ZHCSNL6 March 2022 LM5143
PRODUCTION DATA
- 1 特性
- 2 應(yīng)用
- 3 說明
- 4 修訂歷史記錄
- 5 說明（續(xù)）
- 6 器件比較表
- 7 引腳配置和功能
- 8 規(guī)格
-
9 詳細(xì)說明
- 9.1 概述
- 9.2 功能方框圖
- 9.3
特性說明
- 9.3.1 輸入電壓范圍 (VIN)
- 9.3.2 高壓偏置電源穩(wěn)壓器（VCC、VCCX、VDDA）
- 9.3.3 使能（EN1、EN2）
- 9.3.4 電源正常監(jiān)視器（PG1、PG2）
- 9.3.5 開關(guān)頻率 (RT)
- 9.3.6 時(shí)鐘同步 (DEMB)
- 9.3.7 同步輸出 (SYNCOUT)
- 9.3.8 擴(kuò)頻調(diào)頻 (DITH)
- 9.3.9 可配置軟啟動(dòng)（SS1、SS2）
- 9.3.10 輸出電壓設(shè)定點(diǎn)（FB1、FB2）
- 9.3.11 最短可控導(dǎo)通時(shí)間
- 9.3.12 誤差放大器和 PWM 比較器（FB1、FB2、COMP1、COMP2）
- 9.3.13 斜率補(bǔ)償
- 9.3.14 電感器電流感測（CS1、VOUT1、CS2、VOUT2）
- 9.3.15 斷續(xù)模式電流限制 (RES)
- 9.3.16 高側(cè)和低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器（HO1/2、LO1/2、HOL1/2、LOL1/2）
- 9.3.17 輸出配置 (MODE, FB2)
- 9.4 器件功能模式
- 10應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)
- 11電源相關(guān)建議
- 12布局
- 13器件和文檔支持
- 14機(jī)械、封裝和可訂購信息
封裝選項(xiàng)
機(jī)械數(shù)據(jù) (封裝 | 引腳)
- RHA|40
散熱焊盤機(jī)械數(shù)據(jù) (封裝 | 引腳)
- RHA|40
訂購信息
10.1.1.4 功率 MOSFET
功率 MOSFET 的選擇對直流/直流穩(wěn)壓器性能有很大影響。具有低導(dǎo)通電阻 RDS(on) 的 MOSFET 可以減少導(dǎo)通損耗，而低寄生電容則可以縮短轉(zhuǎn)換時(shí)間和降低開關(guān)損耗。通常，MOSFET 的 RDS(on) 越小，柵極電荷和輸出電荷（分別為 QG 和 QOSS）就越大，反之亦然。因此，RDS(on) 和 QG 的乘積通常指定為 MOSFET 品質(zhì)因數(shù)。給定封裝的低熱阻確保 MOSFET 功率損耗不會導(dǎo)致 MOSFET 芯片溫度過高。
在 LM5143 應(yīng)用中，影響功率 MOSFET 選擇的主要參數(shù)如下：
- VGS=5V 時(shí)的 RDS(on)
- 漏極到源極電壓額定值 BVDSS 通常為 40V、60V 或 80V，具體取決于最大輸入電壓。
- VGS = 5V 時(shí)的柵極電荷參數(shù)
- 相關(guān)輸入電壓下的輸出電荷 QOSS
- 體二極管反向恢復(fù)電荷 QRR
- 柵極閾值電壓 VGS(th)，從 MOSFET 數(shù)據(jù)表內(nèi) QG 與 VGS 之間的關(guān)系圖中的米勒平坦區(qū)域得出。由于米勒平坦區(qū)域電壓通常位于 2V 至 3V 范圍內(nèi)，LM5143 的 5V 柵極驅(qū)動(dòng)幅度可以在導(dǎo)通時(shí)提供足夠增強(qiáng)的 MOSFET，并在關(guān)斷時(shí)針對 Cdv/dt 擊穿提供裕度。
表 10-1 中所示的公式總結(jié)了一個(gè)通道的 MOSFET 相關(guān)功率損耗，其中后綴 1 和 2 分別表示高側(cè)和低側(cè) MOSFET 參數(shù)。雖然這里考慮了電感器紋波電流帶來的影響，但卻不包括與寄生電感和 SW 節(jié)點(diǎn)振鈴相關(guān)的損耗等二階損耗模式。請查看 LM5143 快速入門計(jì)算器。該計(jì)算器可從 LM5143 產(chǎn)品文件夾下載，以協(xié)助計(jì)算功率損耗。
表 10-1 MOSFET 功率損耗
