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[参考译文] LM5122:SW 输出失败

Guru**** 1860740 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5122, LM5121
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/1376014/lm5122-sw-output-failing

器件型号:LM5122
主题中讨论的其他器件: LM5121

工具与软件:

尊敬的 TI 团队:

具有相同标题的原始线程被锁定。 因此、设置和条件与原始主题相同。 我们还有其他问题需要解答、以便找出器件故障的根本原因。

我们认为、器件故障仅在启动阶段发生、而不会在正常运行(稳态)期间发生。

我们已从您的网站下载了 LM5122 PSpice 模型修订版 B (SNVM416B.ZIP)、并使用 PSpice 我们的电路进行了仿真、发现有时死区时间控制似乎无法按预期工作(死区时间= 0)。 因此、我的问题是:

Q1:仿真是否反映了内部状态机行为的真实电路行为、尤其是在启动期间?

Q2:自适应死区时间控制是否始终有效、尤其是在启动期间?

Q3:在自适应死区时间控制方面、什么可以"启动"LM5122状态机?

Q4:您能否说明一下、如果软启动时间(通过软启动引脚处的电容器进行控制)小于为输出电容器充电所需的实际软启动时间、会发生什么情况?

实际上 CSS=47nF。 输出电容器的充电需要大约100ms。 遗憾的是、我们不能选择增加软启动电容器、因为电容值也会影响启动延迟。 我已经在 E2E 论坛上提出了一个有关此主题的专门问题。

关于死区时间控制、数据表在第7.3.8节中列出了一些信息。 另请注意:

"这项技术可确保任何尺寸的 N 沟道 MOSFET 器件具有足够的死区时间、尤其是当 VCC 由更高外部电压源供电时。 添加串联栅极电阻器时要小心、因为这可能会缩短有效死区时间。"

Q5:究竟是什么意思?"...当 VCC 由较高的外部电压源供电时。" ?

关于栅极电阻器: 我在 E2E 论坛中已经看到栅极电阻不高于10欧姆的指示。 我们实际上对两个 MOSFET (高侧和低侧)使用了大约5 Ω 的栅极串联电阻器。 我认为这应该是可以的。

欢迎提出任何解决器件故障问题的想法。

提前感谢!

此致:Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    感谢您使用 e2e 论坛。
    我目前没有对原始线程的引用。 如果上一个线程有助于理解上下文、您可以在此处链接它吗?

    关于仿真问题:
    Q1:仿真是物理器件的简化版本。 在实现功能和核心特性时、没有器件差异、噪声或温度仿真。 所有值均基于典型数据表参数。
    Q2:驱动器在软启动和正常运行期间的调节是相同的、因此虽然电压基准和 PWM 占空比可能会随软启动到正常运行而变化、但驱动器本身不应受到影响
    Q3:现在我不能说什么可能导致死区时间控制故障
    Q4:如果软启动时间短于建议值、预计浪涌电流会更高、输出电压可能会过冲。 如果只有稳态行为与仿真相关、则只要浪涌电流较高而未触发断续过载保护、则更小的软启动时间是有效的选项。
    Q5:VCC 通常由一个内部 LDO 生成为7.6V 的电压。 如果 VCC 由12V 电源等外部供电、则驱动器电压也会从7.6V 增加到12V、这可能会导致栅极的上升时间更陡。

    为了更深入地探讨描述的问题:
    您提到了零死区时间。 这是否意味着您会在每个开关事件中看到短路?
    您能否分享一下相关的波形行为、以便更好地了解栅极信号到底发生了什么?

    谢谢、此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    感谢您的反馈。 以下是指向原始主题的链接:

    https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1346094/lm5122-sw-output-failing

    你提到了一个0的死区时间。 这是否意味着您会在每个开关事件中看到短路?

