Olukey: Razgovarajmo o ulozi MOSFET-a u osnovnoj arhitekturi brzog punjenja

Osnovna struktura napajanjabrzo punjenjeQC koristi flyback + sekundarnu stranu (sekundarni) sinkroni rektifikacijski SSR. Za povratne pretvarače, prema metodi uzorkovanja povratne sprege, može se podijeliti na: regulaciju primarne strane (primarna) i regulaciju sekundarne strane (sekundarna); prema mjestu PWM kontrolera. Može se podijeliti na: primarnu (primarnu) kontrolu i sekundarnu (sekundarnu) kontrolu. Čini se da to nema nikakve veze s MOSFET-om. Tako,Olukeymora pitati: Gdje je skriven MOSFET? Kakvu je ulogu odigrao?

1. Prilagodba primarne strane (primarno) i prilagodba sekundarne strane (sekundarna).

Stabilnost izlaznog napona zahtijeva povratnu vezu za slanje informacija o promjeni glavnom PWM kontroleru radi prilagođavanja promjena ulaznog napona i izlaznog opterećenja. Prema različitim metodama uzorkovanja povratne informacije, može se podijeliti na podešavanje primarne strane (primarno) i podešavanje sekundarne strane (sekundarno), kao što je prikazano na slikama 1 i 2.

Ispravljanje sekundarne strane (sekundarne) diode

SSR sinkroni ispravljački MOSFET nalazi se na dnu

Povratni signal regulacije primarne strane (primar) ne uzima se izravno iz izlaznog napona, već iz pomoćnog namota ili primarnog primarnog namota koji održava određeni proporcionalni odnos s izlaznim naponom. Njegove karakteristike su:

① Metoda neizravne povratne informacije, loša stopa regulacije opterećenja i loša točnost;

②. Jednostavan i jeftin;

③. Nema potrebe za izolacijskim optokaplerom.

Povratni signal za regulaciju sekundarne strane (sekundar) uzima se izravno iz izlaznog napona pomoću optokaplera i TL431. Njegove karakteristike su:

① Metoda izravne povratne informacije, dobra stopa regulacije opterećenja, linearna stopa regulacije i visoka preciznost;

②. Krug prilagodbe je složen i skup;

③. Potrebno je izolirati optički sprežnik koji s vremenom ima problema sa starenjem.

2. Sekundarna strana (sekundarna) dioda za ispravljanje iMOSFETsinkrono ispravljanje SSR

Sekundarna strana (sekundar) flyback pretvarača obično koristi diodno ispravljanje zbog velike izlazne struje brzog punjenja. Posebno za izravno punjenje ili flash punjenje, izlazna struja je čak 5A. Da bi se poboljšala učinkovitost, umjesto diode kao ispravljač koristi se MOSFET, što se naziva sekundarni (sekundarni) sinkroni ispravljački SSR, kao što je prikazano na slikama 3 i 4.

Sekundarna strana (sekundarno) MOSFET sinkrono ispravljanje

Karakteristike ispravljanja sekundarne strane (sekundarne) diode:

①. Jednostavno, nije potreban dodatni regulator pogona, a cijena je niska;

② Kada je izlazna struja velika, učinkovitost je niska;

③. Visoka pouzdanost.

Značajke sekundarne strane (sekundarnog) MOSFET sinkronog ispravljanja:

①. Kompleksan, zahtijeva dodatni regulator pogona i visoku cijenu;

②. Kada je izlazna struja velika, učinkovitost je visoka;

③. U usporedbi s diodama, njihova je pouzdanost niska.

U praktičnim primjenama, MOSFET sinkronog ispravljača SSR-a obično se pomiče s gornje strane na nisku kako bi se olakšala vožnja, kao što je prikazano na slici 5.

Karakteristike vrhunskog MOSFET-a sinkronog ispravljanja SSR-a:

①. Zahtijeva bootstrap pogon ili plutajući pogon, što je skupo;

②. Dobar EMI.

Karakteristike sinkronog ispravljanja SSR MOSFET-a smještenog na niskom kraju:

① Izravni pogon, jednostavan pogon i niska cijena;

②. Jadni EMI.

