LM5148 schakelende voeding.

Ik heb een LM5148 schakelende voeding gebouwd. Bedoeling is dat ie rond de 15A moet kunnen leveren bij 8V. (belasting claimed 12A bij 8V).

Bij 6A wordt de "HIGHSIDE" mosfet echter al 130 graden volgens de IR camera. (na ongeveer 20 minuten).

Ik heb nu een uurtje naar deze golfvormen zitten kijken en ondertussen begin ik er vrede mee te hebben: Ziet er niet verkeerd uit.

Maar eigenlijk is het niet eerlijk: Dit is in "discontinuous conduction mode". Je ziet ongeveer 150ns HIGH (highside fet on). 150ns LOW (lowside fet on) en 150ns High impedance (beide fets off).

Rond de 2-3A zal ie naar continuous mode gaan. Goed. Ik ga bij 3A nog eens meten. Ik zal het hier aanvullen

Dit is SW, bij de spoel en SW bij de chip:

Dit is bij 4A output. Nog steeds discontinuous lijkt me.

OK. Nog een meting gedaan, maar nu de probes omgedraaid. Dan draait ook het beeld om: bij de chip zou strak zijn en SW node heeft die slinger. Dat is dus mijn "niet ideale" aarding van de scope (vooral kanaal 3, de blauwe).

OK. Nu bij 6A:

En de HO gate drive:

... ziet er wat mij betreft ook redelijk uit.

Suggesties over welke nodes nog meer te meten? Andere suggesties?

Hoe groot of lang is de deadtime tussen de twee mosfets? En welke spec kan je afleiden uit de specs van de mosfets hoeveel dat zou moeten zijn?

Tevens lijkt de highside mosfet e.e.a. te missen aan C om de gatespanning voldoende omhoog te krijgen en dat deze daardoor niet volledig maar ergens in het lineaire gebied wordt gestuurd wat een veel hogere rdson oplevert en dus ook meer warmte ontwikkeling.

Is C6 groot genoeg om voldoende lading op te slaan om de gatespanning van de highside fet lang genoeg zo hoog te houden en zou het helpen als C6 aan Vin werd gehangen i.p.v. aan SW?

[Bericht gewijzigd door harry64 op (19%)]

zou het helpen als C6 aan Vin werd gehangen i.p.v. aan SW?

Nee, C6 moet aan SW zoals getekend want de gate spanning op de HO mosfet moet ruim boven Vin komen. Die spanning wordt geleverd door C6.

Paar gedachten:
De LM5148 is een TI chip, heb je hem in Webbench uitgerekend (of zit ie daar stiekem niet in)?

Kun je meten (diff-probe?) wat de daadwerkelijke gatespanning van de highside FET is?

Dat ding geleid niet als de lowside geleid. (anders had je allang gemerkt dat je inkomende voeding kortgesloten werd. Dead time issues lijkt me ook onwaarschijnlijk, dat zit in de LM5148 en kun je iha geen ruk aan veranderen. Maar dat kun je makkelijk meten met een current sense aan de ingang.

Dus de enige logische conclusie is dat die FET maar half aan staat als ie aan moet staan. Maar dan zou de gate spanning te laag moeten zijn. En de wellicht de spanning over C6. Maar 100nF is veel t.o.v. de gate capaciteit van een FET. Of heb je hele rare exoten gebruikt?

Ik zou ook je terugkoppel en compensatienetwerkje even controleren voor oscillaties. Zou je niets op moeten zien, moet gewoon AC-dood zijn in steady state.

Hmm. Ik heb gisteren avond nog een reactie zitten typen, kennelijk daar nog niet op "posten" gedrukt.

Ja, in webbench ingetikt dat ik 12-30V input spanning wilde, 15A uit. Daar kwam deze uit. Behalve de grote condensatoren heb ik alle waardes uit webbench overgenomen. Ook de suggestie van de FETs.