    澄清我的发言。 到目前为止、仅通过仿真观察到死区时间大约为0的问题。 因此、我询问了仿真中的限制。 此外、"短路"仅发生几次。 我尝试在启动阶段在电路板上测量高侧和低侧 MOSFET 的两个栅极控制信号(LO 和 HO)。 您可以在下方找到一个 PSpice 窗口的绘图窗口、其中显示死区时间接近零的事件。 I (Q3:D)是流经开关 MOSFET (低侧)的电流。 我添加了一条垂直线来帮助查找。

    此致

    Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    感谢仿真波形。
    我同意您的观察、即此开关事件存在死区时间违例。 我们从未在物理器件上遇到过这样的情况、因此这应该与仿真模型相关。
    我将了解该模型、并检查这里是如何实现死区时间的。
    我还将邀请我们的 MOSFET 和自适应死区时间控制专家。

    同时、能否告诉我、您是使用 MOSFET 模型进行仿真、还是使用仿真原理图中的理想开关进行仿真?

    谢谢、此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    很抱歉耽误您的响应。 我在实验室中执行了一些额外的测量。 首先我会回答大家关于仿真的问题:

    我们针对 MOSFET 使用了与您在仿真中提供的相同(通用)的 SPICE 模型(SNVM416B.ZIP)。 我根本没有更换电源组件。

    其次、我同意您的观点、仿真中看到的死区时间问题只是仿真问题。 我在启动期间执行了一些测量(HO 和 LO 信号)、从未出现过违反死区时间控制的情况。 因此、我将重点放在这个问题上。

    测量结果表明、我们在设计中遇到问题的根本原因。 本例中的问题是、由于输入线路电压下降、LM5122将很快被禁用、然后重新启用。 禁用时间约为200us - 300us。 在此期间、经过几个启用周期后、升压输出电容器上的电压仍处于调节点(在本例中为大约66V)、因为此时升压器输出端基本上没有负载。 如果重新启用 LM5122、 低侧开关将不会立即打开。 因此、高侧开关会受到控制导通(MODE 引脚= VCC =强制 PWM、同步开关)。 这会导致反向电流进入输入电源路径(通过升压电感器的负电流)。 在我们的设计中、这会导致电流通过开关 MOSFET、远远超过"正常"应力。 我们可以清楚地看到、这会同时发生、软启动已完成、因此 LM5122处于闭环控制中。

    最初的设计人员在升压转换器输出上包含了一个受控负载。 可控负载、从而保持高效率。 我们已经看到在额外负载下、升压器电压只有很小的下降、但似乎足以消除负升压电感器电流、因此、我认为我们已经非常接近一个解决方案。 这些条件应确保、如果开关在开关时仍然使用充电的输出电容器、则低侧开关应先启动、而不是高侧开关。 低侧开关会导致输出电压增加、如果输出电压仍处于调节点、低侧开关将不会首先开关。

    最后需要解决的问题如下:

    Q1:您能否确认上述有关 LM5122 PWM 控制器以充满电的输出电容器重新启用的理论?

    Q2:要确保开关始终通过 LO 启动、稳压电压应下降多少个百分点? 我认为、虽然比调节点低一些 mV 是足够的、但我不确定。 我可以尝试在实验室或模拟、但根据经验、您也有一些经验法则适合我。 这些信息只有助于增加必要的(最小)负荷。

    Q3:是否有任何其他设计更改建议、以避免在几毫秒(数百 us)范围内以非常短的输入功率削减出现负升压电感器电流?

    提前感谢!

    此致:Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    感谢您的详细响应。

    我收到了有关初始自适应死区时间问题的反馈。
    该器件具有最短死区时间、因此即使在最小死区时间设置下、器件也不可能以0ns 的关断时间进行开关。
    这只是一个仿真误差。

    关于新说明:
    在正常调节或启动期间、应该不能只有高侧 FET 在没有低侧 FET 的情况下进行切换。 唯一的例外是旁路模式的激活。 旁路模式可直接从启动开始实现、但旁路触发条件是软启动完成且 FB 电压高于基准电压、这意味着 Vout 高于目标电压。

    即使器件关断和导通、也不应触发旁路、因为 Vout 不应高于目标值。
    为了确认从输出端到输入端的电流回流是不是由于意外的旁路触发器引起的、是否可以在 Vout 电压(甚至 FB 电压)上进行一些测量、以检查它是否在复位期间高于目标/基准电压?

