ZHCAF19 February   2025 AMC0106M05 , AMC0106M25

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
  5. 2设计挑战
  6. 3设计方法
    1. 3.1 AMC0106Mxx 功能隔离式调制器
    2. 3.2 电路设计和布局
    3. 3.3 Sinc3 滤波器设计
  7. 4测试和验证
    1. 4.1 测试设置
    2. 4.2 数字接口
    3. 4.3 直流精度、噪声和有效位数
    4. 4.4 PWM 抑制
      1. 4.4.1 一个 PWM 周期内的直流相电流测量
      2. 4.4.2 100kHz PWM 下的交流相电流测量
    5. 4.5 自举电源验证和 AVDD 纹波抑制测试
      1. 4.5.1 低压纹波 LMG2100R044 自举电源
      2. 4.5.2 高压纹波分立式自举电源
  8. 5总结
  9. 6参考资料

低压纹波 LMG2100R044 自举电源

下图显示了不同 PWM 占空比下 10kHz 和 100kHz PWM 的 AVDD 自举电源电压。自举电源使用 LMG2100R044 集成式自举二极管、外部自举电容器 C41 (100nF)、C40 (4.7µF) 和限流电阻器 R15 (3Ω) 实现。自举电源驱动 LMG2100R044 高侧 GaN-FET,其典型栅极电荷为7.3nC;并为 AMC0106M05 供电,5V 时其典型电源电流为 6.5mA。

作为最差条件,自举电源在 10kHz 和 100kHz PWM、50% 占空比和恒定 95% 占空比下进行了测试。

图 4-15图 4-16 从 Tektronix MDO4104B-3 示波器的 csv 文件生成,使用 TMDP0200 差分探头在 75V 灵敏度和 5MHz 带宽下进行。

黑色迹线显示了以悬空模拟 GND (AGND) 为基准的 AVDD 电压。红色迹线显示了相对于系统 GND 的 AGND 共模电压。系统 GND 也等于 AMC0106M05 的逻辑 GND (DGND) 和 MCU GND。

 10kHz PWM、50% 占空比条件下的自举电压图 4-15 10kHz PWM、50% 占空比条件下的自举电压
 10kHz PWM、95% 占空比条件下的自举电压图 4-16 10kHz PWM、95% 占空比条件下的自举电压
表 4-2 R15 (3Ω)、C57 (4.7µF) 的自举电压 AVDD 与 PWM 频率和占空比间的关系
PWM 频率
(kHz)
占空比
(%)
AVDDMIN(1)
(V)
AVDDMAX(1)
(V)
ΔAVDD

(V)
平均值 (AVDD)(1)
(V)
10 50 4.34 4.52 0.18 4.43
10 90 3.98 4.28 0.3 4.12
10 95 3.68 4 0.32 3.85
100 50 4.46 4.49 0.03 4.47
100 90 4.11 4.16 0.05 4.14
100 95 3.83 3.88 0.05 3.85
 平均 AVDD 自举电压图 4-17 平均 AVDD 自举电压
 AVDD 自举电压纹波图 4-18 AVDD 自举电压纹波

图 4-17 显示,对于给定的限流电阻器 (R15),平均自举电压随着 PWM 开关频率的降低而下降。在较低 PWM 频率下,自举电容器必须支持高侧 FET 的较长导通时间,因此平均电压降低。高占空比意味着高侧 FET 的导通时间较长、自举电容器的充电时间较短,在此条件下可以看到 R15 的影响。R15 可限制自举电容器的充电电流。因此,在占空比较长的情况下,自举电容器的电压会变低。可以通过降低 R15 的值来补偿此影响。

图 4-18 显展示了自举电容器两端的峰-峰值纹波电压与占空比的函数关系。同样,由于高侧 FET 的导通时间较长、自举电容器的刷新时间较短,纹波电压会随着 PWM 占空比而升高。在计算平均自举电压中,忽略了瞬态过冲和下冲。过冲和下冲由差分电压探头的有限共模抑制引起,而非由自举电源引起。

AMC0106M05 AVDD 电源的建议工作电压范围较宽,为 3V 至 5.5V。因此,上图中所示的自举电源始终满足 AMC0106M05 要求。但是,在由 LMG2100R044 GaN-FET 自举电源供电时,LMG2100R044 UVLO 功能的最大下降沿阈值为 3.7V。典型阈值为 3.0V。对于所需的 PWM 频率和相应的最大 PWM 周期,需要考虑这一点。

可以使用较小的自举电阻器来增加高占空比下的最小自举电压。但是,自举电阻器对峰值充电电流有影响。LMG2100R044 内部自举二极管信号路径的典型动态电阻为 1.85Ω。内部电阻必须增加到外部自举电阻 R15 以获得有效自举电阻。

表 4-3 R15 (1.5Ω)、C57 (4.7µF) 的自举电压 AVDD 与 PWM 频率和占空比间的关系
PWM 频率
(kHz)
占空比
(%)
AVDDMIN(1)
(V)
AVDDMAX(1)
(V)
ΔAVDD

(V)
平均值 (AVDD)(1)
(V)
10 50 4.35 4.51 0.17 4.44
10 90 4.05 4.33 0.28 4.19
10 95 3.83 4.13 0.3 3.96
100 50 4.44 4.48 0.04 4.46
100 90 4.2 4.25 0.05 4.23
100 95 3.93 3.98 0.05 3.96
不包括 W 相电压(自举电源共模电压)下降沿期间的 50mV 的瞬态下冲和过冲