[参考译文] LM5155：连接24VDC/5.5W 螺线管负载时、器件会损坏

尊敬的 Ishan：

感谢您使用 e2e 论坛。

此 FET 此设计的额定电压仅为60V。
在 SEPIC 拓扑中、SW 电压是 Vin 和 Vout 之和、因此在最大 Vin 为32V 时、SW 上和 FET 上将出现32V + 24V = 56V。
当存在电压尖峰时、电压可能会高于 FET 的最大额定值、因此会造成损坏。
我建议选择具有较高额定电压(最低80V)的 MOSFET。
要查看 SEPIC 设计中的电压和电流电平、您可以免费使用功率级设计器工具：
https://www.ti.com/tool/POWERSTAGE-DESIGNER

我还注意到、耦合电容为200nF。 您也可以考虑增加电容(例如1uF-5uF)。
如需进一步优化值、我建议使用我们的快速入门计算器工具仔细检查设计：
https://www.ti.com/tool/download/SNVR481

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

我尝试了 RD3P050SNTL1 (100V/5A)、但它也在过热、并且有来自 MOSFET 的烟雾。 我将尝试使用另一个高功率 MOSFET CSD19538Q3A、参阅。 在此测试用例中、我还将耦合电容从100nF 增加到2uf。

您是否认为我应该增加输出电容？ 电容器为4.7 μ F。

谢谢！！！！

尊敬的 Ishan：

感谢您的更新。
增加输出电容是使系统更稳定并减少输出电压纹波的好方法。 由于陶瓷电容器的直流偏置降额较强、因此放置一些额外的电容器(或至少放置一些封装)始终是明智的做法。

另一项可以为我们提供有关可能根本原因的更多信息的测试是测量初级侧的 SW 电压。
如果您已经看到强振荡或过冲、则可能与强发热和器件故障有关。 在2.2MHz 开关频率下、开关损耗会 严重影响电路板的热行为。

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

感谢您的快速响应！！！！

我曾尝试使用  CSD19538Q3A 、它也会损坏、漏极和源极短路。

但随后我将4.7 uF SS 引脚电容更改为470 nF、并将耦合电容更改为2.2 uF。 然后我尝试使用 IRFR110TRPBF (100V/4.3A) MOSFET、幸运的是它没有吹风或冒烟、但输出现在是11V、而不是24VDC、输入为20VDC。

我会再尝试一些情况、不确定芯片是否因之前的测试用例而损坏。 所以我会尝试再检查一个可用的板。

谢谢！！！！

Ishan、

很高兴听到 FET 不再断开。
尽管如果设计得到改进、试错是一种快速的测试方法、但我仍然建议在冒更多损坏部件的风险之前重新查看计算。
我已经输入了原理图中的值、发现补偿网络不稳定。 这可能解释了输出电压不能正确上升的原因。
您能否借助我们的快速入门工具再次验证原理图值并优化补偿？
https://www.ti.com/tool/download/SNVR481
对于稳定的系统、我们建议使用60度或更高的相位裕度。

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

感谢原理图验证、但您能否确认是否将开关频率更改为2.2 MHz？ 默认情况下、它的频率为440KHz。

我使用快速启动工具再次进行了计算、并相应地更改了2.2MHz 的补偿网络。 请参阅随附的快速入门表、以获取您的同类参考资料。 如果您查看波特图、60度相位的开关频率需要在100-300 KHz 左右。

我设法得到一个新的电路板、并尝试对其进行测试。 首先、SS 引脚电容为220nF、耦合电容为2.2uF、然后我添加了一个与先前负载的4.7uF 输出电容并联的100uF。

输入为20Vdc (采用原始 MOSFET 设计)、未观察到损坏、但我看到连接螺线管后、输出会立即进行开关。 请参阅随附的波形、供您参考。 使用万用表测量的 RMS 输出为15VDC。

请告诉我您对此有何想法。

PS：原稿  

谢谢！！！！

e2e.ti.com/.../IP_5F00_LM5155_5F00_56_5F00_Excel_5F00_Quickstart_5F00_Calculator_5F00_for_5F00_SEPIC.xlsx

尊敬的 Ishan：

感谢您连接计算器和波形。
输出电容对稳定性有很大影响、因此添加100uF 肯定可以改进设计。 对于104.7uF 的输出电容、补偿目前看起来正常。

看看波形、看起来输出电压缓慢地上升到目标值、但随后会像断续模式那样再次关断。
计算器显示您将峰值电流限制设置为1.65A。 计算得出的实际峰值电感器电流为1.63A、几乎没有任何裕量。
如果此处的问题是 OCP、则需要减小电流检测电阻。

您能否为 R78使用40m Ω 或45m Ω 电阻器并再次进行测量？

谢谢、此致、
Niklas

尊敬的 Ishan：

感谢您的更新。
我将从一位在这种拓扑上有更多经验的 SEPIC 设计专家那里获得一些反馈。
希望这能让我们更深入地了解输出电压不稳定的可能根本原因。

请允许我多花一些时间来讨论此问题。
我会回到你下周开始.

