Olukey: Pogovorimo se o vlogi MOSFET-a v osnovni arhitekturi hitrega polnjenja

Osnovna struktura napajanjahitro polnjenjeQC uporablja povratni prelet + sekundarni (sekundarni) sinhroni rektifikacijski SSR. Pri preletnih pretvornikih se glede na metodo vzorčenja povratne informacije lahko razdeli na: primarno stransko (primarno) regulacijo in sekundarno stransko (sekundarno) regulacijo; glede na lokacijo krmilnika PWM. Razdelimo ga lahko na: primarno stransko (primarno) kontrolo in sekundarno stransko (sekundarno) kontrolo. Zdi se, da nima nobene zveze z MOSFET-om. Torej,Olukeyvprašati: Kje je skrit MOSFET? Kakšno vlogo je imel?

1. Nastavitev primarne strani (primarna) in nastavitev sekundarne strani (sekundarna).

Stabilnost izhodne napetosti zahteva povratno povezavo za pošiljanje spremenjenih informacij glavnemu krmilniku PWM za prilagajanje sprememb vhodne napetosti in izhodne obremenitve. Glede na različne metode vzorčenja povratnih informacij ga lahko razdelimo na prilagoditev primarne strani (primarno) in prilagoditev sekundarne strani (sekundarne), kot je prikazano na slikah 1 in 2.

Sekundarna stran (sekundarna) dioda za usmerjanje

SSR sinhronski popravljalni MOSFET je nameščen na dnu

Povratni signal primarne stranske (primarne) regulacije se ne vzame neposredno iz izhodne napetosti, temveč iz pomožnega navitja ali primarnega primarnega navitja, ki ohranja določeno sorazmerno razmerje z izhodno napetostjo. Njegove značilnosti so:

① Metoda posredne povratne informacije, slaba stopnja regulacije obremenitve in slaba natančnost;

②. Enostavno in poceni;

③. Ni potrebe po izolacijskem optosklopniku.

Povratni signal za sekundarno (sekundarno) regulacijo se vzame neposredno iz izhodne napetosti z uporabo optičnega sklopnika in TL431. Njegove značilnosti so:

① Metoda neposredne povratne informacije, dobra stopnja regulacije obremenitve, stopnja linearne regulacije in visoka natančnost;

②. Prilagoditveni krog je zapleten in drag;

③. Treba je izolirati optični sklopnik, ki ima sčasoma težave s staranjem.

2. Sekundarna stran (sekundarna) dioda za usmerjanje inMOSFETsinhrono popravljanje SSR

Sekundarna stran (sekundar) povratnega pretvornika običajno uporablja diodno usmerjanje zaradi velikega izhodnega toka hitrega polnjenja. Zlasti pri neposrednem polnjenju ali bliskovnem polnjenju je izhodni tok kar 5 A. Za izboljšanje učinkovitosti se namesto diode kot usmernik uporablja MOSFET, ki se imenuje sekundarni (sekundarni) sinhronski usmerniški SSR, kot je prikazano na slikah 3 in 4.

Sekundarna stran (sekundarni) MOSFET sinhroni usmernik

Značilnosti sekundarne stranske (sekundarne) diode usmernika:

①. Enostavno, dodatni pogonski krmilnik ni potreben, stroški pa so nizki;

② Ko je izhodni tok velik, je učinkovitost nizka;

③. Visoka zanesljivost.

Značilnosti sekundarne strani (sekundarnega) MOSFET sinhronega popravljanja:

①. Kompleksen, zahteva dodaten krmilnik pogona in visoke stroške;

②. Ko je izhodni tok velik, je učinkovitost visoka;

③. V primerjavi z diodami je njihova zanesljivost nizka.

V praktičnih aplikacijah se MOSFET sinhronskega usmerjevalnika SSR običajno premakne z višjega na nižji konec, da olajša vožnjo, kot je prikazano na sliki 5.

Značilnosti vrhunskega MOSFET-a sinhronskega popravljalnega SSR:

①. Potrebuje zagonski pogon ali plavajoči pogon, ki je drag;

②. Dober EMI.

Značilnosti sinhronega popravljalnega SSR MOSFET-a, postavljenega na spodnji konec:

① Neposredni pogon, preprost pogon in nizki stroški;

②. Slab EMI.

