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[参考译文] PMP22764:LM51561H

Guru**** 2001725 points
Other Parts Discussed in Thread: LM51561H, PMP22764, LM5155, LM51551
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/tools/simulation-hardware-system-design-tools-group/sim-hw-system-design/f/simulation-hardware-system-design-tools-forum/1047679/pmp22764-lm51561h

器件型号:PMP22764
主题中讨论的其他器件:LM51561HLM5155LM51551

你好。。。

我的一位客户想要54V/1.25A 输出的 PSE 解决方案。 我们最初推荐使用 LM51561H 并设计了隔离式电源。 我们能够实现91%的效率、但变压器加热过多、超过100 Deg。 C.

我们还采用了基准 该设计非常接近我的客户要求、并且根据测试报告、它显示温度上升接近70°。 与我们的观察结果不匹配。

PMP22764和 eInfochips 上的电路几乎是相似的设计。 我们已经在电路板上实现了二次侧二极管钳位电路、该电路可能未显示原理图。  

正如我提到过的、电气评估不是一个问题、但热性能是一个主要的挑战。 我们还看到我们选择的变压器尺寸(磁芯)大于参考电压的变压器 设计。

变压器过热的原因可能是什么? 其他元件的耳戴方式与缓冲器、MOSFET、输出二极管或钳位电路不太相似。

Mitesh

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    Mitesh、

    由于其他元件的温度不受影响、我觉得较高的温度似乎与变压器设计有关。  您能否分享变压器规格?

    我无法判断 Q1的栅极驱动电阻器的值是多少。  通常、您需要以更慢的速度打开 Q1、并以更快的速度关闭 Q1。  有时、这有助于使二极管与栅极电阻器并联、以实现快速关断。

    谢谢、

    David

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    感谢 David 的快速回答。

    我们尝试使用的变压器具有以下规格。

    变压器1:-

    一次侧电感- 8uH

    匝数比- 1:4 (P:S)

    内核- EFD30

    特拉斯瓦2:-

    一次侧电感- 4uH

    匝数比- 1:4 (P:S)

    内核- ETD29

    变压器3:-(尚待尝试)

    一次侧电感- 15uH

    匝数比- 1:4 (P:S)

    内核- EFD30

    我们正在尝试使用不同的变压器来解决此问题。 在 PMP22764中、我认为使用的内核是 EFD25、而70瓦的功率似乎太大、无法通过 EFD25处理、并且选择的比率仅为1:2。  

    当前栅极电阻为0欧姆、根据250kHz 电感的计算结果、栅极电阻应为~15uH。  

    请 您的意见。

    Mitesh

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    尊敬的 David:

    正如 Mitesh 提到的、我们在设计中将 LM51561H 用作隔离式升压稳压器。 我将随附 LM5155_56_Quick_Start_Calculator 以及我们当前用于测试的反激式变压器数据表。

    我们能够将反激式变压器负载至65W、 并在添加输入和输出 缓冲器后实现大约90%的效率。 我们面临的问题是、在25°C 的环境温度下、变压器温度会超过120°C。 请查看反激式变压器数据表、并分享您对此的想法? 变压器是否因初级电感较小而发热?

    我 已根据我们的要求编辑了随附的 LM5155_56_Quick_Start_Calculator 表。 请查看并告知我们是否需要对其进行修改。 我们将根据 LM5155_56_Quick_Start_Calculator 工作表结果制作反激式变换器。

    此致、

    Aditya Kumar Singh

    e2e.ti.com/.../LM5155_5F00_56_5F00_Excel_5F00_Quickstart_5F00_Calculator_5F00_250KHz.xlsx

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    PMP22764上使用的变压器基于 EFD25内核构建。  它具有1:2的匝数比、在18V 输入下以大约65%的占空比运行。  初级电感的标称值为15uH。  您的设计还应采用1:4匝数比、40%占空比和8uH 标称电感。  峰值/rms 电流将更高、但可以选择 FET 和二极管来处理这种情况。  根据您的效率和温度、选择的组件似乎是可以的。