3. Primarna strana (primarna) kontrola i sekundarna strana (sekundarna) kontrola

Glavni PWM kontroler nalazi se na primarnoj strani (primar). Ova struktura se naziva primarna bočna (primarna) kontrola. Kako bi se poboljšala točnost izlaznog napona, stope regulacije opterećenja i brzine linearne regulacije, kontrola primarne strane (primarna) zahtijeva vanjski optički sprežnik i TL431 za formiranje povratne veze. Propusnost sustava je mala, a brzina odziva spora.

Ako se PWM glavni kontroler postavi na sekundarnu stranu (sekundar), optocoupler i TL431 se mogu ukloniti, a izlazni napon se može izravno kontrolirati i podešavati s brzim odzivom. Ova struktura se naziva sekundarna (sekundarna) kontrola.

Značajke primarne bočne (primarne) kontrole:

①. Potrebni su optički sprežnik i TL431, a brzina odziva je mala;

②. Brzina izlazne zaštite je mala.

③. U sinkronom rektifikacijskom kontinuiranom načinu rada CCM, sekundarna strana (sekundarna) zahtijeva signal sinkronizacije.

Značajke sekundarne (sekundarne) kontrole:

①. Izlaz se izravno detektira, nisu potrebni optokaparler i TL431, brzina odziva je velika, a brzina izlazne zaštite je velika;

②. Sekundarna strana (sekundarni) sinkroni ispravljački MOSFET izravno se pokreće bez potrebe za sinkronizacijskim signalima; dodatni uređaji kao što su pulsni transformatori, magnetske spojke ili kapacitivni spojnici potrebni su za prijenos pogonskih signala primarne strane (primarnog) visokonaponskog MOSFET-a.

③. Primarnoj strani (primarni) je potreban strujni krug za pokretanje, ili sekundarna strana (sekundarni) ima pomoćno napajanje za pokretanje.

4. Kontinuirani CCM način rada ili diskontinuirani DCM način rada

Povratni pretvarač može raditi u kontinuiranom CCM načinu rada ili diskontinuiranom DCM načinu rada. Ako struja u sekundarnom (sekundarnom) namotu dosegne 0 na kraju sklopnog ciklusa, to se naziva diskontinuirani DCM način rada. Ako struja sekundarnog (sekundarnog) namota nije 0 na kraju sklopnog ciklusa, to se naziva kontinuirani CCM način rada, kao što je prikazano na slikama 8 i 9.

Na slikama 8 i 9 vidljivo je da su radna stanja sinkronog ispravljača SSR-a različita u različitim načinima rada flyback pretvarača, što također znači da će metode upravljanja sinkronog ispravljača SSR-a također biti različite.

Ako se zanemari mrtvo vrijeme, kada radi u kontinuiranom CCM načinu rada, SSR za sinkrono ispravljanje ima dva stanja:

①. Primarna strana (primarni) visokonaponski MOSFET je uključena, a sekundarna strana (sekundarni) sinkroni ispravljački MOSFET je isključen;

②. Primarna strana (primarni) visokonaponski MOSFET je isključen, a sekundarna strana (sekundarni) sinkroni ispravljački MOSFET je uključen.

Slično, ako se zanemari mrtvo vrijeme, sinkroni rektifikacijski SSR ima tri stanja kada radi u diskontinuiranom DCM načinu rada:

①. Primarna strana (primarni) visokonaponski MOSFET je uključena, a sekundarna strana (sekundarni) sinkroni ispravljački MOSFET je isključen;

②. Primarna strana (primarni) visokonaponski MOSFET je isključen, a sekundarna strana (sekundarni) sinkroni ispravljački MOSFET je uključen;

③. Primarna strana (primarni) visokonaponski MOSFET je isključen, a sekundarna strana (sekundarni) sinkroni ispravljački MOSFET je isključen.

5. Sekundarni (sekundarni) sinkroni ispravljač SSR u kontinuiranom CCM načinu rada

Ako povratni pretvarač s brzim punjenjem radi u kontinuiranom CCM načinu rada, metodi upravljanja primarnom stranom (primarnom), sekundarni (sekundarni) sinkroni ispravljački MOSFET zahtijeva signal sinkronizacije s primarne strane (primarni) za kontrolu isključivanja.

Sljedeće dvije metode obično se koriste za dobivanje sinkronog pogonskog signala sekundarne strane (sekundarne):

(1) Izravno koristite sekundarni (sekundarni) namot, kao što je prikazano na slici 10;

(2) Upotrijebite dodatne izolacijske komponente kao što su pulsni transformatori za prijenos sinkronog pogonskog signala s primarne strane (primar) na sekundar (sekundar), kao što je prikazano na slici 12.