3. Primarni stranski (primarni) nadzor in sekundarni stranski (sekundarni) nadzor

Glavni krmilnik PWM je nameščen na primarni strani (primarni). Ta struktura se imenuje primarni stranski (primarni) nadzor. Da bi izboljšali natančnost izhodne napetosti, stopnje regulacije obremenitve in stopnje linearne regulacije, primarni (primarni) nadzor zahteva zunanji optični sklopnik in TL431 za oblikovanje povratne povezave. Pasovna širina sistema je majhna in odzivna hitrost je počasna.

Če je glavni krmilnik PWM nameščen na sekundarni strani (sekundarni), je mogoče optični sklopnik in TL431 odstraniti, izhodno napetost pa je mogoče neposredno krmiliti in prilagajati s hitrim odzivom. Ta struktura se imenuje sekundarni (sekundarni) nadzor.

Značilnosti primarnega stranskega (primarnega) nadzora:

①. Potrebna sta optični sklopnik in TL431, hitrost odziva pa je počasna;

②. Hitrost izhodne zaščite je počasna.

③. Pri sinhronem rektifikacijskem neprekinjenem načinu CCM sekundarna stran (sekundarna) zahteva sinhronizacijski signal.

Značilnosti sekundarnega (sekundarnega) nadzora:

①. Izhod je neposredno zaznan, optični sklopnik in TL431 nista potrebna, odzivna hitrost je hitra in izhodna zaščitna hitrost je visoka;

②. Sekundarni (sekundarni) sinhroni popravljalni MOSFET se poganja neposredno brez potrebe po sinhronizacijskih signalih; za prenos pogonskih signalov primarne strani (primarnega) visokonapetostnega MOSFET-a so potrebne dodatne naprave, kot so impulzni transformatorji, magnetne sklopke ali kapacitivni spojniki.

③. Primarna stran (primarna) potrebuje zagonsko vezje ali pa ima sekundarna stran (sekundarna) pomožno napajanje za zagon.

4. Neprekinjeni način CCM ali prekinitveni način DCM

Povratni pretvornik lahko deluje v neprekinjenem načinu CCM ali prekinjenem načinu DCM. Če tok v sekundarnem (sekundarnem) navitju doseže 0 na koncu preklopnega cikla, se to imenuje diskontinuirani način DCM. Če tok sekundarnega (sekundarnega) navitja ni 0 na koncu preklopnega cikla, se imenuje neprekinjen način CCM, kot je prikazano na slikah 8 in 9.

Na sliki 8 in sliki 9 je razvidno, da so delovna stanja sinhronega usmernika SSR različna v različnih načinih delovanja preletnega pretvornika, kar pomeni tudi, da bodo različne tudi metode krmiljenja sinhronega usmernika SSR.

Če je mrtvi čas pri delu v neprekinjenem načinu CCM prezrt, ima sinhroni rektifikacijski SSR dve stanji:

①. Visokonapetostni MOSFET na primarni strani (primarni) je vklopljen, sekundarni (sekundarni) sinhronski rektifikacijski MOSFET pa je izklopljen;

②. Visokonapetostni MOSFET na primarni strani (primarni) je izklopljen, sekundarni (sekundarni) sinhroni usmerjevalni MOSFET pa je vklopljen.

Podobno, če se mrtvi čas zanemari, ima sinhroni rektifikacijski SSR tri stanja, ko deluje v prekinjenem načinu DCM:

①. Visokonapetostni MOSFET na primarni strani (primarni) je vklopljen, sekundarni (sekundarni) sinhronski rektifikacijski MOSFET pa je izklopljen;

②. Primarna stran (primarni) visokonapetostni MOSFET je izklopljena in sekundarna stran (sekundarni) sinhronski usmerniški MOSFET je vklopljena;

③. Visokonapetostni MOSFET na primarni strani (primarni) je izklopljen, sekundarni (sekundarni) sinhroni rektifikacijski MOSFET pa je izklopljen.

5. Sekundarni (sekundarni) sinhroni rektifikacijski SSR v neprekinjenem načinu CCM

Če povratni pretvornik s hitrim polnjenjem deluje v neprekinjenem načinu CCM, metoda nadzora primarne strani (primarni), sinhroni rektifikacijski MOSFET na sekundarni strani (sekundarni) zahteva sinhronizacijski signal s primarne strani (primarni) za nadzor izklopa.