    关于 Q2:旁路模式触发器没有额外的比较器或迟滞。 数据表仅提到"Vin 等于或高于 Vout"。
    FB 基准电压列出的精度为~3%、因此、如果在器件开启且软启动完成时 Vout 将比目标低5%、则触发 BYPASS 的风险应该很低。

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    能够测量信号。 请查看下图。

    案例1。 升压器输出无负载

    示波器设置1:CH1:FB、CH2:软启动、ch3:28V 转换器电源输入、CH4:升压器电感器电流

    概览                                                               缩放

    示波器设置2:ch1:FB、ch2:Ho、ch3:lo、ch4:升压器电感器电流

    概览                                                               缩放

    案例2. 在升压器输出上具有3k9负载(大约66V)

    示波器设置1:CH1:FB、CH2:软启动、ch3:28V 转换器电源输入、CH4:升压器电感器电流

    概览                                                               缩放

    示波器设置2:ch1:FB、ch2:Ho、ch3:lo、ch4:升压器电感器电流

    概览                                                               缩放

    因此、我对数字的解释如下:

    案例1:一次出现负电流、软启动已经完成、因此 LM5122已经处于闭合控制环路中。 FB 电压已达到目标->首先自达到目标电压后没有开关、然后进入旁路模式。

    案例2:在启动期间、直到软启动结束、LM5122在仿真二极管模式下运行、然后进入 FPWM 模式。 软启动电压略高于1.2V ->从软启动转换为闭环调节 、因此存在负电流、但不会像旁路模式那样高。

    因为在我们的设计中、旁路模式会导致过多的电流消耗、我们希望避免这种情况。

    问题1:以上解释是否正确、或者我是否漏掉了一些东西?

    Q2:除了添加负载之外、还可以采取什么措施来避免 LM5122进入旁路模式?

    提前感谢!

    此致、Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    感谢您提供详细的屏幕截图。
    请允许我多花一些时间来回顾波形并与我们的设计工程师讨论此行为。

    我会在明天之前给您提供反馈。

    此致、
    Niklas

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    尊敬的 Andreas:

    感谢您的耐心。

    为了全面了解该应用、我想说明几点:
    -器件是设置为 DEM 还是 FPWM 模式?
    - LM5122 HO 信号是以 GND 为基准测量的、所以它主要显示 SW、对吗?
    -请确认测试情况是否正确:设备运行正常,但 Vin 下降,关闭设备200us-300us , LM5122重置。 由于存在非常轻的负载条件、因此在此期间不会对输出电容器放电。

    如果是这种情况、您对案例1的解释应该是正确的。
    器件将完成启动并进入闭合控制环路。 该器件检测到 FB 高于目标并尝试进入旁路模式、从而导致负浪涌。 出现这种浪涌时、FB 也应降至目标以下、器件将再次开始升压。
    我不能完全确定案例2。
    使用3.9k Ω 时、负载电流应为~μ A 17mA。 在器件关断期间、这可能不足以使电容器放电、具体取决于输出电容。
    看起来器件在 DEM 中开始正常运行、但随后也尝试进入旁路模式。 在旁路仅在一个周期内有效之前、我尚未看到这种情况、因此我仍在与我们的设计人员讨论这一点。

    关于如何避免意外旁路模式触发的解决方案:
    -仔细检查原理图/布局以了解 FB 引脚上可能的噪声源
    -增加虚拟负载以更快地对输出电容器进行放电
    -在电源上安装智能二极管,阻止负电流

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    感谢您的反馈。 首先、我将回答您的问题:

    -器件是设置为 DEM 还是 FPWM 模式? -> FPWM (通过10k 拉至 VCC 的模式)
    - LM5122 HO 信号是以 GND 为基准测量的、所以它主要显示 SW、对吗? ->是的,正确
    -请确认测试情况是否正确:设备运行正常,但 Vin 下降,关闭设备200us-300us , LM5122重置。 由于存在非常轻的负载条件、因此在此期间不会对输出电容器放电。 是的,这是正确的

    对于情况2:由于软启动和 FB 引脚的电压电平相同、这与情况1 (从时序角度1)不同。 因此、我假设 LM5122在 DEM 中处于软启动模式 oerating、而不是在  FPWM 中进入闭环控制。 但这仍然是我的假设。

    关于平均进入旁路的建议:

