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[参考译文] LM7481-Q1:电源优先级和冗余-电路设计

Guru**** 2573695 points
Other Parts Discussed in Thread: LM7481-Q1, LM7480-Q1, LM74722-Q1

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/1412753/lm7481-q1-power-sources-priority-and-redundancy---circuit-design

器件型号:LM7481-Q1
主题中讨论的其他器件: LM7480-Q1LM74722-Q1、LM74800-Q1

工具与软件:

您好、TI 专家!

我想设计一个接收两个不同电源作为输入的电路、并执行到负载电源路径的优先级排序
第一个电源是55V 电源。
第二个电源是12节电池(42V-50.4V)。
我计划使用两个理想二极管控制器来控制电源路径并确定其优先级(如文章"采用理想二极管控制器、具有稳健反向电池保护功能的六种系统架构"-设计6所示)。

外部控制器可以向理想二极管控制器发送"启用/禁用"信号、以根据特定的逻辑来打开和关闭负载。

只要在理想二极管控制器中接收到"使能"信号:
只要电源连接到电路、该电路就需要从电源向负载供电。
电源断开后、电路应将电源连接到负载、使其来自电池。
重新连接电源后、电路必须将电源路径切换回负载、使其返回电源、而不是电池。
开关速度必须足够快、才能在负载的电源路径变化期间使负载保持活动状态。

一旦在理想二极管控制器中接收到"Disable"(禁用)信号、所有 MOSFET 都必须完全关闭负载。

注意: 有一个"Enable\Disable"信号来自外部控制器。
当发送了"Enable\Disable"信号时- 两个理想二极管控制器都接收到该 信号、因此只要发送了"Enable"信号、两个理想二极管控制器都在"EN"引脚上接收到该信号、但应根据我在上文中所述的方法对负载的电源路径进行优先级排序。

架构的概念方案:

其他信息和问题:

当系统(负载)将通过电源路径馈电时、连续电流不会超过5A (持续很长一段时间)、但当系统将通过电池路径馈电时、连续电流将达到大约250A (持续大约40秒)。

由于高电流通过电池到负载的路径、我必须再并联几个 MOSFET Q3和 Q4。
为了 快速导通和关断多个并联的 MOSFET、我需要一个具有最高栅极驱动强度的器件。

  • 我知道我可以使用设计电路 LM7481-Q1 而不是 LM7480-Q1 如上图所示、对于更高的栅极驱动强度、
    但可以做到 LM74722-Q1 栅极驱动强度、对吗?
    我没有找到使用 LM74722-Q1的此类架构的任何参考设计、如果可以附加参考设计(如果有)、我会很感激...

从电源到负载的电源路径是低电流路径、MOSFET Q1和 Q2较小、不需要并联连接到额外的 MOSFET、就像从电池到负载的电源路径中的 MOSFET 那样。

  • 两条路径之间 MOSFET 的差异是否意味着电池路径 MOSFET 的导通速度慢于电源路径 MOSFET 的关断速度、从而导致系统检测到电源不足、并在两个电源之间切换时暂时关断?
  • 情况是否会如我所说的那样? 是否有办法解决此问题?

另一件事:

我实际上不需要 OVP \ UVLO \ BATT_MON 等功能
我只需要对理想二极管控制器使用"启用/禁用"命令来控制系统的导通和关断状态
而当理想二极管控制器为"Enable"(使能)时、默认电压源将成为电源、只有在电源断开时、电池才会连接到系统(以足够快的速度连接到系统、从而使系统不会感受到电压源的变化)。
此外、我还需要反向电流保护、以便没有电流从电源流向电池、或从电池流向电源。

如果您能获得指导或参考设计的参考资料、我将不胜感激、
是否有一些必须实施的事情或一些不必要实施的事情?
设计电路时、是否需要注意一些事项?
我对电路的要求是否甚至可行?
如果您可以提供任何有助于我更正确设计电路的信息、我们将不胜感激

非常感谢!

NIV

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    您好、Niv、

    欢迎来到 E2E!

    您肯定需要 OVP/UVP 等功能。 请参阅以下文档、其中介绍了如何使用优先电源多路复用。  

    在汽车区域模块中使用理想二极管的优先级电源多路复用器

    我建议您在此应用中使用 LM7481-Q1。 并联 FET 的开通时间实际上会更长、但为了解决这个问题、我们提供了一个通过 CAP 引脚驱动阻断 FET 的解决方案。 这样、导通时间将最短。

    此致、

    Shiven Dhir

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    尊敬的 Shiven:
    感谢您的答复。

    我已经审阅了您随附的文档、但未提供符合我要求的确切解决方案。

    我知道、我需要 OVP 功能来确保在电源的电源路径接通以及电源的电源路径断开时电池的电源路径断开、同时 U2的 OV 引脚将被下拉、U2将退出 OVP 模式、以便电池的电源路径接通。

    但是、我不需要 UVP 功能、我想将该引脚用于"启用/禁用"功能、以便打开和关闭负载的输出电压。

    当 U1和 U2都接收到使能信号时、电源路径的优先级是否仅取决于 OVP 功能?

