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LM5185: LM5185,无法实现次级变负载下的稳压输出

Part Number: LM5185

设计背景:需要利用LM5185使用反激变压器拓扑实现24V电压输入,2400V电压输出,功率约为30W的dcdc升压模块
问题现象:在使用不同电阻的负载时(200kΩ-1.4MΩ),次级输出电压无法实现稳压,从2kV至3kV不等。
麻烦帮我找一下问题原因,或者帮我推荐一下适用于我们这个高压模块任务的合适芯片。

现象:

①负载1.28MΩ,输出电压达到2.9kV(黄色是初级电流,蓝色是MOSFET漏源电压,紫色是输出电压,绿色是gate引脚电压)

②负载0.6MΩ,输出2.6kV

③负载0.4M,输出2.5kV



下面附电路原理图及变压器参数:
磁芯:GU36
原边3T,副边75T*4个绕组,总匝比1:100
原边电感L_p约为9.6uH,原边峰值电流设计约为6A

  • 感谢您对TI产品的关注!
    关于你的咨询,我们正在确认你的问题,稍后回复您。

  • 使用计算器得到的波特图的穿越频率(5.5kHz)好像与期望穿越频率(20kHz)差的比较远,请问这个是正常的吗。设计时需要如何参考?
    ...

  • 您好

    请查看下面的反馈

    首先、我想说、即使 Vout 处有非常高的电压、也可以使用 LM5185并选择正确的元件。 我查看了您的原理图、下面提供了一些建议。 另外,你可以找到我为你的情况准备的计算器工具。 其中包含建议的所有参数和更改。

    变压器:MAG 初级侧9.6uH 电感良好。 每个次级绕组的匝数比也为1:100。

    MOSFET :250V46A MOSFET 已死亡。 我建议使用80V 12A MOSFET。 使用 Rcs=15m Ω 时、MOSFET 的漏极将具有最大电压 Vin_max+Vclamp、初级电流为6.7A。

    -RFB:我建议将 Rfb 值更改为240k Ω。 Rfb=(Vout+Vd)*RSet/Rset、其中 Vref = 10k Ω 且 Vref = 1V。 您使用的是200k Ω、它将设置 Vout=~2000V。

    -钳位:似乎你正在使用一个600V 齐纳二极管串联10欧姆电阻器,并与 RC 钳位串联。 请更正。 齐纳二极管的极性不正确、如果使用齐纳二极管、则不需要 RC 钳位、因为两者执行相同的任务。 我建议将100V 1A 肖特基二极管与36V 齐纳二极管串联。

    -秒 二极管:您需要使用一个更高阻断电压二极管 V_blocl=Vin_max*NPS+Vout=4800V。 由于输出电流低、电流速率较低。

    -COMP:我建议使用下面计算器设计中所示的组件。 根据这些值、您将得到交叉频率 fco =~500Hz 和~47度的相位裕度。

    -EN:在您的原理图中,您正在将EN引脚短路到VIN电源。这是有效的,但我建议使用分压器来设置VIN_ON和VIN_OFF值。下面,您可以从计算器工具中看到一个示例。

    -随函附上我为您准备的计算器工具。

    LM5185-DESIGN-CALC_AoSun.xlsx

  • 我是贴主本人,我的原账号无法回复帖子,现在用这个账号跟你交流,后面希望我们能用这个邮件交流!(20213232031@m.scnu.edu.cn)
    感谢反馈!
    您发给我的图片和链接都无法查看和打开!可以把相关内容发到我邮件吗20213232031@m.scnu.edu.cn,谢谢!
    至于您提供的一些反馈,我有一些回复:
    1. 变压器次级是四个1:25的线圈,所以理论上每个线圈能输出浮动的600V电压,我将四个彼此串联,最终得到2400V的高压输出。您看下这样做是合理的吗?
    2. MOSFET目前使用的参数有很大冗余,应该不是导致问题现象的原因
    3. RFB,我之前尝试过240kΩ,现象依然出现,在1.5MΩ负载下电压超过3kV。我还试过220kΩ,问题依然存在
    4. 钳位,原理图上的齐纳二极管标志有错误,实际上那里是一个快恢复二极管,这部分是一个RCD吸收电路
    5. 次级二极管,每个绕组的匝数比为1:25,输出电压为600,则耐压值为24*25+600=1200V,该处二极管为2000V耐压,是足够的。
    6. COMP,我也尝试过使用芯片计算器的这个参数(如下图)(R_comp:5.6MΩ,C_comp:2.2nF,C_HF:16pF),从结果上来看问题依然存在。后续您发我图片之后我会使用你的参数再次尝试,请麻烦将图片或附件发在我的邮箱!