Izravnom upotrebom sekundarnog (sekundarnog) namota za dobivanje sinkronog pogonskog signala, točnost sinkronog pogonskog signala vrlo je teško kontrolirati, a teško je postići optimiziranu učinkovitost i pouzdanost. Neke tvrtke čak koriste digitalne kontrolere za poboljšanje točnosti upravljanja, kao što je prikazano na slici 11.

Korištenje impulsnog transformatora za dobivanje sinkronih pogonskih signala ima visoku točnost, ali je cijena relativno visoka.

Metoda upravljanja na sekundarnoj strani (sekundarni) obično koristi pulsni transformator ili metodu magnetskog spajanja za prijenos sinkronog pogonskog signala sa sekundarne strane (sekundarne) na primarnu stranu (primarne), kao što je prikazano na slici 7.v

Izravno koristite sekundarni (sekundarni) namot za dobivanje signala sinkronog pogona

Izravno koristite sekundarni (sekundarni) namot za dobivanje sinkronog pogonskog signala + digitalno upravljanje

6. Sekundarni (sekundarni) sinkroni rektifikacijski SSR u diskontinuiranom DCM načinu rada

Ako povratni pretvarač brzog punjenja radi u diskontinuiranom DCM načinu rada. Bez obzira na metodu upravljanja na primarnoj strani (primarnoj) ili metodi upravljanja na sekundarnoj strani (sekundarni), D i S padovi napona sinkronog ispravljačkog MOSFET-a mogu se izravno detektirati i kontrolirati.

(1) Uključivanje MOSFET-a za sinkrono ispravljanje

Kada se napon VDS sinkronog ispravljačkog MOSFET-a promijeni iz pozitivnog u negativni, interna parazitna dioda se uključuje, a nakon određenog kašnjenja se uključuje sinkroni ispravljački MOSFET, kao što je prikazano na slici 13.

(2) Isključivanje MOSFET-a za sinkrono ispravljanje

Nakon što je uključen MOSFET sinkronog ispravljanja, VDS=-Io*Rdson. Kada se struja sekundarnog (sekundarnog) namota smanji na 0, odnosno kada se napon signala detekcije struje VDS promijeni s negativne na 0, sinkroni ispravljački MOSFET se isključuje, kao što je prikazano na slici 13.

Uključivanje i isključivanje MOSFET-a sinkronog ispravljanja u diskontinuiranom DCM načinu rada

U praktičnim primjenama, sinkroni ispravljački MOSFET se isključuje prije nego struja sekundarnog (sekundarnog) namota dosegne 0 (VDS=0). Vrijednosti referentnog napona detekcije struje koje postavljaju različiti čipovi su različite, kao što su -20mV, -50mV, -100mV, -200mV, itd.

Trenutni referentni napon detekcije sustava je fiksan. Što je veća apsolutna vrijednost referentnog napona trenutne detekcije, manja je pogreška smetnji i bolja je točnost. Međutim, kada se izlazna struja opterećenja Io smanji, MOSFET sinkronog ispravljanja će se isključiti pri većoj izlaznoj struji, a njegova unutarnja parazitna dioda provodit će dulje vrijeme, tako da je učinkovitost smanjena, kao što je prikazano na slici 14.

Referentni napon očitavanja struje i vrijeme isključivanja MOSFET-a za sinkrono ispravljanje

Osim toga, ako je apsolutna vrijednost referentnog napona trenutne detekcije premala. Pogreške i smetnje u sustavu mogu uzrokovati isključivanje MOSFET-a za sinkrono ispravljanje nakon što struja sekundarnog (sekundarnog) namota prijeđe 0, što dovodi do obrnute ulazne struje, što utječe na učinkovitost i pouzdanost sustava.

Signali detekcije struje visoke preciznosti mogu poboljšati učinkovitost i pouzdanost sustava, ali će se cijena uređaja povećati. Točnost signala detekcije struje povezana je sa sljedećim čimbenicima:
①. Točnost i temperaturni pomak referentnog napona detekcije struje;
②. Prednapon i napon pomaka, struja prednapona i struja pomaka i temperaturni pomak strujnog pojačala;
③. Točnost i temperaturni pomak Rdson napona sinkronog ispravljanja MOSFET-a.