    我认为问题可能是变压器的缠绕方式。  PMP22764上使用的变压器具有分离式初级(交错)、可降低漏电感。  初级绕组的一半依次绕在绕线槽上、次级绕线、另一个相同的初级绕线绕线绕线绕线绕组。  初级绕组并联、因此重要的是它们具有相同的匝数。  最大泄漏电感指定为130nH、小于15uH 初级电感的1%。  我看不到变压器上指定的漏电感、但根据750kHz 典型 SRF、我会说它要高得多。  我认为您的变压器没有交错。  此外、由于匝数比为1:4且无交错、变压器的接近损耗可能会高得多、因为次级绕组最有可能是4层、而变压器为1:2。  接近损耗是由多层绕组产生的电流引起的、这些绕组的功率耗散高于实际提供的功率。  交错应显著降低接近损耗。

    检查变压器的缠绕情况。  如果初级绕组没有交错、那么您应该有一个新的交错绕组。  还应指定漏电感。  通常、低于初级电感1-2%的电感会在不产生过多功率损耗的情况下实现良好的性能。  另一项是确保所有绕组均跨越完整的绕组宽度。  这还有助于降低漏电感。  它有助于使用多股平行缠绕的较小规格导线来填充卷边宽度。

    谢谢、

    David

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    当您测量变压器温度时、是绕组、磁芯还是两者都变热?  当您移动到变压器的外边缘时、您是否在绕组中间看到过一个发热点?

    谢谢、

    David

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    尊敬的 David:

    感谢您的快速响应。

    我们测量了65W 变压器的漏电感、其泄漏电感为0.514uH、约为6.4%。  

    好的、我们将根据您的建议使用 ETD29内核对变压器进行缠绕、并 确保新变压器的漏电感应小于1%。 我们还计划使用1:2匝数比而不是1:4、因为根据您的建议、它将减少接近损耗。

    改变匝数比将改变占空比。 对于1:4和1:2匝数比、占空比分别约为43%和60%。 请分享您对 占空比如何影响 设计的热性能和效率的看法。 您会为我们的设计推荐什么占空比?

    此外、我使用  LM5155_56_Quick_Start_Calculator 计算了一次侧电感、1:2匝数比得到30.2uH。 请参阅下图-

    电感与匝数成正比、因此30.2uH 会导致更高的匝数、这可能不适合 ETD29绕组。  我们应该使用15uH 的初级电感、因为它适用于匝数比为1:2的 PMP22764参考设计、或者使用30.2uH ( LM5155_56_Quick_Start_Calculator 工作表中的计算值)、或者介于15uH 和30.2uH 之间的中间值。 请建议。

    此致、

    Aditya Kumar Singh

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    由于转换器以连续导通模式运行、因此使用的匝数比将决定低输入电压下的最大占空比。  在18V 输入下、使用1:2匝数比将产生约60%的最大占空比。  占空比越高、输出整流器的导通时间越短、初级 FET 的导通时间越长。  这应该有助于提高效率、因为二极管具有相对较大的正向压降、如果导通时间较长、则会消耗更多功率。

    初级电感将决定纹波电流的峰峰值。  我必须在 PMP22764设计中使用较低的15uH 电感、以便能够将 XFMR 安装在 EFD25内核上。  电感越大、所需的磁芯就越大。  EDF25内核上的15uH 电感在这些设计参数中实现了良好的平衡。  ETD29的磁芯面积增加约50%、绕组面积增加一倍、因此可能会增加电感。  您需要与磁性元件供应商合作、调整电感与工作磁通密度。