Ik zie volgens mij een miller plateau op ongeveer een volt. De threshold spanning is dus behoorlijk laag wat de mosfet geschikt maakt om met een 5V gatespanning aan te sturen.

Ik ga nog een keer naar het bovenste plaatje kijken om de gatespanning te meten. ... done. Er is ruim 5V aan gatespanning op de bovenste fet. Mosfet heeft een spec van 3.6 max 4.25 mOhm bij 4.5V gatespanning.

[Bericht gewijzigd door rew op (10%)]

Bericht van gisteren:

Op dinsdag 25 november 2025 21:26:58 schreef harry64:
Hoe groot of lang is de deadtime tussen de twee mosfets? En welke spec kan je afleiden uit de specs van de mosfets hoeveel dat zou moeten zijn?

Volgens het datasheet zorgt de chip vanzelf dat er geen cross conduction plaatsvindt.

Tevens lijkt de highside mosfet e.e.a. te missen aan C om de gatespanning voldoende omhoog te krijgen en dat deze daardoor niet volledig maar ergens in het lineaire gebied wordt gestuurd wat een veel hogere rdson oplevert en dus ook meer warmte ontwikkeling.

Ik meet een gatespanning op de hoge fet van ruim 25V. Met een VCC (nog niet zelf gemeten) van 5V, zou ik eerder 24V verwachten. Hoe ie het voor mekaar krijgt om hem zo hoog te krijgen is me een raadsel.

Oh, ik had nog niet vermeld, ik heb de input labvoeding een slinger gegeven en toen kwam ie op 19V uit.

Is C6 groot genoeg om voldoende lading op te slaan om de gatespanning van de highside fet lang genoeg zo hoog te houden en zou het helpen als C6 aan Vin werd gehangen i.p.v. aan SW?

Total gate charge is ongeveer 20nC. Op een 100nF condensator zou dat 0.2V aan spanningsval veroorzaken.

De boel draait op 2MHz, dat is best rap. Maar meer dan 500ns hoeft de condensator dus nooit "hoog te houden".

Ik zie wel een vrij lange stijgtijd in het bovenste plaatje. Dat zou de warmte misschien verklaren.

Van de week liep ik tegen de CoolGan mosfets aan. Speciaal geschikt voor hoge schakel frequenties. Gate capaciteit van 90pF.

https://www.infineon.com/products/power/gallium-nitride/gallium-nitrid…

[Bericht gewijzigd door deKees op (52%)]

Nee, dat is de vrijloop tijdens "discontinuous conduction".

Dit is bij 2A wanneer ie dat minder doet. (Het lijkt er op dat de chip wel in vrijloop gaat maar de spoel is het daar niet helemaal mee eens: Je ziet de SW spanning dan naar de -0.6V gaan.

Ik heb VIN nu op precies 20V gezet. De SW node gaat dus naar 4 hokjes hoger, 4 hokjes * 5V/hokje = 20V.

En dit is de gate spanning:

En die zie je een goede poging doen om naar de 30V te gaan, maar zeker meer dan 29V.

Op woensdag 26 november 2025 10:26:15 schreef deKees:
Van de week liep ik tegen de CoolGan mosfets aan. Speciaal geschikt voor hoge schakel frequenties. Gate capaciteit van 90pF.

Met voor de beste "onder 2 mOhm" een total gate charge van 13nC is die maar 30% beter dan degene (ook van infineon) die ik nu heb. (drie onder de 2mOh, 60,80, 100V: alledrie meer dan ik nodig heb).

Webench zegt over de verliezen:

Dus rond de 3W aan switching losses. Mogelijk is mijn layout voor de highside fet niet ideaal voor 4W aan warmte af te voeren.

Ik overweeg om de schakelfrequentie te halveren, de spoel te verdubbelen, om hopelijk de schakelverliezen met de helft te reduceren. Als ik in webench de uitgangsstroom verdubbel voor "extra marge" dan krijg ik hetzelfde circuit met alleen een 1uH ipv 0.47uH spoel.

