ZHCABU7 November   2021 LM5157 , LM5157-Q1 , LM51571-Q1 , LM5158 , LM5158-Q1 , LM51581 , LM51581-Q1

 

  1.   如何使用 LM5157x、LM5158x 设计升压转换器
  2.   商标
  3. 1LM5157 升压设计示例
  4. 2计算和元件选型
    1. 2.1  开关频率
    2. 2.2  电感器计算
    3. 2.3  斜率补偿检查
    4. 2.4  电感器选型
    5. 2.5  二极管选型
    6. 2.6  输出电容器选型
    7. 2.7  输入电容器选择
    8. 2.8  UVLO 电阻选型
    9. 2.9  软启动电容器选型
    10. 2.10 反馈电阻器选择
    11. 2.11 控制环路补偿
      1. 2.11.1 交叉频率 (fcross) 选择
      2. 2.11.2 RCOMP 选择
      3. 2.11.3 CCOMP 选择
      4. 2.11.4 CHF 选型
    12. 2.12 功率损耗和效率估计
  5. 3实现结果
  6. 4小信号频率分析
    1. 4.1 升压稳压器调制器建模
    2. 4.2 补偿建模
    3. 4.3 开环建模

功率损耗和效率估计

升压转换器的总损耗 (PTOTAL) 可以表示为以下损耗之和:器件中的损耗 (PIC,不包括功率 MOSFET 损耗)、MOSFET 功率损耗 (PQ)、二极管功率损耗 (PD)、电感器功率损耗 (PL) 和检测电阻中的损耗(PRS,请参阅下面的说明)。(PIC) 和 (PQ) 之和是转换器器件中的功率损耗,应设计在合理范围内,防止 IC 温升过大。

Equation25. GUID-23E791B3-71F1-446B-972D-1B7667A0B1A9-low.gif

PIC 可分为栅极驱动损耗 (PG) 和静态电流导致的损耗 (PIQ)。

Equation26. GUID-CFC5E57C-7A75-4C4E-AFC3-C83244935307-low.gif

每种功率损耗的近似计算方法如下:

Equation27. GUID-0A353963-CBCE-4DFE-B134-4EFD427858E4-low.gif
Equation28. GUID-BA406820-65CF-49CE-81D5-E35DB3847474-low.gif

每种模式下的 IBIAS 值可在 LM5157x 和 LM5158x 数据表中找到。

PQ 可分为开关损耗 (PQ(SW)) 和导通损耗 (PQ(COND))。

Equation29. GUID-263BE9AC-BDC9-4229-8E61-0C49740A4378-low.gif

每种功率损耗的近似计算方法如下:

Equation30. GUID-C932777C-4D52-4C82-948C-4A9A5CD17426-low.gif

tR 和 tF 是集成式功率 MOSFET 的上升和下降时间。ISUPPLY 是升压转换器的输入电源电流。

Equation31. GUID-444B11A3-D344-4E99-B299-353B6F2E2C98-low.gif

RDS(ON) 是 LM5157x 和 LM5158x 数据表中给出的 MOSFET 导通电阻。考虑自热导致的 RDS(ON) 增加。

PD 可以分为二极管导通损耗 (PVF) 和反向恢复损耗 (PRR)。

Equation32. GUID-72FAB8F9-5EFC-4CC3-BCE4-FAE3D912709F-low.gif

每种功率损耗的近似计算方法如下:

Equation33. GUID-C790B063-9478-42DF-948F-A352D83649DE-low.gif
Equation34. GUID-990765FB-66B6-403A-9264-74AE210E2DBC-low.gif

QRR 是二极管的反向恢复电荷,会在二极管数据表中指定。二极管的反向恢复特性对效率有很大影响,在高负载电压下尤其如此。

PL 是 DCR 损耗 (PDCR) 和交流磁芯损耗 (PAC) 之和。DCR 是电感器数据表中提到的电感器直流电阻。

Equation35. GUID-EE8FA34E-8E5B-437D-BDD7-9E317477B01A-low.gif

每种功率损耗的近似计算方法如下:

Equation36. GUID-A89DB8D9-5C4E-41C4-BEF2-92765014F4F0-low.gif
Equation37. GUID-7F971EC1-D61E-418F-9330-4B008657DB35-low.gif
Equation38. GUID-C5967F64-156D-4433-9778-F14C493AD705-low.gif

∆I 是峰峰值电感器电流纹波。K、α 和 β 是磁芯相关因素、可由电感器制造商提供。

由于 LM5157x 和 LM5158x 中采用了电流检测技术,因此检测电阻和功率损耗 PRS 可以忽略不计。

电源转换器的效率可按照如下方式进行估计:

Equation39. GUID-FB154740-0CE3-436B-8FB6-85A9C7941B8C-low.gif