表中 提到了2.2 MHz 的最大开关能力、但该图是硬开关还是软开关的?

2) 2)需要对原理图进行哪些必要的更改才能实现所需的开关频率?

3)在提供的评估套件中、PCB 由4层组成、但未详细描述这些层。 PCB 中每一层的精确用途是什么? 无论是 PWR、GND、信号还是其他。

此致、谢谢。

I. SHAHAM

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    您好!

    1. LMG3422R030可以电气处理500kHz 时的硬开关。 它是否能够在500kHz 时热处理硬开关取决于冷却能力、电流、尤其是输入电压。

    2.更改原理图没有帮助。

    3.该 EVM 不会将层仅分配给一项任务,如电源、信号或接地。 您可以查看 LMG3422R030数据表、了解布局指南。

    谢谢。

    特拉维斯

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    感谢您的答复特拉维斯先生!

    关于数据表中的第一个问题、您能否请告诉我? 明确指出器件可以在更高的频率下在硬开关模式下工作。

    此致。

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    尊敬的 Imad:

    数据表中并未说明在500kHz 频率下该器件会处理硬开关、因为它取决于应用、尤其是在热性能方面。

    数据表的"栅极驱动器"部分说明了2.2MHz 的最大栅极驱动频率、栅极驱动器不关心硬开关与软开关。 LMG3422可以非常低的输入电压和电流在高达2.2MHz 的电压下进行硬开关。

    您需要计算功率损耗、以确定您的设计是否可以处理500kHz 的硬开关。

    谢谢。

    特拉维斯

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    再次感谢特拉维斯先生!

    详细信息。 做起来容易吗? 它通常是如何计算的?

    我们的目标是在8欧姆的负载扬声器上实现500W RMS 的功率。 带+100Vdc 电源轨的全桥接。

    原谅我缺乏知识

    谢谢!

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    尊敬的 Imad:

    如果您希望对开关损耗进行理想的估算、则没有任何替代方法可以使用基准测试。 功率损耗测试是我们半桥 EVM 的主要目的之一。 此外、进行高精度计算也很重要。 本文档更详细地介绍了:

    https://gansystems.com/wp-content/uploads/2018/04/APEC18-Parasitic-Capacitance-Eqoss-Loss-Mechanism-Calculation-and-Measurement-in-Hard-Switching-for-GaN-HEMTs.pdf

    话虽如此、几乎所有 GaN 硬开关的主要损耗都是 Rdson 损耗、重叠损耗和 Qoss 损耗。

    下图展示了 LMG3422R030电感开关损耗:

    对于本示例、我将假设其中一个半桥的占空比为50%、RMS 为5A。

    每个 FET 的导通电阻:3.5A * 3.5A * 0.03Ω= 0.37W

    图中的开关能量(主要来自 Qoss)在5A 时为~70uJ。 由于是在480V 电压下测量的、因此您应用的实际损耗将低得多。

    即使在480V 电压下、500kHz 时每个 FET 的总损耗约为35W、可通过散热器和气流进行管理。 实际上、由于输入电压较低、损耗应该比35W 低几倍。

    请注意、 这是一个粗略的计算、旨在提供对损耗的粗略估算、但 如果您需要 准确的信息、则应进行基准测试。

    此外、LMG3422R030对于该应用来说似乎过大、这会影响效率。 为了降低损耗、您可以考虑切换到 LMG3410R150等较小的 FET。 而且、价格还不到一半。 如果您要执行功率损耗测试、我们有两种器件都适用的 EVM。

    用于比较的 LMG3410开关能量图:

    谢谢。

    Travis。