    -仔细检查原理图/布局以了解 FB 引脚上可能的噪声源->完成。 好的

    -增加虚拟负载以更快地对输出电容器放电->我们在升压器输出端具有2x22uF 输出电容。 例如、为了降低大约5V、我们需要44uF/300us x 5V = 0.74A 的放电电流。这会导致巨大的功率耗散


    -在电源上实施一个智能二极管,以阻止负电流:->该有源二极管在输入侧实施了 akready,您看不到屏幕截图,所以测量就在转换器前面(电流感应电阻器),智能二极管就在前面。 因此、我们不会因为负电流而增加电压。 由于在转换器输入端我们需要电容器、并且负升压电感器电流始终流入输入电容器、因此必须通过插入智能二极管来避免负电流

    从我的角度来看、一种解决方案是在电源从短时"断电"(200-300us)恢复后的一段时间内强制 DEM、以避免预偏置负载中的 FPWM 产生巨大的负电流。 基本上、在正常启动的情况下、TI 也会这样做。

    "..在启动期间、LM5122会强制进行二极管仿真、以便启动至预偏置负载、同时提供 SS 引脚电压
    低于1.2V。当 SS 大于时、强制二极管仿真由 PWM 比较器的脉冲终止
    1.2V。。。。"

    在我们的案例中、LM5122软启动引脚已经超过1.2V (案例1)、并且器件进入旁路模式、我们希望避免这种情况。 我认为这样做有两种可能:

    1.将软启动引脚连接至低电平、从而导致 DEM

    2)连接模式控制引脚低于1.2V ,它们做同样的

    您是否同意这种方法、以及您更喜欢哪一种方法? 我最终需要 FPWM 模式、因此我需要借助触发器离开 DEM 并进入 FPWM 模式。

    我感谢任何提示(甚至链接到参考设计)。

    提前感谢!

    安德烈亚斯

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    尊敬的 Andreas:

    感谢您的更新。

    我同意、在启动期间在 DEM 中运行器件、然后切换到 FPWM 应该可以解决这个问题。
    如您所述、DEM 在软启动期间被强制执行、但在 SS 电压高于1.2V 时结束。
    如果您可以在复位期间使 SS 电容器放电、器件将按预期在 DEM 中启动。

    目前、我正在询问我们的设计人员、是否可以在运行期间在 FPWM 和 DEM 模式之间切换、例如这是否只能在启动时编程一次。 我还将在 EVM 上验证这一点。
    如果事实证明这是可能的、那么两种建议的解决方案都有效。

    请允许我再有一天运行此模式引脚测试。

    此致、
    Niklas

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    尊敬的 Andreas:

    我可以确认器件能够在运行期间在模式(FPWM/DEM)之间切换。
    因此、这两种建议的解决方案都是可能的。

    我并不了解任何侧重于快速放电模式引脚或 SS 引脚的参考设计、但我将在此方面获得一些反馈、并检查是否有任何推荐的设计方法。

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    我们在设计中遇到了一个问题、我想通知您。 由于我们使用外部线性稳压器来提供大约11V 的电压、并将其馈送到 VCC、因此在外部电压降至 VCC 以下时、反向电流会出现问题。 通常 VCC 绝不会大于 VIN、因为 VCC 源自具有降压转换器(线性稳压器类型)的 VIN。 但是、由于 直流/直流转换器使用限流电源工作、如果开关开始、并且内部 LDO 上的器件内部二极管正向偏置 =>正向电流大约数百 mA acc、则可能会出现低于 VCC 的输入电压降。 来预测的。 我们恰好有一种情况、即在实验中发生了这种情况、在向输入端供电后、VCC 引脚和 VIN 引脚均短接至地。 所以从我的角度来看、数据表对我来说并不是完全清楚。 因此、基本而言、建议在任何具有外部 VCC 电源馈送的设计中实现此二极管。

    在我们的电流设计中、VIN 通过3.3 Ω 电阻器连接到输入电压、同时还连接到值为470nF 的输入旁路电容器。 关于 VIN 引脚配置、我有以下问题。

    Q1:由于我们有11V 的永久电压可用、因此根本不需要内部 LDO。 我们能否简单地移除连接到 VIN 的3.3欧姆串联电阻器? 我已在实验室进行了测试。 可以正常工作、但我不确定此配置是否合适。