Osim toga, iz perspektive sustava, može se poboljšati digitalnom kontrolom, promjenom referentnog napona detekcije struje i promjenom pogonskog napona MOSFET-a za sinkrono ispravljanje.

Kada se struja izlaznog opterećenja Io smanji, ako se pogonski napon moćnog MOSFET-a smanji, odgovarajući MOSFET napon uključivanja Rdson se povećava. Kao što je prikazano na slici 15, moguće je izbjeći rano isključivanje MOSFET-a za sinkrono ispravljanje, smanjiti vrijeme provođenja parazitne diode i poboljšati učinkovitost sustava.

Smanjenje pogonskog napona VGS i isključivanje MOSFET-a za sinkrono ispravljanje

Na slici 14 može se vidjeti da kada se struja izlaznog opterećenja Io smanji, referentni napon detekcije struje također opada. Na taj način, kada je izlazna struja Io velika, koristi se viši referentni napon detekcije struje za poboljšanje točnosti upravljanja; kada je izlazna struja Io niska, koristi se niži referentni napon detekcije struje. Također može poboljšati vrijeme provođenja sinkronog MOSFET-a za ispravljanje i poboljšati učinkovitost sustava.

Kada se gornja metoda ne može koristiti za poboljšanje, Schottky diode se također mogu spojiti paralelno na oba kraja MOSFET-a za sinkrono ispravljanje. Nakon što se MOSFET za sinkrono ispravljanje unaprijed isključi, može se spojiti vanjska Schottky dioda za slobodni hod.

7. Sekundarna (sekundarna) kontrola CCM+DCM hibridni mod

Trenutno u osnovi postoje dva najčešće korištena rješenja za brzo punjenje mobitela:

(1) Primarna strana (primarna) kontrola i način rada DCM. Sekundarni (sekundarni) sinkroni ispravljački MOSFET ne zahtijeva sinkronizacijski signal.

(2) Sekundarna (sekundarna) regulacija, CCM+DCM mješoviti način rada (kada se smanji izlazna struja opterećenja, od CCM do DCM). Sekundarni (sekundarni) sinkroni ispravljački MOSFET je izravno pokretan, a njegovi logički principi uključivanja i isključivanja prikazani su na slici 16:

Uključivanje MOSFET-a za sinkrono ispravljanje: Kada se napon VDS-a MOSFET-a za sinkrono ispravljanje promijeni iz pozitivnog u negativan, uključuje se njegova interna parazitna dioda. Nakon određene odgode uključuje se MOSFET sinkronog ispravljanja.

Isključivanje MOSFET-a za sinkrono ispravljanje:

① Kada je izlazni napon manji od postavljene vrijednosti, signal sinkronog sata koristi se za kontrolu isključivanja MOSFET-a i rad u CCM načinu rada.

② Kada je izlazni napon veći od postavljene vrijednosti, signal sinkronog sata je zaštićen, a radna metoda je ista kao DCM način rada. Signal VDS=-Io*Rdson kontrolira isključivanje MOSFET-a za sinkrono ispravljanje.

Sekundarna strana (sekundarna) kontrolira isključivanje MOSFET-a sinkronog ispravljanja

Sada svi znaju kakvu ulogu MOSFET igra u cijelom QC-u brzog punjenja!

O Olukeyu

Olukeyjev glavni tim fokusiran je na komponente već 20 godina, a sjedište mu je u Shenzhenu. Glavna djelatnost: MOSFET, MCU, IGBT i drugi uređaji. Glavni proizvodi agenta su WINSOK i Cmsemicon. Proizvodi se široko koriste u vojnoj industriji, industrijskoj kontroli, novoj energiji, medicinskim proizvodima, 5G, Internetu stvari, pametnim domovima i raznim proizvodima potrošačke elektronike. Oslanjajući se na prednosti izvornog globalnog generalnog zastupnika, bazirani smo na kineskom tržištu. Koristimo naše sveobuhvatne povoljne usluge za predstavljanje raznih naprednih elektroničkih komponenti visoke tehnologije našim kupcima, pomoć proizvođačima u proizvodnji visokokvalitetnih proizvoda i pružanje sveobuhvatnih usluga.