[Bericht gewijzigd door rew op (19%)]

Ik meet een gatespanning op de hoge fet van ruim 25V. Met een VCC (nog niet zelf gemeten) van 5V, zou ik eerder 24V verwachten. Hoe ie het voor mekaar krijgt om hem zo hoog te krijgen is me een raadsel.

De gemiddelde 8 bit scoop kan er zo een volt naast zitten. In de praktijk zijn ze vaak hooguit 5% en dan meten veel low budget scopes niet het echte signaal maar net als jij zelf bij een analoge scoop doet, wat er op het beeldscherm staat. Zeker als je ook nog met goedkope en/of niet goed gecompenseerde probes zou meten waar 10x niet echt 10x is zit je er zo 1 of 2V naast. Ook is de 1M ingang op 2MHz (20MHz als het een blokgolf is) al lang geen 1M meer (daarom moet je met een goede 10x meten, 1x probes werken alleen voor DC en hooguit audio) Mijn toenmalige Rigol was op 10MHz nog maar 50 ohm.

Ik heb ooit een 100MHz pulsgen met een 350MHz scoop afgeregeld. Dat gaf een perfect blok totdat ik een 1GHz scoop had, toen bleek die mooie puls bijna uit twee pulsen naast elkaar te bestaan. Het hele midden was weg, Het leek nog niet in de verte op een 100MHz blokgolf.

Als je met een multimeter DC meet naast een nog ongefilterde afgeschermde SMPS dan kun je daar ook grote afwijkingen verwachten mits je een hele goede DMM gebruikt. Ik heb een bouwmarkt geval 35V zien aanwijzen waarbij mijn Agilent keurig 13,8V weergaf.

Vergeet ook de ingang filtering niet. Ik voed mijn laptop uit het 12V boardnet via een zelfgebouwde boost converter. Ik heb de uitgang heel goed gefilterd maar niet de ingang. Dat onder vond ik van de week omdat ik mijn discman via een LM317 aan het boardnet koppelde. Een vreselijk brom en fluit festijn. a lang zoeken zet ik de boost converter uit en weg was de herrie. Toen even een ferrietring als commonmode filter toegevoegd en weg was de herrie. DFaar moet ik dus een echt filter gaan plaatsen (Ik had ook al last van herrie als ik mijn digitale 8 sporen recorder gebruikte (ook boardnet gevoed)

Op woensdag 26 november 2025 10:37:25 schreef rew:
Dus rond de 3W aan switching losses. Mogelijk is mijn layout voor de highside fet niet ideaal voor 4W aan warmte af te voeren.

4W via de print afvoeren vanaf een device dat 5x6mm is is wel een uitdaging. Infineon geeft al typical 29K/W op, dus dan is 130 graden helemaal niet gek.

Op woensdag 26 november 2025 11:11:05 schreef fred101:
[...]De gemiddelde 8 bit scoop kan er zo een volt naast zitten. In de praktijk zijn ze vaak hooguit 5% en dan meten veel low budget scopes niet het echte signaal maar net als jij zelf bij een analoge scoop doet, wat er op het beeldscherm staat. Zeker als je ook nog met goedkope en/of niet goed gecompenseerde probes zou meten waar 10x niet echt 10x is zit je er zo 1 of 2V naast. Ook is de 1M ingang op 2MHz (20MHz als het een blokgolf is) al lang geen 1M meer (daarom moet je met een goede 10x meten, 1x probes werken alleen voor DC en hooguit audio) Mijn toenmalige Rigol was op 10MHz nog maar 50 ohm.

Ik werk met een 10x probe.