Naslednji dve metodi se običajno uporabljata za pridobitev sinhronega pogonskega signala sekundarne strani (sekundarne):

(1) Neposredno uporabite sekundarno (sekundarno) navitje, kot je prikazano na sliki 10;

(2) Uporabite dodatne izolacijske komponente, kot so impulzni transformatorji, za prenos sinhronskega pogonskega signala s primarne strani (primarne) na sekundarno stran (sekundarne), kot je prikazano na sliki 12.

Z neposredno uporabo sekundarnega (sekundarnega) navitja za pridobitev signala sinhronskega pogona je natančnost signala sinhronega pogona zelo težko nadzorovati in težko je doseči optimizirano učinkovitost in zanesljivost. Nekatera podjetja celo uporabljajo digitalne krmilnike za izboljšanje natančnosti krmiljenja, kot je prikazano na sliki 11.

Uporaba impulznega transformatorja za pridobivanje sinhronih pogonskih signalov ima visoko natančnost, vendar je cena razmeroma visoka.

Metoda krmiljenja na sekundarni (sekundarni) strani običajno uporablja impulzni transformator ali metodo magnetne sklopke za prenos signala sinhronega pogona s sekundarne strani (sekundarne) na primarno stran (primarne), kot je prikazano na sliki 7.v

Neposredno uporabite sekundarno (sekundarno) navitje za pridobitev signala sinhronskega pogona

Neposredno uporabite sekundarno (sekundarno) navitje za pridobitev signala sinhronskega pogona + digitalno krmiljenje

6. Sekundarni (sekundarni) sinhroni rektifikacijski SSR v diskontinuiranem načinu DCM

Če povratni pretvornik s hitrim polnjenjem deluje v prekinjenem načinu DCM. Ne glede na metodo krmiljenja primarne strani (primarni) ali metodo krmiljenja sekundarne strani (sekundarni), je padce napetosti D in S sinhronskega usmerjevalnega MOSFET mogoče neposredno zaznati in nadzorovati.

(1) Vklop sinhronskega popravljalnega MOSFET-a

Ko se napetost VDS sinhronskega usmernika MOSFET spremeni iz pozitivnega v negativno, se vklopi notranja parazitna dioda in po določenem zamiku se vklopi sinhronski usmerniški MOSFET, kot je prikazano na sliki 13.

(2) Izklop sinhronskega popravljalnega MOSFET-a

Po vklopu sinhronega popravljalnega MOSFET-a je VDS=-Io*Rdson. Ko se tok sekundarnega (sekundarnega) navitja zmanjša na 0, to je, ko se napetost signala zaznavanja toka VDS spremeni iz negativne na 0, se sinhronski usmerniški MOSFET izklopi, kot je prikazano na sliki 13.

Vklop in izklop sinhronega popravljalnega MOSFET-a v prekinjenem načinu DCM

V praktičnih aplikacijah se sinhronski popravljalni MOSFET izklopi, preden tok sekundarnega (sekundarnega) navitja doseže 0 (VDS=0). Vrednosti referenčne napetosti zaznavanja toka, ki jih nastavijo različni čipi, so različne, na primer -20mV, -50mV, -100mV, -200mV itd.

Referenčna napetost zaznavanja toka sistema je fiksna. Večja kot je absolutna vrednost trenutne referenčne napetosti zaznavanja, manjša je napaka motenj in boljša je natančnost. Ko pa se izhodni obremenitveni tok Io zmanjša, se bo sinhroni usmerjevalni MOSFET izklopil pri večjem izhodnem toku, njegova notranja parazitna dioda pa bo prevajala dlje časa, zato se učinkovitost zmanjša, kot je prikazano na sliki 14.

Referenčna napetost zaznavanja toka in izklopni čas MOSFET-a za sinhrono usmerjanje

Poleg tega, če je absolutna vrednost trenutne referenčne napetosti zaznavanja premajhna. Sistemske napake in motnje lahko povzročijo, da se sinhroni popravljalni MOSFET izklopi, potem ko tok sekundarnega (sekundarnega) navitja preseže 0, kar povzroči povratni tok toka, kar vpliva na učinkovitost in zanesljivost sistema.

Visoko natančni signali zaznavanja toka lahko izboljšajo učinkovitost in zanesljivost sistema, vendar se bodo stroški naprave povečali. Natančnost signala zaznavanja toka je povezana z naslednjimi dejavniki:
①. Natančnost in temperaturni premik referenčne napetosti zaznavanja toka;
②. Prednapetost in napetost odmika, prednapetost in tok odmika ter temperaturni odmik tokovnega ojačevalnika;
③. Natančnost in temperaturni odmik Rdson vklopne napetosti sinhronskega rektifikacijskega MOSFET-a.