| 功率損耗模式 | 高側(cè) MOSFET | 低側(cè) MOSFET |
|---|---|---|
| MOSFET 導(dǎo)通(2)(3) |  |
 |
| MOSFET 開關(guān) |  |
可忽略 |
| MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)(1) |  |
 |
| MOSFET 輸出電荷(4) |  |
可忽略 |
| 體二極管 導(dǎo)通 |
不適用 |  |
| 體二極管 反向恢復(fù)(5) |
 |
|
(1) 柵極驅(qū)動(dòng)損耗會根據(jù) MOSFET 的內(nèi)部柵極電阻、外部添加的串聯(lián)柵極電阻以及 LM5143 的相關(guān)驅(qū)動(dòng)器電阻進(jìn)行分?jǐn)偂?/div>
(2) MOSFET RDS(on) 具有約 4500ppm/°C 的正溫度系數(shù)。MOSFET 結(jié)溫 TJ 及其隨環(huán)境溫度的上升情況取決于器件的總功率損耗和熱阻。在最小輸入電壓下或接近的電壓下工作時(shí)，確保 MOSFET RDS(on) 可以提供可用的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。
(3) D' = 1–D 為占空比補(bǔ)碼。
(4) MOSFET 輸出電容 Coss1 和 Coss2 與電壓之間的關(guān)系呈現(xiàn)高度非線性特征。這些電容都能在 MOSFET 關(guān)斷時(shí)通過電感器電流進(jìn)行無損充電。不過，在導(dǎo)通期間，來自輸入的電流為低側(cè) MOSFET 的輸出電容充電。Eoss1（即 Coss1 的能量）會在導(dǎo)通時(shí)消耗，但這會被 Coss2 上儲存的能量 Eoss2 抵消。更多詳細(xì)信息，請參閱“比較死區(qū)時(shí)間對具有 GaN FET 的直流/直流轉(zhuǎn)換器和硅 MOSFET 性能的影響”(ECCE 2016)。
(5) MOSFET 體二極管反向恢復(fù)電荷 QRR 取決于很多參數(shù)，尤其是正向電流、電流轉(zhuǎn)換速度以及溫度。
高側(cè)（控制）MOSFET 在 PWM 導(dǎo)通時(shí)間（或 D 間隔）期間承載電感器電流，通常會導(dǎo)致大多數(shù)的開關(guān)損耗，因此務(wù)必要選擇能夠平衡導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗的高側(cè) MOSFET。高側(cè) MOSFET 的總功率損耗是以下幾項(xiàng)之和：
- 導(dǎo)通導(dǎo)致的損耗
- 開關(guān)（電壓與電流重疊）
- 輸出電荷
- 通常情況下體二極管反向恢復(fù)所導(dǎo)致的凈損耗的三分之二
當(dāng)高側(cè) MOSFET 關(guān)斷時(shí)（或 1–D 間隔），低側(cè)（同步）MOSFET 承載電感器電流。低側(cè) MOSFET 開關(guān)損耗可以忽略不計(jì)，因?yàn)樗诹汶妷禾庍M(jìn)行切換。在轉(zhuǎn)換死區(qū)時(shí)間期間，電流僅進(jìn)行換向（從通道到體二極管），反之亦然。當(dāng)兩個(gè) MOSFET 都關(guān)斷時(shí)，LM5143 及其自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序會最大限度地減少體二極管導(dǎo)通損耗。此類損耗與開關(guān)頻率直接成正比。
在高降壓比應(yīng)用中，低側(cè) MOSFET 會在開關(guān)周期的大多數(shù)時(shí)候承載電流。因此，若要獲得高效率，必須針對 RDS(on) 優(yōu)化低側(cè) MOSFET。如果導(dǎo)通損耗過大或目標(biāo) RDS(on) 低于單個(gè) MOSFET 中的可用電阻，請并聯(lián)兩個(gè)低側(cè) MOSFET。低側(cè) MOSFET 的總功率損耗等于以下幾項(xiàng)損耗之和：通道導(dǎo)通損耗、體二極管導(dǎo)通損耗，以及通常情況下體二極管反向恢復(fù)所導(dǎo)致的凈損耗的三分之一。LM5143 非常適合用于驅(qū)動(dòng) TI 的NexFET? 功率 MOSFET 產(chǎn)品系列。