¿Por qué DC/DC con mosfet externo tiene una clasificación de corriente limitada?

La razón detrás del límite actual puede ser una razón comercial, en lugar de una razón de ingeniería.

El diseño puede haber sido encargado por un cliente específico para un informe específico (acompañado de un pedido grande y lucrativo), probablemente en la industria automotriz a juzgar por la especificación de validación del producto. Los parámetros del resumen se convirtieron entonces en una parte esencial de la especificación del producto. Dado que Infineon es una empresa alemana, es probable que el cliente original haya sido un fabricante de automóviles alemán. Más allá de eso, tu conjetura es tan buena como la mía.

De la misma manera, el primer microprocesador que fabricó Intel, surgió de un encargo de una empresa cliente, para el mercado de las calculadoras de escritorio.

La forma en que la empresa implementa ese resumen es menos importante para el cliente: en este caso, el uso de una resistencia Isense externa era presumiblemente aceptable y, al menos en teoría, permite que cualquier otro cliente cumpla con otras especificaciones de límite de corriente cambiando la resistencia de detección. La lógica interna simplemente detecta el voltaje a través de esa resistencia: no tiene forma de saber cuál es el valor de esa resistencia.

@DKNguyen tiene razón en que el dispositivo tiene limitaciones de control de compuerta, tanto en corriente limitada como en tiempos de subida/bajada bastante lentos, y estos son adecuados para el resumen original con el MOSFET recomendado original. Es bueno que estos se indiquen claramente en la hoja de datos, pero esa hoja de datos está escrita principalmente para ayudar al cliente a implementar el resumen original.

El uso del dispositivo para otros fines (por ejemplo, un suministro de 10 A) probablemente sea posible siempre que diseñe en torno a todas las demás limitaciones establecidas (por ejemplo, elija un FET con una capacitancia de puerta aceptable y un inductor adecuado).

Pero no espero que Infineon respalde o respalde un diseño de este tipo: USTED ESTÁ POR SU CUENTA, especialmente si su diseño es crítico para la seguridad, a menos que obtenga una exención específica de Infineon después de revisar su diseño con uno de sus FAE. (Contactarlos sería una buena idea para cualquier uso serio del producto... al menos pueden confirmar (o corregir) esta hipótesis. Pero dudo que revisen su diseño por menos de cien mil unidades). Esto puede o puede que no importe para sus propósitos, pero debe tenerse en cuenta si se usa fuera del resumen de la hoja de datos.

El límite establecido de 2,3 A no es un límite de lo que el controlador puede soportar, es un límite que el controlador aplica para proteger el resto del circuito. El valor de 2,3 A se basa en el circuito de referencia.

Puede cambiar este límite. Ver apartado 7.10.2 en la ficha técnica. Dice: "La corriente máxima que el convertidor reductor puede proporcionar está determinada por el voltaje de umbral límite de corriente máxima VLIM y la resistencia de detección RSENSE". Luego da una fórmula para calcular un nuevo RSENSE para un nuevo valor límite.

Si desea encontrar la corriente máxima esperada para un diseño determinado, es posible que desee simular el circuito. O use una calculadora práctica como la calculadora de dinero en http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps_e/smps_e.html Si encuentra que necesita un límite de corriente más alto basado en el sim, entonces ajuste RSENSE.

La capacidad de corriente de la unidad de compuerta de un controlador IC no es ilimitada, por lo que no puede simplemente arrojar un MOSFET infinitamente grande a la salida. Puede haber otros factores limitantes, pero este es el único que conozco.

EDITAR: Se ha señalado que especificar una corriente en lugar de un límite de carga de la puerta sería una forma indirecta de hacer las cosas, ya que "no hay una forma confiable de correlacionar la carga de la puerta con la capacidad actual".

Es cierto que no existe una correlación fiable. Entonces, ¿dónde estaba la calificación actual de 2.3A en la página principal? Claro, no existe una correlación confiable para fines de ingeniería , pero puede aparcar las cosas en función de la tecnología existente, si su objetivo son los fines de marketing.

Considere que se otorgan calificaciones actuales similares para MOSFET en la página principal, pero en realidad no puede lograrlas en la práctica (al menos yo nunca puedo), mientras que$R_{dson}$, el parámetro útil está enterrado más profundamente en la hoja de datos.

En lugar de un límite de carga de puerta (que requeriría el conocimiento de demasiadas incógnitas sobre las condiciones de funcionamiento del MOSFET del usuario final), estos controladores de CC-CC tienden a enterrar una corriente de accionamiento de puerta, no un límite de carga de puerta más profundo en la hoja de datos.

Los dispositivos que controlan los MOSFET externos pueden tener una amplia gama de aplicaciones, cada una con sus propios requisitos de voltaje y corriente de salida.

Puede haber un requisito de que si la carga se cortocircuita, la corriente de salida no puede exceder un máximo establecido que puede proteger la PCB misma (de una corriente excesiva que dañe la ruta de alimentación), el MOSFET (que tendrá una corriente máxima permitida) y el inductor (para protegerlo de un exceso$I^2R$pérdidas de cobre.