    此外、根据我从您那里了解到的情况、LM7481-Q1是否与晶体管 Q5以及通过电容引脚驱动阻断 FET、可提供比 LM74722-Q1更高的栅极驱动强度?

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    您好、Niv、

    您对 OVP 的理解是正确的。 关于 UVP、是的、您也可以将其用作 EN 信号。

    当两个 EN 信号都为高电平时、 优先级划分只发生在 OVP 上。

    关于栅极驱动强度、是的、LM7481-Q1组合将具有更强的驱动能力、因为 LM74722-Q1具有50uA 的电流。

    这里、您需要关注阻断 FET 的栅极驱动、因为该 FET 只会影响"无电源"的时间

    此致、

    Shiven Dhir

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    您好、Shiven、感谢您的响应。

    根据您的回答、我开始了原理图和元器件选型。 我要附加初始原理图的 PDF 文件。

    我选择对所有 MOSFET 使用 Infineon Power MOSFET (器件型号 IQD020N10NM5CGATMA1)。

    从图中可以看出、电源的电源路径中只存在一对背对背 MOSFET、大约5A 的电流将流过。
    相比之下、在从电池到负载的电源路径中、大约250A 的电流将流过、我必须并联5对 MOSFET。

    如果您到目前为止对原理图提供反馈、我将不胜感激。
    此外、为了产生更高的电流来为并联 MOSFET 的栅极充电、我想要增加 NPN 晶体管。 如果能帮助选择合适的晶体管以及与其连接的电阻器和二极管、我将不胜感激。

    我不能完全理解 CAP 引脚的电势或它将推动实现选择晶体管和电阻器所需的计算。

    非常感谢、
    NIV

    e2e.ti.com/.../4130.Schematic-Prints.pdf

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    您好、Niv、

    我们在 TI.com 上提供了该控制器的 PSpice 模型、您可以在 PSpice for TI 中运行该模型。 使用该模型、您可以设计电阻器值、该电阻器值将决定 MOSFET 的导通。

    关于评级:  

    1. Q5晶体管的额定电压应>[VAUX (MAX)+ 15V]
    2. R5电阻的值取决于要注入到 HGATE 中的电流大小、

      • 当 R5 = 0欧姆时、注入的电流在2.7 mA 附近
      • 如果您想减少注入 HGATE 的电流来减慢 HFET 的导通速度、则可以增加 R5的值。 例如、如果要将注入 HGATE 的最大电流限制为500uA、则 R5 =[(VGA+15V (max))/500uA]
    3. 二极管 D2的额定电压应> VPR表带(max)

    此致、

    Shiven Dhir

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    您好、Shiven、感谢您的响应。

    1. Q5晶体管的额定电压应>[VAUX (MAX)+ 15V]
      当您说 Q5的额定电压时、您是指集电极-发射极击穿电压/集电极-基极击穿电压/发射极-基极击穿电压?

    2. R5电阻的值取决于要注入到 HGATE 中的电流大小
      如何计算需要注入 HGATE 的电流大小?
      当 MOSFET 连接到 Q5的发射极时、它将接收到的栅极驱动电压是多少?

      当 R5 = 0欧姆时、注入的电流在2.7 mA 附近
      在 LM74810-Q1数据表中、I (cap)指定为3.8mA。 您连接的图片是否与其他设备相关?

    3. 二极管 D2的额定电压应> VPR表带(max)
      您是指 D3 (或原理图中的 Dx)吗?
      当您提到 D3的额定电压时、您是指二极管反向电压 (V_R)吗?
      它应该是哪种类型的二极管?

    更新:
    VPR4.72=53V (max)
    V表带(max)= 50.4V

    如果您能查看所有内容并提供更详细的答复、我将不胜感激。

    非常感谢!

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    您好、Niv、

    1.是 VCEO (集电极-发射极)

    2.注入 HGATE 的电流取决于系统要求。 电流越高、HGATE 的开关速度越快。 HGATE 将被驱动至大约10V VGS。 抱歉、附件图片是 LM74800-Q1。

    3.我是指原理图中的 Dx。 额定值为 V_R 可以是通用开关二极管。

    此致、

    Shiven Dhir

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    您好、Shiven、感谢您的响应。

    1. 它是 VCEO (集电极-发射极)
      好的、谢谢!

    2. 要注入 HGATE 的电流取决于系统要求。 电流越高、HGATE 的开关速度越快。 HGATE 将被驱动至大约10V VGS。
      我理解您所说的内容、但让我更正确地提问
      -如何计算 MOSFET 的开通时间和关断时间?
      -我需要知道什么参数的计算? (I_GATE / Vgs / Qg / Ciss)、我应该使用什么公式?
      我希望这两个电源路径中 MOSFET 的导通和关断时间尽可能同步、这样负载就不会感觉到 路径之间的变化、并且路径之间的转换将尽可能平稳。

    3. 我是指原理图中的 Dx。 额定值为 V_R 可以是通用开关二极管。
      好的、谢谢!
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    您好、Niv、

    您可以通过 I=Cdv/dT 计算导通时间、其中 c 是 FET 的总 Ciss、dV = 10V

    关断时间的计算方法类似、数据表中提到了下拉电流。

    此致、

    Shiven Dhir