非常感谢您的耐心。

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

当然、这听起来不错...！！！

这是我第一次遵循 Webench Designer 中的参考文献、电路甚至经过多次迭代也没有工作。 我将等待您的回复。

我已经附上了布局快照、以备您参考。

同时、我正在考虑修改 LM5155-Sepic EVM 以实现24VDC 输出并进行检查。 这是可以的,或者你更愿意我等到下周.

谢谢！！！！

尊敬的 Ishan：

感谢布局。 我也会转发此内容。
这马上只有一个问题。 我假设较大的接地平面隐藏在这张图中、对吗？ 不存在会导致热关断的热行为问题、例如 FET 或电感器发热？

请随时同时使用 EVM 执行进一步的测试。 拥有的数据越多、我们找到解决方案的速度就越快。

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

是的、实体填充被隐藏、在第2层中有一个连续的实体 GND 平面。 它是一个8层板、所以我提供了不错的接地/实心平面、在加热方面没有问题。

好了、我会进行 EVM 迭代并更新。

谢谢！！！！

尊敬的 Ishan：

我收到了一些有关 SEPIC 设计的反馈。
您上周发送的 VOUT 的波形 最初看起来像 OCP、但 LM5155应仅启用逐周期限制。 (仅 LM51551启用断续模式)。 器件似乎关断~10ms、因此需要其他机制来触发复位。

同事要求另外两项测量：
- SS 引脚(在 C78处测量)。 如果这里的电压下降、则表明器件确实正在复位
- CS 引脚(在 C69处测量)。 此时将显示是否触发 OCP。 或者、您也可以测量电感器电流、但这需要更多的焊接工作

其他问题：
-电源电压是恒定的、还是 VCC_SOL_IN 上的骤降可能导致 UVLO 触发？
-电感器是否适合 SEPIC 应用? -->如果漏电感很低,电感器是不合适的。 SEPIC 设计需要一定程度的漏电感才能正常运行。

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

我一直在尝试获取请求的波形、但每次连接负载(24V 5.5W 螺线管)时、MOSFET 过热并损坏。 我已经获取了 MOSFET 过热时 CS 引脚和 SS 引脚的波形。 请附上以供参考。 请注意、它适用于30mA 电磁阀负载、随着负载增加、FET 损坏问题也会发生。

对其他问题的答复：  

-是的,我使用台式电源,它是恒定的。  

-电感器看起来很好,因为我之前使用具有相同电感器的 LM3478的 SEPIC 设计,在相同的电磁阀上完全工作。 由于 LM3478中没有软启动、因此我不得不放弃该配置并根据您的建议选择 LM5155。 因此、启动时会出现浪涌、而根据我们的产品规格、这是不可接受的。

这 是同一主题的链接。

我想这将需要更多的时间和精力、到目前为止、我已经用完了新鲜的电路板、组件和时间。 我需要最终确定设计、我已搜索 TI 参考设计库、并找到一个  可根据我的要求工作的参考设计 PMP5647。 该评估板不可用于评估、因此我想确认这一点已经过验证、可以与螺线管负载配合使用。 如果是、那么我只需更新我的设计。 请告诉我。

PS： 对于相同的输入和输出、Webench 展示了与 PMP5647原理图相比稍有不同的设计。 因此、我有点担心、如果需要遵循 Webench 或 PMP5647原理图、请告知我。  

谢谢！！！！

尊敬的 Ishan：

我非常遗憾地听到最后一个板坏了,我们没有找到根本原因,尽管所有的时间投资。
我无法解释为什么设计适用于 LM3478、并且在切换到 LM5155后会出现问题。 根据经验、LM5155的性能比旧版 LM3478器件更加一致和稳定。

关于波形、  
SS 引脚电压未下降、这意味着器件不会因过热等原因复位。
CS 电压 大幅高于100mV OCP 阈值。 尽管我不能说这是由于噪声或测量不准确造成的、但400mV 的峰值表示电流比预期高得多、应该触发 OCP。

 您提到的 PMP5647设计是经过验证的设计、已经过构建和测试。 您可以将 BOM 和设计重复用于您的应用。 螺线管负载在这里不应产生影响。 (如果您要确保负载不是问题、可以使用阻性负载和电磁阀进行测量、以检查差异)

