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[参考译文] LM51231-Q1:从 VIN = 3.3V 更改为 Vout= 20V、支持60W 设计

Guru**** 2468610 points
Other Parts Discussed in Thread: LM51231-Q1, LM51551-Q1, LM51551, LM5155

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/1377725/lm51231-q1-vin-3-3v-to-vout-20v-with-60w-design-support

器件型号:LM51231-Q1
主题中讨论的其他器件: LM51551-Q1LM51551LM5155

工具与软件:

尊敬的 SIRs:

我们不确定是否可以使用 LM51231-Q1来设计异常高的升压转换器:

VMIN = 2.5V
Vnom = 3.3V
Vmax = 3.7V
VOUT = 20V
Iout = 3A

它将用于 驱动20V BLDC 电机、因此无需担心输出纹波。 此外、输出将仅用于短时间(最多2s)。 但空间非常受限。

TI 是否有任何关于此类设置的问题?

非常感谢

约恩·伊伦堡

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    您好、Joern、

    感谢您通过 e2e 联系我们。

    通常、可以将升压转换器的电源连接到其自身的(升压)输出。
    因此、例如、如果汽车的正常输入电压为12V、而在冷启动期间、它可能会降至3V、
    在此期间、升压器可以继续产生12V 电压、并将由其自身的输出电压供电。

    但是、每个控制器都需要一个启动电压、必须满足或超过该电压才能使它结束复位。
    此外、需要该电压来驱动外部 FET 的栅极。

    LM5123的启动电压为3.8V。 因此、即使最大输入电压也低于该值。
    我们的任何升压转换器都无法以您需要的低电压启动。

    为了解决这个问题、您可以使用一个小型电荷泵基本上启动升压转换器、直到它能够生成其自己的电源。

    此致
    哈利

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    您好、Harry:

    非常感谢您的支持。 我们正在寻找一个占用空间可能更小的替代解决方案:
    - TI LM51551-Q1
    - ON-Semi NVLJWS5D0N03CL FET
    -二极管 PMEG4030ER-Q
    - 0.33 μ H 电感器(Coilcraft XGL4020)

    我们有一个稳压3.3V 电源。我们想知道是否可以使用该3.3V 电源(通过 BIAS 引脚)为 LM51551供电? 以便能够在低至2.5V 的电压下工作。

    此致

    Joern

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    您好、Joern、

    我现在感到困惑。 您的初始帖子中可能有一个拼写错误。
    最大输出电流是多少? 预期输出功率是多少?
    如果是3A@20V、它如何在二极管和3A 最大电流的情况下工作?

    2.5V 最小输入电压时的60W 意味着24A 的平均输入电流加上损耗和容差。
    在这种情况下、60%的纹波可能不够、因此您的峰值电感器电流很容易超过40A。

    在常规升压拓扑中、该电流也将流过高侧开关(异步情况下为二极管)。
    这意味着12W 损耗-就在二极管中(!)

    您也许能够通过(非隔离式)反激式拓扑解决这个问题、在这种拓扑中二极管只能看到峰值输出电流。

    无论如何、如果将偏置和 VCC 连接到该3.3V 电源、并使功率级输入完全独立、该控制器将能够启动、也将能够启动
    支持功率级的输入电压低至2.5V。

    但请注意您选择的 FET、因为最大栅极电压将低于这些3.3V。
    此外、3.3V 电源还需要为控制器和 FET 提供足够的电流。

    本信函及任何相关信函中的所有信息均"按原样"在"包括所有缺陷"的前提下提供、并且受 TI 重要声明(www.ti.com/.../important-notice.shtml)的约束。

    此致
    哈利

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    哈利、您好!

    再次感谢您的支持。 我们有6节并联配置的锂离子电池。 每节电池的放电电  流最高可达5A。 我们有一个小型升压器可以为逻辑电源提供3.3V 电压... 主要应用是 以极短的突发时间驱动24V BLDC 电机(最大2s、大约每24h 10-20次)。  

    我们可以稍微调整电机前面的齿轮箱、使 BLDC 电机达到24V/2.65A。 这将大致转换为每个电池单元3V/3.5A。 我们可能会生活在3V 电压下作为最小输入电压。 由于最大电池电压、进入升压转换器的最大输入电压将为4V。
    我们的空间非常受限、因此每增加一平方毫米就会受到很大的伤害。

    您对 TI 器件有何建议? 我们与 OEM 客户签订了 NDA、如果我们与 TI 签订了 NDA、我们可以与您共享更多信息。

    非常感谢、此致

    Joern

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    您好、Joern、

    首先、我想更正我之前的陈述。
    峰值电感器电流很容易超过40A、在常规异步升压拓扑中、二极管必须能够处理该峰值电流。
    不过。 (热)损耗通过平均负载电流计算得出。 但这仍意味着需要2.4W 或更高的热耗散。
    因此、需要采用非常大的封装的二极管加上一些冷却概念(同样在负载仅连接两秒的情况下也是如此)。

    我还希望将您的期望设定正确:
    e2e 论坛仅讨论我们器件的技术问题。
    我们无法帮助您解决任何与 NDA 相关的问题、也无法为您创建设计。

    以下是关于您所面临问题的一些想法。

    - 3.3V 作为"启动"电压仍然过低。
    即使我们的某些控制器的内部逻辑可以在电压达到该值时启动、也很难找到能够在低于3V 时完全导通的 FET。
    如果您想为升压器提供其自身的(升压)输出电压、还需要在辅助电压和我们的控制器电源之间连接一个二极管、这将进一步降低栅极电压。

    我跟一位同事说过、他也不能推荐任何能够处理此限制的 FET。
    如需一些建议、请直接与 FET 制造商联系。

    长话短说:
    您需要使用某种倍压器来产生5V 或更高电压、以便正确启动升压级。
    如果3.3V 电压是由开关模式转换器产生的、例如、您可以使用该转换器的开关节点的频率、并添加一个通过一些电容器和二极管构建的分立式电荷泵。

    -有一个占空比限制。 Vin 的升压系数 Vout = 1 : 8几乎处于边缘位置
    LM5123无法真正解决这个问题、因此不建议将其作为解决方案。
    LM5155将更加合适、因为可以使用外部电阻器调整斜率补偿。
    基于 LM5155的(非隔离式)反激式拓扑甚至会更好、因为变压器的传输比将有助于降低占空比、还会降低流经二极管的峰值电流。

    -我假设有某种控制器,将打开负载每小时左右。
    因此、在大多数情况下、转换器可以在空载条件下工作。
    或者您是否打算随负载一起启用升压级?

    我们建议控制器在没有任何负载的情况下使升压级打开。
    然后、当输出电容器充电时、打开负载/电机。
    某些微控制器要么负责定序、要么您可以使用一些 R/C 延迟阶段。
    您也可以使用来自 LM5155的 PowerGood 信号来开启负载、从而避免增加任何额外延迟。

    请在我们的网站上查看该设计、该设计是一个类似的概念(但具有不同的电压、电流和时序要求):
    https://www.ti.com/tool/PMP30790 


    本信函及任何相关信函中的所有信息均"按原样"在"包括所有缺陷"的前提下提供、并且受 TI 重要声明(www.ti.com/.../important-notice.shtml)的约束。

    此致
    哈利