    Q2:如果 VIN 断开连接但仍填充电容器、在 VIN 电容器充电之前、从 VCC 到 VIN 是否存在高反向电流风险? 在我看来、这应该不成问题。

    我认为最好的方法是用二极管代替 VIN 引脚和输入电压之间的内联电阻、如数据表的图19所示。 然后、VIN 上的电容器将从输入电压充电、而不是通过内部 LDO 体二极管反向充电。 我认为我们也可以移除 VIN 引脚上的电容器、但随后 VIN 引脚会悬空、这违反了我们公司的设计规则。

    欢迎您提出任何建议。

    关于外部 VCC 馈送导致内部 LDO 体二极管反向电流的这一发现实际上并没有解决流经低侧 MOSFET 的高电流问题、如本主题前面所述。

    此致、

    Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    感谢您的更新。
    很抱歉、数据表中指出了从 VCC 到 VIN 的内部二极管连接不够清晰。 该二极管不会传导任何电流、因此、如果 mA 范围内的电流流经二极管、则会非常快速地断开。

    Q1)如果根本未连接 VIN、则引脚将通过 VCC 引脚充电、如您在实验中看到的那样。 设计中不建议将 VIN 悬空、并且我们没有可能展示此方法可能存在的风险的测试数据。 我们最关心的问题将是图中的二极管。

    Q2)当斜升 VCC 时、将为 VIN 处的电容器充电。 电容越大、流过二极管的电流就越大、内部器件损坏的风险也就越高。
    这里很难给出数字。 我希望二极管在短时间内适用于1 -5mA 的电流。 如果电流高于10mA、则可能已经存在损坏风险。 因此、100pF 的电容器具有的风险应该很小。
    同样、这些数字只是估计值。 我们没有有关该部件的测试数据。

    关于较早的线程、我仍然没有该的参考设计。
    但是、在团队提供反馈之后、我们建议以 SS 引脚而不是 MODE 引脚为目标。
    电路实现示例是使用来自 UVLO 电压的比较器。 如果触发 UVLO、双极晶体管可以快速对 SS 电容器放电、从而实现比内部电容器更快的放电。
    如果我没记错、关断时间在200us-300us 范围内。 您能告诉我您现在正在使用的 SS 电容器的值吗?

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    感谢您澄清了 VIN 引脚配置。 根据数据表中的建议、我们将使用 VIN 处的二极管。

    软启动电容器最初为100nF、为了将启动延迟降低至可接受的水平、我们已将其降低至47nF。

    关于软启动:我不知道外部软启动放电会加速内部放电。

    Q1:如果器件在内部完成、实际软启动放电时间是多少?哪个部分确定?

    更新(04.07.2024、17:07):我在数据表中找到了相关信息:SS 放电开关 Rds-on = 13 Ω(典型值)。 因此、CSS=47nF 时、时间常数将为611ns、5倍时间常数将为大约3us。 有任何较低的 Rdson 对我们的情况真正有用吗?

    提前感谢!

    此致:Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    感谢您提供反馈并已检查数据表中的放电电阻值。
    如果外部放电有助于改善行为、则取决于输入压降。

    正如最初讨论的那样、负电感电流在电源电压下降后发生、LM5122器件暂时关闭。 (如果我对此行为没有正确理解、请更正我。)
    解决方案是:通过使 SS 电容器放电使器件在软启动中重新启动以强制 DEM 来延长器件的关断时间、并避免这样出现负电流、
    或完全避免器件关断。 这可以通过在电源下降时增加输入电容以保持电压来实现。

    然后、这取决于电源压降的长度以及它是否在所有测试情况下都持续存在。

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    感谢您的反馈和您发送的建议。 不幸的是、我认为两种选择都不会对我们有用。 从外部将软启动连接到低电平实际上没有帮助、因为我们不知道将软启动连接到 GND 需要多长时间。 此外、增大输入电容器也没有帮助。 我做了一个关于仿真基础的案例研究。 我还想避免使用外部控制来干扰 LM5122内部状态机逻辑、因为这必须非常仔细地完成、并在所有工作条件下进行测试。

    我不明白的是、是什么触发了 LM5122在预充电输出电容器中启动 DEM。 仅当我们在升压电源输出电压上具有最小负载时(情形2)、才出现了这种情况。 如果升压输出基本上未连接任何负载(案例1)、那么该器件将完成启动并进入闭合控制环路。 该器件检测到 FB 高于目标并尝试进入旁路模式、从而导致负浪涌。

     所用 MOSFET 的额定电流/功率似乎足够高、能够处理峰值电流。 问题仍然提出了可能导致元件损坏的原因?

