ZHCSWW7B August   2024  – August 2025 LM5137-Q1

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 相关产品
  6. 5 引脚配置和功能
    1. 5.1 可润湿侧翼
  7. 6 规格
    1. 6.1 绝对最大额定值
    2. 6.2 ESD 等级
    3. 6.3 建议运行条件
    4. 6.4 热性能信息
    5. 6.5 电气特性
    6. 6.6 典型特性
  8. 7 详细说明
    1. 7.1 概述
    2. 7.2 功能方框图
    3. 7.3 特性说明
      1. 7.3.1  输入电压范围 (VIN)
      2. 7.3.2  辅助电源稳压器（VCC、BIAS1/VOUT1、VDDA）
      3. 7.3.3  精密启用端（EN1、EN2）
      4. 7.3.4  开关频率 (RT)
      5. 7.3.5  脉冲频率调制和同步 (PFM/SYNC)
      6. 7.3.6  同步输出 (SYNCOUT)
      7. 7.3.7  双随机展频 (DRSS)
      8. 7.3.8  可配置软启动 (RSS)
      9. 7.3.9  输出电压设定点（FB1、FB2）
      10. 7.3.10 误差放大器和 PWM 比较器（FB1、FB2、COMP1、COMP2）
        1. 7.3.10.1 斜率补偿
      11. 7.3.11 电感器电流检测（ISNS1+、BIAS1/VOUT1、ISNS2+、VOUT2）
        1. 7.3.11.1 分流电流检测
        2. 7.3.11.2 电感器 DCR 电流检测
      12. 7.3.12 超短可控导通时间
      13. 7.3.13 100% 占空比性能
      14. 7.3.14 MOSFET 栅极驱动器（HO1、HO2、LO1、LO2）
      15. 7.3.15 输出配置 (CNFG)
        1. 7.3.15.1 独立双输出操作
        2. 7.3.15.2 单输出交错操作
        3. 7.3.15.3 单输出多相操作
    4. 7.4 器件功能模式
      1. 7.4.1 睡眠模式
      2. 7.4.2 PFM 模式
  9. 8 应用和实施
    1. 8.1 应用信息
      1. 8.1.1 动力总成元件
        1. 8.1.1.1 功率 MOSFET
        2. 8.1.1.2 降压电感器
        3. 8.1.1.3 输出电容器
        4. 8.1.1.4 输入电容器
        5. 8.1.1.5 EMI 滤波器
      2. 8.1.2 误差放大器和补偿
    2. 8.2 典型应用
      1. 8.2.1 设计 1 – 适用于 12V 汽车电池应用的双路 5V 和 3.3V、20A 降压稳压器
        1. 8.2.1.1 设计要求
        2. 8.2.1.2 详细设计过程
          1. 8.2.1.2.1 使用 WEBENCH® 工具创建定制设计方案
          2. 8.2.1.2.2 使用 Excel 快速启动工具创建定制设计方案
          3. 8.2.1.2.3 电感器计算
          4. 8.2.1.2.4 分流电阻器
          5. 8.2.1.2.5 陶瓷输出电容器
          6. 8.2.1.2.6 陶瓷输入电容器
          7. 8.2.1.2.7 反馈电阻
          8. 8.2.1.2.8 输入电压 UVLO 电阻器
          9. 8.2.1.2.9 补偿器件
        3. 8.2.1.3 应用曲线
      2. 8.2.2 设计 2 – 适用于汽车 ADAS 应用的两相单输出同步降压稳压器
        1. 8.2.2.1 设计要求
        2. 8.2.2.2 详细设计过程
      3. 8.2.3 设计 3 – 适用于 48V 汽车应用的 12V、20A、400kHz 两相降压稳压器
        1. 8.2.3.1 设计要求
        2. 8.2.3.2 详细设计过程
        3. 8.2.3.3 应用曲线
    3. 8.3 电源相关建议
    4. 8.4 布局
      1. 8.4.1 布局指南
        1. 8.4.1.1 功率级布局
        2. 8.4.1.2 栅极驱动布局
        3. 8.4.1.3 PWM 控制器布局
        4. 8.4.1.4 热设计和布局
        5. 8.4.1.5 接地平面设计
      2. 8.4.2 布局示例
  10. 9 器件和文档支持
    1. 9.1 器件支持
      1. 9.1.1 第三方产品免责声明
      2. 9.1.2 开发支持
        1. 9.1.2.1 使用 WEBENCH® 工具创建定制设计方案
    2. 9.2 文档支持
      1. 9.2.1 相关文档
        1. 9.2.1.1 低 EMI 设计资源
        2. 9.2.1.2 热设计资源
        3. 9.2.1.3 PCB 布局资源
    3. 9.3 接收文档更新通知
    4. 9.4 支持资源
    5. 9.5 商标
    6. 9.6 静电放电警告
    7. 9.7 术语表
  11. 10修订历史记录
  12. 11机械、封装和可订购信息