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

感谢您的友好和详细的回应。

CS 引脚高于 OCP 阈值、因为 MOSFET 会在连接负载后立即燃烧。 我尝试使用额定电流为2A 至13A 的 MOSFET、它们全部损坏。 但我无法找到为什么会发生这种情况。

我仍然很好奇为什么即使经过这么多的努力,它仍然不起作用,我可以运送一个电路板,如果你可以检查. 请告诉我

我曾尝试在 LM5155 Sepic EVM 套件上更改24VDC 输出的反馈电阻器和补偿网络、但输出仅为1.5VDC 且不稳定。 我没有任何备用的10uH 电感器、因此保留了电感器、因为它是1.5uH。 如果您可以将其修改为24VDC 输出、我也可以派送此套件。

感谢您对 PMP5647的确认、我现在打算使用它。

感谢您的全力支持！！！！

尊敬的 Ishan：

MOSFET 出现故障的最可能原因是过热或过压。
第一个 FET 器件的额定电压为60V、因此 SW 说明上的电压尖峰可能会超过该额定值并断开 FET。
之后、您使用了100V FET、因此我假设过压不会再造成危害。
但是、无论您使用的当前额定器件是什么、它们似乎都导致相同的故障。

我们的团队目前面临非常高的工作量、因此派入板在我们的实验室中进行测量可能需要相当长的时间才能获得结果。
如果您不在 EVM 板上、它一定会向您发送一些免费样片、以便您继续测试。

不过、我们没有任何 PMP5647设计的样片。

您修改的 LM5155 SEPIC EVM 套件能否在24V 下正常工作、或者您在这里看到相同的问题吗？

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

 我曾尝试在 LM5155 Sepic EVM 套件上更改24VDC 输出的反馈电阻器和补偿网络、但输出仅为1.5VDC 且不稳定。 我没有任何备用的10uH 电感器、因此保留了电感器、因为它是1.5uH。 如果您可以针对24VDC 输出进行修改、我可以派送此套件。 请告诉我。

到目前为止、还没有电路板和 EVM 套件的幸运测试迭代。  

谢谢！！！！

尊敬的 Ishan：

感谢您的澄清。
我们无需发货 EVM 套件、因为我们在实验室中拥有相同的套件。
应该可以将 SEPIC EVM 输出调整到24V 并保持相同的电感。
为了保持最大输出功率相同(24W)、我会将最大负载减少至1A、而不是2A。

只需改变反馈电阻、您还会影响补偿网络、 因此、为了使系统更加稳定、您也可以调整 EVM 上的补偿。

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

我尝试过使用套件、但它不起作用。 我仍然可以根据您的建议和检查做一些修改。

在最坏的情况下、您是否能够运送具有24VDC 1A 输出的 EVM？

请告诉我。

谢谢！！！！

尊敬的 Ishan：

我使用了一个 LM5155 SEPIC EVM 板、仅将输出电压更改为24V
(R11从4.64k Ω 更改为2.4k Ω)

在12V 输入下、输出在我这边稳定运行、无需进行任何进一步修改：
黄色：输出电压
蓝色：SW

您能否确保测试设置、电源和电子负载没有问题？
如果您可以进行类似的波形测量并将其发送、也会很有帮助。

谢谢、此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

我没有机会使用该套件进行测试、但根据我们之前的讨论、我已经设计了一个基于 PMP5647电路的独立电路板。 我对它进行了测试、并能在电磁阀负载下正常工作。

我对 PMP5647设计中的 C28和 R101元件有疑问、是否可以询问它们的重要性？ 我在使用和不使用这些元件进行了测试、并且设计正常、对输出波形没有影响。 我的电路板空间非常紧凑、如果这两个组件不是很重要、我更愿意保留它们。

请告诉我。

谢谢！！！！

尊敬的 Ishan：

C28和 R101可使用并非为 SEPIC 应用而设计的耦合电感器。

但我 建议查看为 SEPIC 转换器(具有足够高的漏电感)设计的和电感器。

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

根据我的理解、如果电感器不是为 SEPIC 应用设计的、则需要 C28和 R101。

但我正在使用的电感器"MSD1278H-183MED"适用于 SEPIC 应用。 那么、我可以跳过 C28和 R101吗？

这是否会对电路的 EMI/EMC 性能产生任何影响？

我在 PCB 上有点空间不足、因此如果需要这个 RC 网络、我可以使用一个小电容器吗、因为目前的电容器很大。

请告诉我。

谢谢！！！！