Poleg tega ga je s sistemskega vidika mogoče izboljšati z digitalnim krmiljenjem, spreminjanjem referenčne napetosti zaznavanja toka in spreminjanjem pogonske napetosti MOSFET za sinhrono usmerjanje.

Ko se izhodni obremenitveni tok Io zmanjša, če se pogonska napetost močnostnega MOSFET-a zmanjša, se ustrezna vklopna napetost MOSFET-a Rdson poveča. Kot je prikazano na sliki 15, se je mogoče izogniti zgodnjemu izklopu sinhronskega rektifikacijskega MOSFET-a, zmanjšati prevodni čas parazitne diode in izboljšati učinkovitost sistema.

Zmanjšanje pogonske napetosti VGS in izklop sinhronskega rektifikacijskega MOSFET-a

Iz slike 14 je razvidno, da ko se tok izhodne obremenitve Io zmanjša, se zmanjša tudi referenčna napetost zaznavanja toka. Na ta način, ko je izhodni tok Io velik, se za izboljšanje natančnosti krmiljenja uporabi višja referenčna napetost zaznavanja toka; ko je izhodni tok Io nizek, se uporabi nižja referenčna napetost zaznavanja toka. Prav tako lahko izboljša prevodni čas sinhronega rektifikacijskega MOSFET-a in izboljša učinkovitost sistema.

Kadar zgornje metode ni mogoče uporabiti za izboljšanje, lahko Schottkyjeve diode priključite vzporedno na obeh koncih sinhronskega rektifikacijskega MOSFET-a. Ko je MOSFET za sinhrono usmerjanje vnaprej izklopljen, je mogoče priključiti zunanjo diodo Schottky za prosti tek.

7. Sekundarni (sekundarni) nadzor CCM+DCM hibridni način

Trenutno sta v bistvu dve pogosto uporabljeni rešitvi za hitro polnjenje mobilnih telefonov:

(1) Primarni (primarni) nadzor in način delovanja DCM. Sekundarni (sekundarni) sinhronski popravljalni MOSFET ne potrebuje sinhronizacijskega signala.

(2) Sekundarna (sekundarna) regulacija, mešani način delovanja CCM+DCM (ko se izhodni bremenski tok zmanjša, iz CCM v DCM). Sekundarni (sekundarni) sinhroni popravljalni MOSFET je neposredno gnan, njegova logična načela vklopa in izklopa pa so prikazana na sliki 16:

Vklop sinhronega usmernika MOSFET: Ko se napetost VDS sinhronega usmernika MOSFET spremeni iz pozitivne v negativno, se vklopi njegova notranja parazitna dioda. Po določenem zamiku se vklopi MOSFET za sinhrono usmerjanje.

Izklop sinhronega popravljalnega MOSFET-a:

① Ko je izhodna napetost nižja od nastavljene vrednosti, se signal sinhrone ure uporablja za nadzor izklopa MOSFET-a in delo v načinu CCM.

② Ko je izhodna napetost večja od nastavljene vrednosti, je signal sinhrone ure zaščiten in način dela je enak načinu DCM. Signal VDS=-Io*Rdson nadzira zaustavitev sinhronskega rektifikacijskega MOSFET-a.

Sekundarna stran (sekundarna) krmili izklop MOSFET sinhronega popravljalnika

Zdaj vsi vedo, kakšno vlogo ima MOSFET pri celotnem QC hitrega polnjenja!

O Olukeyju

Olukeyjeva osrednja ekipa se že 20 let osredotoča na komponente in ima sedež v Shenzhenu. Glavna dejavnost: MOSFET, MCU, IGBT in druge naprave. Glavna produkta agenta sta WINSOK in Cmsemicon. Izdelki se pogosto uporabljajo v vojaški industriji, industrijskem nadzoru, novi energiji, medicinskih izdelkih, 5G, internetu stvari, pametnih domovih in različnih izdelkih potrošniške elektronike. Sklicujoč se na prednosti prvotnega globalnega generalnega zastopnika, temeljimo na kitajskem trgu. Naše celovite ugodne storitve uporabljamo za uvedbo različnih naprednih visokotehnoloških elektronskih komponent našim strankam, pomoč proizvajalcem pri izdelavi visokokakovostnih izdelkov in zagotavljanje celovitih storitev.