    7. EN引脚,我会好好参考你的意见去尝试的,请麻烦将图片或附件发在我的邮箱!
    另外,我尝试使用PSpice软件进行仿真,仿真结果都是正常的!在负载从200k到10M区间,输出电压都是稳定在2400V!

  • 我是贴主本人,我的原账号无法回复帖子,现在用这个账号跟你交流,后面希望我们能用这个邮件交流!(20213232031@m.scnu.edu.cn)
    感谢反馈!
    您发给我的图片和链接都无法查看和打开!可以把相关内容发到我邮件吗20213232031@m.scnu.edu.cn,谢谢!
    至于您提供的一些反馈,我有一些回复:
    1. 变压器次级是四个1:25的线圈,所以理论上每个线圈能输出浮动的600V电压,我将四个彼此串联,最终得到2400V的高压输出。您看下这样做是合理的吗?
    2. MOSFET目前使用的参数有很大冗余,应该不是导致问题现象的原因
    3. RFB,我之前尝试过240kΩ,现象依然出现,在1.5MΩ负载下电压超过3kV。我还试过220kΩ,问题依然存在
    4. 钳位,原理图上的齐纳二极管标志有错误,实际上那里是一个快恢复二极管,这部分是一个RCD吸收电路
    5. 次级二极管,每个绕组的匝数比为1:25,输出电压为600,则耐压值为24*25+600=1200V,该处二极管为2000V耐压,是足够的。
    6. COMP,我也尝试过使用芯片计算器的这个参数(如下图)(R_comp:5.6MΩ,C_comp:2.2nF,C_HF:16pF),从结果上来看问题依然存在。后续您发我图片之后我会使用你的参数再次尝试,请麻烦将图片或附件发在我的邮箱!


    7. EN引脚,我会好好参考你的意见去尝试的,请麻烦将图片或附件发在我的邮箱!
    另外,我尝试使用PSpice软件进行仿真,仿真结果都是正常的!在负载从200k到10M区间,输出电压都是稳定在2400V!

  • 您好

    1.变压器次级由四个1:25线圈组成,理论上每个线圈可以输出一个600V 的浮动电压。 我串联了四个线圈以获得2400V 的高电压输出。 这样做是否合理?

    [MA]:是的、它应该起作用。 次级二极管之后的每个输出模拟一个电压源、因此您应该能够通过四个串联的输出绕组进行调节。

    2、当前 MOSFET 中使用的参数具有较大的冗余性,不应成为问题出现的原因

    [mA]:要提高 MOSFET、建议优化 MOSFET 中的功率损耗(开关损耗和导通损耗)以获得更高的效率。 是的、它不会影响主要问题。


    3、RFB、我之前试过240k Ω,但这种现象仍然发生。 在1.5M Ω 负载下电压超过3kV。 我也尝试了220k Ω,但问题仍然存在。

    [mA]:问题解决后、确保使用正确的 RFB 电阻器。


    4.钳位,原理图上的齐纳二极管符号有一个错误。 实际上、这里有一个快速恢复二极管、即 RCD 吸收电路

    [mA]:如果 D3不是齐纳二极管、并且它是 RCS 钳位的一部分、则可以。 请移除与二极管串联的 R7 10 Ω、钳位不需要它。 这只会产生损耗。


    5.对于次级二极管、每个绕组的匝数比为1:25且输出电压为600、耐受电压值为24 * 25+600=1200V。 该位置的二极管耐受电压为2000V、这就足够了。

    [MA]:这是正确的。


    6. comp、我还尝试使用芯片计算器的此参数(如下图所示)(Rcomp:5.6M Ω、C_comp:2.2nF、C_HF:16pF)、在结果中、问题仍然存在。 向我发送图片后、我将使用您的参数重试。

    [mA]:10度的相位裕度非常小、可确保实现稳定的补偿环路。 请更新您的补偿网络元件。 我使用 Cout=200nF 重新计算所需的值(见下文)(前面推荐的值使用了10uF Cout)。

    4863.LM5185-DESIGN-CALC_AoSun.xlsx

    7.恩品,我会认真考虑你的意见,试试看。请将图片或附件发送到我的电子邮件!
    此外,我尝试使用PSpice软件进行模拟,模拟结果都很正常!输出电压在200k至10M的负载范围内保持稳定

    [MA]:您只需在VIN和EN引脚之间连接一个电阻分压器(使用Ruvh和Ruvl见下文)。

  • 您发的图片和链接我都无法打开,能不能用邮件或其他方式交流?