Ik heb (in bovenstaande, niet de bovenste) met dezelfde probe de SW node op 20V gecontroleerd (kan je nakijken in de screenshots). Zit vrij aardig op de 20V pixel. Als ie 5% zou afwijken, dan zou ik dat daar makkelijk zien. Dat geeft mij vertrouwen dat als ie 24.5V aangeeft voor de gatespanning, dit echt wel "ongeveer 4.5V" meer is dan de 20V die hij met dezelfde hardware eerder aangaf. Tuurlijk, kan nog een paar procent afwijken, maar het is niet zo dat die 20V onafhankelijke onnauwkeurigheid heeft van de 24.5V, zodat ze kunnen overlappen.

Ik heb ondertussen de schakel frequentie naar 1MHz gehaald. Met de 0.47uH spoel gaat ie dan binnen een minuut in "thermal shutdown".

Vervolgens heb ik de spoel vervangen door een 0.94uH spoel (twee in serie), en vervolgens was ik afgeleid en 15 minuten later gaat de labvoeding in stofzuigermode.... Nu ondertussen een kwartier op 9A uitgang en houdt ie het vol.

Ik moet nog even prutsen om de thermal camera weer online te krijgen.

Thermisch plaatje op 9A.

En hierde switching node bij 2A, als ik het goed heb.

Ik schreef eerder 8A, maar ik had het screenshot nog niet genomen. Hier dan:

Kun je de layout delen? En hoe zijn de FETS gemonteerd? (soldeerbout, reflow, hotglue?)
Ik denk eigenlijk dat je voeding het prima doet, maar dat je puur een thermisch probleem hebt...

Daar begin ik ondertussen ook naar te neigen....

Ik had deze gescreenshot om in de openingspost te zetten....

Maar de forum software vond dat ik maar 5 plaatjes mocht delen. De ge-highlighte node is SW de switching node. VIN is de fill waar Q2 pontificaal in het midden staat.

Q2 wordt het heetst. Q1 zit met z'n drain aan de spoel en krijgt daar ook wat koeling van. Q2 zit met z'n drain dus aan VIN en dat vlak is groter.

Ik durf geen thermal vias naar de achterkant te maken. Dat scheelt afscherming omdat daar nu aarde zit. En "ground bounce" is vervelend, dus zo doorlopend mogelijk ground vlak lijkt me gunstig. En ik moet al 15 jaar "een keer kicad leren" en daarop overstappen.

Op woensdag 26 november 2025 10:26:15 schreef deKees:
Van de week liep ik tegen de CoolGan mosfets aan. Speciaal geschikt voor hoge schakel frequenties. Gate capaciteit van 90pF.

https://www.infineon.com/products/power/gallium-nitride/gallium-nitrid…

Deze transistoren hebben geen bodydioden. Hou daar wel rekening mee!

Ik dacht dat ik de bodydiode in mijn circuit in geleiding zag gaan, maar ipv dat ie van 0 naar -0.6V ging, is het bij nader inzien eerder van 0.5 naar 0V. Maar dan nog: als het "synchronous" een keer niet werkt, dan is het toch echt fijn dat die body diodes de spanningen in perk houden. Extra diodes toevoegen maakt het voor mij duurder en foutgevoeliger door de "diode keuze" die ik dan moet maken.

39Ah over totaal 9h. Nu al een paar uur 10A. Wordt goed warm, maar blijft gewoon werken.

Ik zat nu even het rendement uit te rekenen. Verliezen buiten het printje tellen niet mee.

Op de output condensator meet ik 8.01V Dus met 10A (7.5V) in de dummyload: 80W is ie aan het produceren. (en dan gaan er 5 watt verloren in het draadje naar de connector, de connector, de draden naar de dummyload enz. )

Aan de input trekt ie nu 5.25V, op de print komt 19.51V aan, dus 102 W aan de ingang. Dan is m'n rendement net minder dan 80% en dat is toch echt niet de bedoeling. Webench geeft aan dat ik 94% zou moeten halen. Ik heb dus 4x meer verliezen dan wat de bedoeling is. :-(

Ik vind het Miller plateau op 1V wel erg laag, zeker als de chip bij 2V al besluit dat de MOSFET uit is en de andere aan gaat zetten; hij moet dan nog beginnen aan het doorlopen van het plateau. Daarbij geeft het je wel erg weinig marge voor een beetje gestuiter, en je hebt geen gate weerstanden om demping te geven op de gate.

