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[参考译文] LM5034：有源钳位 MOSFET 降级问题

admin
Guru**** 2509695 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5034

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/1455280/lm5034-active-clamp-mosfet-getting-degraded-issue

器件型号：LM5034

工具与软件：

大家好、团队成员：

我使用了具有交错配置的有源钳位正激式拓扑、用于250W 输出(每个部分交错可提供125W 功率)升压转换器设计。

设计要求如下所示

输入电压范围：12-36V、典型值为28V -由于在12V 操作期间的设计计算、单节输入电流将为13A、两节输入电流将为26A。

输出：250W (电压50V 和电流5A)-由于采用交错式设计、每个部分均可提供50V @ 2.5A (125W)。

升压变压器匝数比：1：5

SWT 频率：500kHz

设计考虑的效率：91%

本设计的功率损耗计算约为15W ( 针对初级开关 MOSFET、钳位 MOSFET、变压器、次级侧整流 MOSFET 和开关电感器进行了计算)

现在的问题是钳位 P 沟道 MOSFET 降级、并导致输出负载测试期间出现元件故障。 由于这是设计验证、因此我当前要单独运行单通道多一个通道栅极信号是隔离方法。

我使用了下面列出的2个 MOSFET 器件、在执行负载测试时两次出现故障(负载电流为0.5A、甚至没有负载满载2.5A)。 我们不能假设 MOSFET 因电压升高或磁化电流或反向恢复损耗增加而发生故障。

1) SQS481ENW-T1_GE3  MOSFET P 沟道150V 4.7A 2.57E 62.5W 305pF SMT PowerPAK 1212-8W RoHS -初始设计注意事项部件具有150V VDS 电压但具有4.7A 电流。

2) SI7113DN-T1-E3  MOSFET P 沟道100V 13.2A 134mE 52W SMT PowerPAK 1212-8 RoHS -基于初始设计 MOSFET 故障疑似更多的电流值器件 SO 13.2A 额定电流 FET 替换为100V VDS。

根据设计、通过以下公式计算磁化电流

DMIN x Vin_Max 或 Dmax X Vin_Min / FSW X 磁化电感  =((12V X 80%)/(500kHz X 46uH)= 0.417A

还计算出钳位 MOSFET 的功率损耗为导通损耗、关断损耗和栅极电荷损耗= 0.64W

除了这些参数之外、我的问题是是否有其他方法可用于计算功率耗散...？

钳位 FET 降级的可能性有哪些？

是否有其他方法可以计算磁化电流...？

此致

Prasanna

  • 0
    TI__Guru**** 2509695 points
    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。

    尊敬的 Prasanna：

    如您所知、有源钳位转换器的重要功能是实现 ZVS 或谷值电压开关。 时序(死区时间)非常重要。  

    即使功率损耗估算偏差很小、器件在采用适当的热设计的室温下也不应损坏。 我怀疑、驱动 FET 故障的不是功率损耗。

    您要问的问题不一定与 LM5034控制器相关。 不过、我将对此提供一些见解。

    • 首先、验证 MOSFET 上的栅极驱动信号是否正常、没有太多的振铃、接通和关断时间符合预期。 根据需要调整栅极驱动。
    • 请在示波器上沿着初级 FET 和钳位 FET 各自的 VGS 观察 VDS、以查看所有时序确实正确、并且您提供刚好合适的死区时间来在初级 FET 上实现 ZVS (或谷值)、并且钳位 FET 上无过应力。
    • 您现在似乎拥有真实的电路板本身、与估计相比、测试和观察及分析实际波形能更快地获得有意义的结果。
    • 我看不到-150V 有源钳位 FET 的反向恢复特性、而-100V FET 具有反向恢复特性、但额定电压较低。 请验证每个 MOSFET 上的电压应力。 根据您的观察结果、选择具有足够 VDS 等级的低反向恢复(快速二极管) MOSFET。

    祝你一切顺利！

    此致

    Hemanth

  • 0
    TI__Guru**** 2509695 points
    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。

    Hemanth、您好！

    请找到捕获的死区时间图像、请参阅 CH1 (黄色)- PRI-SW-FET 栅极、CH2 (绿色)- PRI-SW-FET 漏极、CH3 (橙色)- AC-FET 栅极、CH4 (紫色)- AC-FET 漏极

     

      图像1 总死区时间探测图像                图像2 初级 SW_FET-Gate 与交流 FET-Gate

     

      图像3 开关节点上升死区时间探测图像   图像4 开关节点和栅极上升死区时间探测图像

    在探测数据时、未观察到死区时间问题、而在设计计算中、计算出的死区时间为50ns、观察到大约61nS。

    此外、在初级侧栅极和漏极节点中也未观察到振铃。

    此致

    Prasanna S.

  • 0
    TI__Guru**** 2509695 points
    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。

    Prasanna,

    您需要观察主 MOSFET 上的 ZVS 或谷底开关。 为此、在主 MOSFET 导通期间、请查找主 MOSFET 的 VDS 和 VGS 以及钳位 MOSFET 的 VGS。 我没有看到该波形。

    测量不同条件下钳位 MOSFET 上的电压应力、即在低 VIN、高 VIN 和空载、满载时处于稳态。 此外、在启动时、还要查看最坏情况下的电压应力。

    我没有看到您回答了所有评论。

    只能了解详细的规格和测试、以了解是否存在导致这种情况的任何电压过应力或反向恢复问题。  

    此致
    Hemanth

  • 0
    TI__Guru**** 2509695 points
    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。

    Hemanth,

    根据我的分析、我替换了 P 沟道钳位 MOSFET SQS481ENW-T1_GE3  (P 沟道150V 4.7A 2.57E 62.5W 305pF SMT PowerPAK 1212-8W RoHS)、具有 SiSS73DN-T1-GE3 (MOSFET P 沟道150V 16.2A 125mE 65.8W 719pF SMT PowerPAK 1212-8S RoHS)。

    现在、250W 负载条件下的功率耗散和 MOSFET 故障问题得到了解决。

    谢谢

    Prasanna

  • 0
    TI__Guru**** 2509695 points
    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。

    尊敬的 Prasanna：

     感谢您确认问题已解决。  SiSS73DN-T1-GE3  具有高额定电压和适当的反向恢复特性。

    您可以关闭主题帖。  

    此致

    Hemanth