封装选项

机械数据 (封装 | 引脚)
散热焊盘机械数据 (封装 | 引脚)
订购信息

8.1.1.1 功率 MOSFET

功率 MOSFET 的选择对直流/直流稳压器性能有很大影响。具有低导通电阻 RDS(on) 的 MOSFET 可以减少导通损耗，而低寄生电容则可以缩短转换时间和降低开关损耗。通常，MOSFET 的 RDS(on) 越小，栅极电荷和输出电荷（分别为 QG 和 QOSS）就越大，反之亦然。因此，RDS(on) 和 QG 的乘积通常指定为 MOSFET 品质因数。给定封装的低热阻确保 MOSFET 功率损耗不会导致 MOSFET 芯片温度过高。

在 LM5137-Q1 应用中，影响功率 MOSFET 选择的主要参数如下：

  • VGS=5V 时的 RDS(on)
  • 漏极到源极电压额定值 BVDSS 通常为 40V、60V 或 80V，具体取决于最大输入电压。
  • VGS = 5V 时的栅极电荷参数
  • 相关输入电压下的输出电荷 QOSS
  • 体二极管反向恢复电荷 QRR
  • 栅极阈值电压 VGS(th)，从 MOSFET 数据表内 QG 与 VGS 之间的关系图中的米勒平坦区域得出。由于米勒平坦区域电压通常位于 2.5V 至 3.2V 范围内，LM5137-Q1 的 5V 栅极驱动幅度可以在导通时提供足够增强的 MOSFET，并在关断时针对 Cdv/dt 击穿提供裕度。

表 8-1 中所示的公式总结了一个通道的 MOSFET 相关功率损耗，其中后缀 1 和 2 分别表示高侧和低侧 MOSFET 参数。虽然这里考虑了电感器纹波电流带来的影响，但却不包括与寄生电感和开关节点电压振铃相关的损耗等二阶损耗模式。LM5137-Q1 产品文件夹中提供的全面快速入门计算器 可根据输入的 MOSFET 参数（包括 RDS(on) 和 QG）进行功率损耗计算。

表 8-1 MOSFET 功率损耗
功率损耗模式 高侧 MOSFET 低侧 MOSFET
MOSFET 导通(2)(3) LM5137-Q1 LM5137-Q1
MOSFET 开关 LM5137-Q1 可忽略
MOSFET 栅极驱动(1) LM5137-Q1 LM5137-Q1
MOSFET 输出电荷(4) LM5137-Q1
体二极管导通 不适用 LM5137-Q1
体二极管反向恢复(5) LM5137-Q1
(1) 栅极驱动损耗会根据 MOSFET 的内部栅极电阻、外部添加的串联栅极电阻以及 LM5137-Q1 的相关驱动器电阻进行分摊。
(2) MOSFET RDS(on) 具有约 4500ppm/°C 的正温度系数。MOSFET 结温 TJ 及其随环境温度的上升情况取决于器件的总功率损耗和热阻。在最小输入电压下或接近的电压下工作时，确保 MOSFET RDS(on) 可以提供可用的栅极驱动电压。
(3) D' = 1–D 为占空比补码。
(4) MOSFET 输出电容 Coss1 和 Coss2 与电压之间的关系呈现高度非线性特征。这些电容都能在高侧 MOSFET 关断时通过电感器电流进行无损充电。不过，在导通期间，来自输入的电流为低侧 MOSFET 的输出电容充电。Eoss1（即 Coss1 的能量）会在导通时消耗，但此损耗会被 Coss2 上储存的能量 Eoss2 抵消。更多详细信息，另请参阅比较死区时间对具有 GaN FET 的直流/直流转换器和硅 MOSFET 性能的影响 (ECCE 2016)。
(5) MOSFET 体二极管反向恢复电荷 QRR 取决于很多参数，尤其是正向电流、电流转换速度以及温度。

高侧（控制）MOSFET 在 PWM 导通时间（或 D 间隔）期间承载电感器电流，通常会导致大多数的开关损耗，因此务必要选择能够平衡导通损耗和开关损耗的高侧 MOSFET。高侧 MOSFET 的总功率损耗是以下几项之和：

  • 导通导致的损耗
  • 开关（电压与电流重叠）
  • 输出电荷
  • 通常情况下体二极管反向恢复所导致的净损耗的三分之二

当高侧 MOSFET 关断时（或 1–D 间隔），低侧（同步）MOSFET 承载电感器电流。低侧 MOSFET 开关损耗可以忽略不计，因为它在零电压处进行切换。在转换死区时间期间，电流仅从通道到体二极管或从体二极管到通道。当两个 MOSFET 都关断时，LM5137-Q1 及其自适应栅极驱动时序会更大限度地减少体二极管导通损耗。此类损耗与开关频率直接成正比。

在高降压比应用中，低侧 MOSFET 会在开关周期的大多数时候承载电流。因此，若要获得高效率，必须针对 RDS(on) 优化低侧 MOSFET。如果导通损耗过大或目标 RDS(on) 低于单个 MOSFET 中的可用电阻，请并联两个低侧 MOSFET。低侧 MOSFET 的总功率损耗等于以下几项损耗之和：通道导通损耗、体二极管导通损耗，以及通常情况下体二极管反向恢复所导致的净损耗的三分之一。LM5137-Q1 非常适合驱动 TI 的功率 MOSFET 产品系列。