Als er al een body diode in geleiding gaat, zal dat van de onderste MOSFET zijn, gezien de richting van de stroom in de spoel, dus dat lijkt me niet het probleem.

Ack! Duh! je hebt gelijk.

De handleiding van de mosfets(*) geeft aan dat het miller plateu op 3V zou liggen. Ik zal wel scheef gekeken hebben. Maar in ieder geval is het miller plateau heel subtiel. Hij ragt hem dus behoorlijk snel er doorheen.

Ik heb "geen gate weerstanden" omdat TI dit zo (zonder) voorstelt in de vorm van webench en het datasheet.

Op woensdag 26 november 2025 14:53:53 schreef rew:
Ik durf geen thermal vias naar de achterkant te maken. Dat scheelt afscherming omdat daar nu aarde zit. En "ground bounce" is vervelend, dus zo doorlopend mogelijk ground vlak lijkt me gunstig. En ik moet al 15 jaar "een keer kicad leren" en daarop overstappen.

Je hebt maar 2 lagen? Infineon geeft 29K/W thermische weerstand op voor een 4-laags PCB met twee power planes. Daar kom jij boven met deze stack.

Ook zonder thermal via's kom je met 4 lagen beter weg, omdat er dan maar een heel dun stukje epoxy tussen de top en eerste binnenlaag zit. Die is plane, dus koper, dus geleid goed opzij.
Nu moet je eerst 1.6mm glas door.

Thermal via's helpen, maar eigenlijk alleen als hetzelfde net ook op een andere laag zit. Anders zit er nog steeds 0.3mm epoxy tussen de via en het koper eromheen.

Ik denk dat je een koelvinnetje op de FET moet plakken... Of op de bottom, als je daar toch geen componenten hebt. Maar dat kun je met je thermal cam zien.

Hebben je printplaat met 1oz of 2 oz koper gebruikt? Vaak gelde nthermische eigenschappen van componenten als je een 2 oz pcb gebruikt. Voor diy is 1 oz zo'n beetje standaard denk ik.

Nog iets anders: ga je de printplaten openbaar maken? Ik vind het wel een mooi project!

We hebben nog een bespreking gehad. Er lijkt "haast" een factor 10 vergissing gemaakt in de hoeveelheid benodigde stroom. Nu ik 66% van van het originele target haal, heb ik ineens een factor 5 over. Dan mag mijn klant "boeten" (= betalen) voor de iets overkill DCDC. :-)

Ik had voor dit prototype nog even geen 2 OZ besteld. En nog geen 4laags.

Uit de bespreking is ook gekomen dat we naar 12V en 5V willen gaan en niet zoals eerst gedacht naar 8V moesten. 12V -> er is minder stroom nodig, zelfs bij het originele gewenste vermogen.

5V-> ik kan de LDO in de LM5148 uitzetten door de uitgang van het 5V exemplaar voor de voeding van beide LM5148 chips te gebruiken. Dit scheelt 1W aan losses in de LDO van de LM5148... (2MHz * 2 * 20nC * 20V = 1.6W). (nu heb ik besloten op 1MHz te gaan draaien, maar goed scheelt nog steeds haast een hele watt... )

Waarom is die print zo groot? De feedback deler ligt twee dorpen verderop, en de ground verbinding daarvan is niet echt ideaal.

De ground van het hele board is eerlijk gezegd om te huilen; als je nou begint om de aansluitingen van de connector van de ingang in te wisselen, en ik zou overwegen om de spoel een kwartslag te draaien zodat de uitgaande kant onder komt. Op zowel de top en bottom zijn de ground op meerdere plaatsen onderbroken.