    因此、我进一步研究了一下、发现在某些情况下可能会违反 SW 引脚的绝对最大额定电压-5V。 说实话、我不知道这可能是什么原因、因为体二极管会将负瞬态钳制到体二极管的正向压降(因此、可能是-1.2V)。

    Datasheet§8.2.2.16建议在低侧开关上使用肖特基二极管来减少 SW 节点处的负电压瞬态。

    "可以将一个额外的肖特基二极管与低侧 N 沟道 MOSFET 开关并联、并短接至源极和漏极、从而更大限度地减少 SW 节点上的负电压尖峰。

    问1:您认为我们是否应该在任何情况下实施肖特基二极管以最大限度地降低高负电压瞬变的风险、从而降低器件损坏的风险?

    问题2:您是否也针对 LM5121/5122的一些参考设计(例如 TIDRI64.pdf)中所示、建议了如何使用缓冲器?

    总之、在正常运行期间、基本上没有任何振铃。 但是、在启动时可能会发生振铃、并且在使用无源探头和短接地引线连接进行测量时测得的值高达-5V。

    此致

    Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    我这边的一般性评论:

    器件检测到 FB 高于目标并尝试进入旁路模式、导致负浪涌。

    它 不应是您在这里看到的旁路模式、因为它不能仅在两个开关周期内激活旁路。 根据我们的设计工程师的反馈、这是正常运行行为:
    由于预充电、Vout 接近目标电压、因此该器件开始以 更小的占空比(高侧 FET 的导通时间更长)进行开关。 由于电感器中没有偏置电流、因此允许负电流流动。
    这并没有解决我们看到的问题、但我们可以确认这与在工作模式之间切换无关。

     所用 MOSFET 的额定电流/功率似乎足够高、能够处理峰值电流。 仍有问题提出了什么可能导致组件损坏?

    我也不知道负浪涌事件导致元件损坏。
    IC 是损坏的、还是开关 FET 之一?

    Q1/Q2、肖特基二极管和缓冲器都可以改善这种开关节点过冲行为、但这些解决方案主要用于减少运行期间的振铃。 由于 主要问题是负浪涌电流、而不是开关节点振铃、因此我不希望这会有大的改善。

    此致、
    Niklas

  • 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、Niklas、

    感谢您的反馈。 组件损坏和我的 Q1/Q2。 我已经将重点转移到其他故障模式、因为它还不清楚哪个组件首先发生了故障。 我们已经看到低侧 MOSFET 的器件故障有时与 LM5122的故障组合在一起。 因此、有两种可能、LM5122先失败、然后导致低侧 MOSFET 故障、反之亦然。

    请给我一些额外的时间来了解我们团队中的数据。 我会给你的反馈 a.s.a.p.

    此致:Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    如果开关节点处存在非常强的负尖峰、则 IC 和 MOSFET 处都可能损坏。
    我知道 LM5122数据表的-5V 开关节点限值有一定的裕度、但如果存在-10V 或更大的尖峰、确实存在损坏的风险。
    对于 FET、这在很大程度上取决于 VDS 电压规格。

    我将等待您提供更多数据的反馈。

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    我已经再次执行了一个实验课程。 那么、我所看到的是、在启动阶段、开关节点处存在非常高的电压瞬变。 它独立于外部实验室电源的 CC 限制设定点。 我测得的振幅高达112V、无论如何、这可能不是最坏的情况。 如前所述、在稳定状态下、SW 节点上根本没有瞬变。

    将 SW 节点钳制在远低于最大额定值(+105V)的适当方法是什么? 我看到过标准缓冲器(例如、在我的第一次尝试中已使用过的缓冲器)。 TVS 或齐纳二极管呢? 这些元件是否可以在 SW 节点和接地之间使用、或在开关节点和升压输出电压之间使用?

