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[参考译文] LM5145:SW 节点转换时电压尖峰大、元件过热和输出噪声过大

Guru**** 2378650 points
Other Parts Discussed in Thread: CSD18563Q5A, CSD18533Q5A, LM5145, LM5146-Q1-EVM12V
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/1456739/lm5145-large-voltage-spike-on-transition-of-sw-node-excessive-component-heating-and-output-noise

器件型号:LM5145
主题中讨论的其他器件: LM5146-Q1-EVM12V、CSD18563Q5A 、CSD18533Q5A LM25137

工具与软件:

您好!

我正在使用 LM5145设计电压稳压器。 输入范围为15-52V、输出为12V (10-12A)。 我几乎完全遵循了 LM5146-Q1-EVM12V 布局。 我的设计是单面的。 我已从数据表的"9.2.2设计2—适用于射频电源应用且具有 LDO 低噪声辅助输出的高密度、12V、10A 电源轨"中获取了大部分值。  

原理图:

布局采用 EasyEda。 您希望我如何与您分享?  

问题:

我在 开关节点上看到很大的电压尖峰。 这是采用52V 输入电压和12V 10A 输出电压(具有电阻负载)时的情况。 查看照片:

此外、以下是输出噪声的图片:

MOSFET 和电感器在12V 10A 连续输出和52Vin 下也能达到>100摄氏度、但测量效率仍~90%。 这是预期结果吗?  我正在使用的 CSD18563Q5A MOSFET 的额定电压仅为60V、SW 节点电压尖峰峰值高达80V 是否会导致 FET 显著升温? 这些 FET 应该达到多高的温度?

我怀疑所有这些问题都是由软件尖峰引起的。  我尝试了从 SW 到 GND 的 RC 缓冲器、阻值为1欧姆- 6欧姆和100pF - 680pF、以抑制尖峰并减少振铃。  我还尝试将 BST 电阻器从2.2 Ω 增加到5 Ω 以降低开关速度。  两者都没有改善情况任何明显的量。  

对如何改善这些问题有什么建议?

提前感谢!

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    您好、George:

    请参阅应用手册 SNVA803了解与 SW 节点电压尖峰相关的输入电容器布局设计。 我怀疑11.3V 栅极驱动(VOUT 二极管耦合到 VCC)会导致快速导通、从而产生尖峰。

    如果最大输入电压= 56V、60V FET 可能有一点过紧。 尖峰不会导致过热、但可能会影响可靠性。 您可能需要考虑使用80V FET、类似于我在 LM5145 EVM 上使用的 FET。 您可以使用快速入门计算器检查功率损耗。

    此外、让我们仔细观察1360电感器、尤其是在磁芯尺寸较大的情况下的磁芯损耗、因为其温升将直接影响 MOSFET 的温升。 我建议使用 Cyntec VCHW105D-4R7、或者在需要时使用 VCHI/VCMV136系列。 这是电感器损耗计算器: https://www.cyntec.com/CoreLossCalculator.aspx?id=7。

    此致、

    TIM

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    感谢您提供这些信息!

    我已经查看了应用手册。 很有用。 我正在使用垂直定向开关环路设计。 查看我的布局照片:

    电解电容器未填充。

    以下是应用手册中的参考照片:

    我会注意到一些不同之处。

    1.输出电容器布局。 在基准上、电感器旁边只有2个电容器。 电感器一侧为1、另一侧为4。 我是否应该将电容器排列得在电感器周围更对称? 我是否应该将3个附加组件移至其他地方? 或者、它们是否能正常工作? 我希望尽可能使设计保持单面。

    2.输入电容器布局。 在基准上、输入有0603电容器和5个较大的电容器。  我将添加4个0.01uF 0603电容、并保留全部5个大电容。 我应该将较大的绕组放在较小绕组的任一侧吗?  

    3.我的设计在低侧 FET 焊盘上有过孔。 我将删除这些组件以减小 SW 节点大小。

    我还将尝试更小的电感器封装。

    对于布局、您还有其他建议吗?  


    如果我移除 Vout 二极管、问题是否能够解决? 这是否会导致更高的空闲功耗?


    根据您的经验、您是否认为在没有主动冷却的情况下可以实现输入电压为15-52V、输出电压为12V 12A 144W 的设计、最高环境温度为45C?


    我尝试了 We Bench 电源设计工具、但我当前要尝试的设计未显示。 我怀疑是因为它会变得太热、因此没有显示。 我更改了 FET 并略微降低了要求、现在温度看起来更可行、在 WEBENCH 中、在满载、~90C 和45C 环境温度下、4.25W 的功率损耗发热。 M1将为 TI CSD18533Q5A、M2为 On Semi NTMFS5C670NLT1G。 也使用不同的电感器。 请参阅链接:WEBENCH

    您对设计有何看法?


    非常感谢您的帮助!

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    您好、George:

    1.输出电容可以放在电感的旁边或后面。 可能每侧两个、在输出端子附近再放置一个。

    LM25137 EVM 中使用了最新的功率级布局-请查看该布局以供参考。

    3.是的、如果可能、避免使用 SW 过孔。

    54V 至12V/12A 在没有冷却的情况下应该适用。 60V FET 对于54Vin 可能有一点偏紧-您可能需要查看 onsemi 80V FET 以优化效率。 另外、看一下 Cyntec VCUD128T 电感器。

    此致、

    TIM