Podemos establecer límites de corriente externamente en algunas partes que tienen un límite de corriente interno (que suele ser para protección térmica aunque no siempre).

Establecer un límite de corriente que no sea mayor que el requisito de la aplicación particular también permite el uso de inductores más pequeños de lo que sería necesario (porque el límite evitará la saturación).

El límite máximo de corriente en su aplicación es necesario ya que el diodo del cuerpo del MOSFET seguirá conduciendo incluso si el MOSFET está apagado.

¿Por qué los convertidores DC/DC con mosfet externo tienen límite de corriente?

Al diseñar cualquier tipo de convertidor de potencia, es sensato restringir la corriente para evitar condiciones de sobrecarga que creen un posible riesgo de incendio.

si fluye una corriente demasiado alta a través del componente, corre el riesgo de calentarse demasiado y superar la temperatura de la unión.

Muchos reguladores decentes monitorearán su propia temperatura de unión y se apagarán; la limitación de corriente se usa para escenarios de sobrecorriente cuando la temperatura de los componentes no es necesariamente tan cálida, pero el circuito podría estar descargando energía en una carga que crea un riesgo de incendio.

Hay límites de fusión que deben evitarse. También hay límites a la corriente aplicada cuando se usan inductores (como$L_1$en tu foto). No quieres que se sature magnéticamente.

Entonces, el chip en cuestión permite usar un$R_{SENSE}$resistencia y esto no necesita ser usado, por supuesto, pero no usarlo no suele ser una buena idea.

Primero, el límite de corriente es una protección incorporada para su FET externo en caso de que el FET experimente un nivel peligroso de corriente durante algún evento transitorio raro. Por ejemplo, si su FET tiene una clasificación de 20 A y su corriente operativa normal a través de la resistencia de detección es de 10 A, parece que puede usar el FET de 20 A. Pero, ¿quién lo protegerá si la corriente de la resistencia de detección sube repentinamente a 30 A en algunas condiciones transitorias o de falla? No hay fusible en una placa convertidora CC/CC para protegerlo.

En segundo lugar, el voltaje a través de la resistencia de detección se amplifica internamente mediante un amplificador de ganancia fija. Si el voltaje es muy grande, podría saturar el amplificador interno. Claro, siempre puede elegir una resistencia más pequeña para permitir una menor caída de voltaje en la resistencia de detección, pero también el límite de corriente tiene un requisito de precisión. El fabricante no quiere arriesgarse a salirse de las especificaciones al no especificar qué tipo de resistencia de detección y límite de corriente puede aplicar.

En tercer lugar, la carga máxima que puede manejar un controlador CC/CC está estrechamente relacionada con el requisito de estabilidad del controlador. El controlador se vuelve menos estable (funciona menos bien para un cambio de carga o un cambio de suministro) cuando la corriente de carga es muy alta. Dicho esto, puede predecir la corriente máxima que pasa por la resistencia de detección utilizando la relación vin/vout en el peor de los casos. ¿Cuál es su razón para tener una corriente superior al límite actual? Si eso se debe a que su carga aumenta, entonces diría que un cambio de FET no es suficiente, ya que el controlador puede tener un problema de estabilidad con una carga superior a la especificación.

En realidad, conozco bastante bien este dispositivo y me gustaría ayudarlo: la aplicación Automotriz no se opone a un límite sobre cómo y dónde puede usar este dispositivo, solo determina la forma en que se califica y se verifica la confiabilidad (eche un vistazo a AEC- Q100).

Ya se mencionó la primera razón obvia por la cual el controlador no puede manejar corrientes de carga arbitrarias. Es la capacidad limitada de conducción de corriente/voltaje del controlador de compuerta lo que le impedirá usar MOSFET con un RDSON más bajo porque vendrán con una carga de compuerta más alta...

La segunda razón no se ha mencionado hasta ahora, pero es muy importante. Este controlador utiliza el esquema de control denominado "modo de corriente máxima". Es la razón principal por la que hay una resistencia de detección que retroalimenta la corriente del interruptor al controlador. Puede leer sobre los principios del "control de modo de corriente máxima" en algunas notas adjuntas o en "Fundamentos de electrónica de potencia" de Erickson. El beneficio de este método es que termina con un control de primer orden para la función de transferencia de salida que es más fácil de compensar. En segundo lugar, necesita la medición actual de todos modos en caso de que desee proteger su dispositivo y cambiar contra condiciones de cortocircuito. Sin embargo, este método de control restringirá los posibles valores del inductor que puede elegir frente a la resistencia de detección y el voltaje de salida establecido.

En la sección 7.10.1 puede ver esta restricción sobre el inductor seleccionable. Cuando haga los cálculos para las condiciones de operación deseadas, verá que cuando elige el inductor de acuerdo con la fórmula dada, su ondulación se quedará sin "margen" hasta el límite de corriente superior.