    我非常确信高压瞬变会损坏 IC、而且根据失效模式、MOSFET 也可能会损坏。

    更新了:我注意到、如果过度振铃或电流过大、LO 和 HO 控制脉冲非常短(大约100ns)。 根据数据表、最小导通时间应高得多。 Slope 引脚处使用的电阻值为49k9。

    Q1:在哪些情况下 LO 和 HO 脉冲大约为100ns?

    此致、Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    使用瞬态电压抑制器二极管可能是一种权变措施、是的。
    此类器件通常具有低精度、因此如果正常工作和绝对最大值之间的裕度非常小、则不能使用。但在66V 输出电压下、SW 绝对最大值大约还有40V 的裕度、因此应提供合适的器件。
    我们没有有关理想 TVS 连接方法的测试数据、但随着 Vin 发生变化、将器件连接到 VOUT 或 GND 最为有效、因为这些电压电平是恒定的。

    Q1:我同意器件的最小导通/关断时间限制高于100ns。 触发 OCP 保护并缩短导通时间、但即使在这里、也应满足最小导通时间限制。
    现在、我只能考虑系统内非常强的噪声、这些噪声会导致 VCC 和栅极驱动器信号振荡、振幅足够强、达到 FET 的关断阈值。

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    感谢您的答复和建议。 我已经检查了 VCC 电源。 它是干净的。 请看一下我拍摄的屏幕截图(左侧=原始概览、右侧=缩放)。

    所有信号都已使用无源探头(AGND = 1GHz)进行测量、并且开关节点的通道1已使用非常短的 BW 连接直接连接到靠近 AGND 引脚的过孔。 探头尖端还连接到靠近 SW 引脚的过孔、因此我已经测量了 LM5122"看到"的内容。

    此外、我已经尝试根据 TI slva255文档应用缓冲器尺寸测量方法。 它并不能真正按预期工作。 因此、我在 HS FET 源极和漏极之间添加了330pf+8.2 Ω。 这降低了最大值 从大约50V 到大约38V 的过冲、这基本上是可以的、但仍然接近最大额定值。 否则、根据理论、添加缓冲器后、振荡频率没有出现任何变化。  无缓冲器时的振荡频率约为156MHz。

    我真正不明白的是 HO 脉冲期间非常短的 Low 脉冲。 因此、这仅在上电期间从不在正常运行期间发生。 就会有一个干净的 PWM 信号、根本没有过冲和振铃。

    如果您想知道导致 HO 引脚上出现这个小低脉冲宽度的原因、以及如何消除该问题、或者至少如何将其抑制在额定值以下、请告知我。

    我可以尝试在 LM5122的 SW 引脚和 AGND 引脚之间添加一个 TVS /齐纳二极管。 我不确定这会对效率有何影响、因为二极管会增加开关节点的电容。

    此致、

    安德烈亚斯·N.

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    尊敬的 Andreas:

    感谢您收集更多波形数据。

    脉冲看起来约为40ns、明显低于任何最小导通时间规格。
    这里的混杂因素是 LO 驱动器信号保持低电平。 我们清楚地看到 SW 变为低电平、这表示低侧 FET 导通。
    您是直接在 LM5122 IC 还是 MOSFET 的栅极测量 LO 侧开关信号?

    在缓冲电路方面、很遗憾听到仅有几处改进。
    回顾该线程的历史、我没有看到任何原理图附件。 您是能够共享原理图以便我们进行一般设计审阅吗?或者这是否因为机密性限制而无法实现?

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    我在串联电阻器之后测量了栅极控制信号、因此在 MOSFET 侧、而不是 PWM 控制器侧。

    我还可以测量 PWM 控制器侧的情况、那里正在发生什么。 您希望有什么? 我认为直接在 FET 栅极进行测量应该是正确的测量点。

    我尝试弄清楚、我们可以为您提供原理图的哪一部分。 LM5122周围的升压器器件应该不会有问题。 私人消息不允许附加 PDF、对吗? 如果是这种情况、您能否向我提供您的公司电子邮件地址(例如通过私人消息)?