    您是否熟悉我们网站上提供的 Power Stage Designer 工具?  您可以使用 LM5155/56电子表格计算出的值并将其输入工具中。  然后、您可以查看主要功率级组件的组件波形。  您可以改变输入电压和负载电流并查看变化。  您还可以改变电感以查看它如何影响波形。  还有用于各种电路计算的工具。

    https://www.ti.com/tool/POWERSTAGE-DESIGNER?keyMatch=POWER%20STAGE%20DESIGNER%20TOOL

    谢谢、

    David

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    尊敬的 David:

    感谢您的快速回复。

     PMP22764的测试报告可以看出 、室温下的变压器温度约为67摄氏度。 请参阅下图-

    我们无法找到热测试的负载条件。 它是否在最小2~3小时的工作台测试中执行@70W 负载? 请分享您在 ZB1368-AL 变压器上的热体验。

    此外、我们需要在设计中实现类似的热性能、为此、我们计划使用以下参数使反激式变压器:

    请分享您对这方面的想法。

    此致、

    Aditya Kumar Singh

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    热像图的条件为24V 输入和70W 负载。  该板被钳位到位于实验室工作台上的台钳上。  环境温度约为20°C。  电路板温度稳定在15-20分钟、然后进行测量。

    我之前没有注意到您选择的开关频率为125kHz。  这就是电感是 PMP22764设计电感的两倍的原因、PMP22764的工作频率为250kHz。  您可以在较低频率下获得1-2%的效率切换。

    谢谢、

    David

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    尊敬的 David:

    我们已收到 PMP22764设计中使用的 ZB1368-AL、并已安装到基于 LM51561H 的电路板中。 观察结果如下:

    • 在250kHz 工作频率下-我们只能将其加载到42W。 它将关闭。 效率= 85%
    • 在125KHz 工作频率下-最高55W 并关闭。 还可以观察到、电源不会再次以55W 的功率启动、并且可以达到45W。 它在加热后会跳闸。 effi = 87%

    请您分享您对此的想法吗? 问题出在哪呢? 我们的最大功率要求为65W、基于此、我们采用了 PMP22764设计。 请在这方面向我们提供帮助。 下面是器件的图像。  

    您认为、这是不是因为 LM51551与 LM51561H 的器件不同?

    正在进行测试、我们将共享更多热数据。  

    此致、

    Mahesh

      

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    在250kHz 时、似乎电流限制被跳闸。  电流感应电阻器的值是多少?  PMP22764使用0.008 Ω 感应电阻器。  此外、电流感应电阻器和 CS 引脚之间串联的两个电阻器的值是多少?  有一个斜率补偿电流(典型值30uA)流经这些电流、此电流将从 CS 跳变点中减去。

    变压器的设计目标是250kHz、在125kHz 下工作时可能会饱和。  它在125kHz 和最大负载下不工作。  51和61H 之间的唯一区别是61H 具有抖动和不同的封装。

    谢谢、

    David

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    请查找随附的原理图。 我们使用6m Ω 电阻器。 我们在 CS 上使用0E 和100欧姆。  e2e.ti.com/.../LM51561H_5F00_POC_2D00_BBW73Z2.pdf

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    环路补偿值和配置不正确。  请根据随附的 PMP22764原理图进行修改。

    e2e.ti.com/.../PMP22764B_2800_001_29005F00_Sch.PDF

    谢谢、

    David

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    尊敬的 David:

    我们尝试了您的补偿值、但在我们的情况下、器件会出现异常关断。 我们仍在对其进行研究。

    无论如何,在我们的设计中,我们设计的是变压器下面。 根据建议、该变压器的磁芯和铜之间的间隙减小了。

    对于该变压器、我们观察到它仅在24W 负载下关闭。 我们的工作频率为125KHz。 我们观察到高达22-23W 的负载、栅极波形正常、但之后观察到异常行为。  下面是波形、由于电感较高、设计始终以 CCM 模式运行。 是因为电感更高、而不是因为电感无法达到所需的一次侧峰值电流? 器件在减少负载而不进行下电上电时也会恢复为。  请您仔细研究一下并分享一些建议吗?