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[FAQ] TPS546D24A: 选择 Rboot 并计算 Rboot 功耗

Part Number: TPS546D24A

在 TPS546D24A EVM 和许多 TI 高电流降压开关转换器参考设计中,我看到有一个与 BOOT 引脚串联的电阻器,用于将电容器连接到开关(SW、PHASE 等)引脚。

如何计算 Rboot 电阻器的阻值?

如何计算 Rboot 电阻器中的功耗,以便能够正确确定电阻器的阻值?

  • TPS546D24A(及其他)等同步降压转换器的 BOOT 引脚为高侧 FET 的“浮动”栅极驱动器电路供电,并通过电容器连接到 SW 引脚,以便在高侧 FET 导通时将 BOOT 保持为 SW 电压。  此“自举”电源在 BOOT 到 SW 之间提供宽松调节的电压,用于驱动需要栅极驱动电压超过电源输入电压 PVIN 的 N 沟道 MOSEFT。

    添加一个与 BOOT 串联的电阻器可增加与 BOOT 电容器(栅极驱动的电压源)和高侧栅极串联的总电阻,从而降低栅极驱动电流并缩短高侧 FET 的上升时间,从而减少振铃。  虽然大多数设计不需要 BOOT 电阻器,但可以在其中添加一个电阻器来减少 SW 上升沿振铃,从而降低开关节点产生的 SW 至 PGND 电压应力和高频 EMI。

    由于启动电阻器上的压降会在高侧栅极导通期间降低 BOOT 引脚上的电路电压,因此串联启动电阻应尽可能小,同时满足特定设计的开关电压应力和 EMI 要求。  此外,BOOT 电阻不应大于内部驱动上拉电阻。  对于 TPS546x24A 系列,PVIN 小于 14.5V 时,阻值为 4.2Ω;PVIN 大于 14.5V 时,阻值为 10Ω。

    BOOT 引脚上的高峰值电流可以是几安培,但仅在高侧 FET 导通时的短时间内。  启动电阻器 Rboot 会限制此电流,以便控制高侧 FET 导通期间的压摆率、振铃和峰值电压应力,这可能会使功耗估算变得复杂。

    近似功耗可通过下式得出:

    Pdiss = R * I^2 * Sqrt ( D)

    Rboot * [ (Vdrive - Vplat) / (Rdrive + Vboot) ] ^2 * [ Qg * (Rdrive + Rboot) / { (Vdrive - Vplat) * Tsw } ] 

    遗憾的是,TPS546D24A 等集成度更高的 FET 器件不包括 Qg、VDrive、Rdrive 或 Vplat 等因素,因为 Rboot 功耗通常是可忽略不计,即使对于 0402 电阻器也是如此。

    对于 TPS546D24A,近似值为:

    VDrive = 4.7V、Vplat = 2.0V、Qg = 6.5nC 且 Rdrive = 4.2Ω

    在 1.5MHz 下针对几个不同的电阻值求解:

    1Ω:  1 * (2.7V / 5.2Ω)^2 * ( 6.5nC * 5.2Ω / (2.7V * 667ns)) = 5mW

    4.7Ω:14mW

    10Ω(不推荐)18.5mW