    此致、

    Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    直接在 FET 栅极进行测量应该没有问题。 我预计 IC 引脚和 MOSFET 栅极之间不会有太大的差异。
    噪声水平可能会略有不同、但信号应该是相同的。 这就是我感到困惑的原因、即使开关节点被拉至 GND、LO 信号也保持低电平。

    大家可以在此处的 e2e 社区中向我发送一条原理图信息。
    我对 LM5122和功率级(电感、FET、输出/输入电容)的相关电路最感兴趣

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    我给您发送了一条私人消息。 如果您需要更多详细信息、请告诉我。

    此致

    Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    我收到了您的消息、并将审查设计、直到明天。

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    系统增益是否设置得太低(通过 Rcomp、Ccomp)? 顺便说一下、您是否有任何实用的方法来确定控制环路补偿元件(Rcomp、Ccomp、CHF)? 如果我在研究 LM5121/LM5122的多个参考设计、我会看到完全不同的元件值。

    注意事项:在数据表第8.1.1节"反馈补偿"中、有一个 AFE 公式、从我的角度来看、该公式并不正确

    我们不会像所示的左侧那样在右侧得到无单位的。 有一件事。 此调查结果对于我的问题根本不重要。

    此致

    Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    常见的 LM5122设计使用相当低的系统增益、因为高负载应用通常需要大容量输出电容器、这会减慢调节环路的速度。
    您的设计显示的输出电容不超过45uF、 峰值电感器电流限制为5A (15m Ω 检测电阻)。 这样可以实现具有更高带宽的更激进的补偿网络。
    您选择的补偿值对我而言看起来不错、应该可以实现稳定的环路调节。
    您能否进一步详细说明数据表中的 AFE 公式为何不正确?

    关于原理图的其余部分、我找不到任何可以解释波形40ns 脉冲的异常情况。
    我假设 5122_SW 输出信号仅用于测量目的、这里没有连接其他电路?

    我甚至不确定 HO 侧是否在此期间实际关闭、因为 HO 和 SW 之间似乎仍然存在电压差、因此这甚至可能是输出侧短路。

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    感谢您的答复、请对我的晚回复进行总结。 在完成一些额外的实验课之后、我们可以得出结论、控制环路补偿根本不是问题。

    信号5122_SW 不是测试/测量信号。 我们有一个谐振回路与其连接(类似于 LLC)。 我不能在未经批准的情况下向您提供这部分原理图。

    因此、基本上我们可以通过以下适用于高侧/低侧 MOSFET 的栅极电阻器来减少瞬态过冲:

    HO:12-15R

    LO:12R

    它在我们最初的原型中运行、并且由于某些(未知)原因电阻器值已降低到4R75。

    我可以尝试在自举电路中添加一个串联电阻。 下面你找到我的问题:

    Q1:所选的栅极电阻器是否在可接受的范围内? 我认为开关损耗会增加。

    Q2a:自举电路中的串联电阻器能带来什么好处吗? 应用手册 slyt740对此进行了介绍。

    Q2b:在 LM5122 EVM (snvu197)中、自举电阻器与自举电容器串联。 这个职位的原因是什么? 我希望将电阻器串联到自举二极管。 如图所示、电阻器的位置似乎会在充电和放电阶段限制电流。

    仍然存在几百纳秒范围内的非常短的 HO 低脉冲问题。 LM5122中似乎没有实现 HO 的最短关断时间。

    我想在说明上述问题后、我们可以关闭此主题、因为我们有权变措施。

    非常感谢您目前提供的出色支持!

    此致、Andreas

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    尊敬的 Andreas:

    感谢您的反馈-我将按照您的建议关闭该主题。

    此致、

     Stefan

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    您好、Stefan、请在结束前回答我的问题、正如我上次回复中所述。 谢谢。

    此致:Andreas

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    安德烈亚斯·哈洛

    感谢您强调我提前关闭了该主题帖。

    回答您的问题:

    Q1:此值已经非常高、您将看到损耗增加。 您还需要检查是否仍有足够的死区时间、因为上升沿和下降沿受到栅极线电阻器的减慢。

    Q2A:BST 输入中的电阻器只会影响上升时间、如果死区时间因下降时间(开关关闭)仍然很短而变得很关键、此情况更好  

    Q2b:如果电阻器与二极管串联、它会降低充电速度、但在这里、它应该会降低高侧 MOSFET 的开关导通速度。 此驱动器在导通时由该电容器供电。

    此致、

     Stefan