Olukey: La oss snakke om rollen til MOSFET i den grunnleggende arkitekturen for hurtiglading

Den grunnleggende strømforsyningsstrukturen tilhurtigladingQC bruker flyback + sekundær side (sekundær) synkron retting SSR. For flyback-omformere, i henhold til tilbakemeldingssamplingsmetoden, kan den deles inn i: primærside (primær) regulering og sekundær side (sekundær) regulering; i henhold til plasseringen til PWM-kontrolleren. Den kan deles inn i: primær side (primær) kontroll og sekundær side (sekundær) kontroll. Det ser ut til at det ikke har noe med MOSFET å gjøre. Så,Olukeymå spørre: Hvor er MOSFET gjemt? Hvilken rolle spilte det?

1. Primærside (primær) justering og sekundær side (sekundær) justering

Stabiliteten til utgangsspenningen krever en tilbakemeldingskobling for å sende endringsinformasjonen til PWM-hovedkontrolleren for å justere endringene i inngangsspenning og utgangsbelastning. I henhold til de forskjellige tilbakemeldingsprøvetakingsmetodene kan den deles inn i primærside (primær) justering og sekundær side (sekundær) justering, som vist i figur 1 og 2.

Sekundærside (sekundær) diodelikeretting

SSR synkron likeretter MOSFET er plassert i bunnen

Tilbakemeldingssignalet til primærside (primær) regulering hentes ikke direkte fra utgangsspenningen, men fra hjelpeviklingen eller primærprimærviklingen som opprettholder et visst proporsjonalt forhold til utgangsspenningen. Dens egenskaper er:

① Indirekte tilbakemeldingsmetode, dårlig lastreguleringshastighet og dårlig nøyaktighet;

②. Enkel og lav pris;

③. Ikke behov for isolasjonsoptokobler.

Tilbakemeldingssignalet for sekundærside (sekundær) regulering tas direkte fra utgangsspenningen ved hjelp av en optokobler og TL431. Dens egenskaper er:

① Direkte tilbakemeldingsmetode, god lastreguleringshastighet, lineær reguleringshastighet og høy presisjon;

②. Justeringskretsen er kompleks og kostbar;

③. Det er nødvendig å isolere optokobleren, som har aldringsproblemer over tid.

2. Sekundærside (sekundær) diodelikeretting ogMOSFETsynkron likeretting SSR

Sekundærsiden (sekundær) av flyback-omformeren bruker vanligvis diodelikretting på grunn av den store utgangsstrømmen til hurtiglading. Spesielt for direktelading eller flashlading er utgangsstrømmen så høy som 5A. For å forbedre effektiviteten brukes MOSFET i stedet for dioden som likeretter, som kalles sekundær (sekundær) synkron likeretting SSR, som vist i figur 3 og 4.

Sekundærside (sekundær) MOSFET synkron likeretting

Egenskaper for sekundærside (sekundær) diodelikretting:

①. Enkelt, ingen ekstra stasjonskontroller er nødvendig, og kostnadene er lave;

② Når utgangsstrømmen er stor, er effektiviteten lav;

③. Høy pålitelighet.

Funksjoner av sekundær side (sekundær) MOSFET synkron retting:

①. Kompleks, krever ekstra kjørekontroller og høye kostnader;

②. Når utgangsstrømmen er stor, er effektiviteten høy;

③. Sammenlignet med dioder er deres pålitelighet lav.

I praktiske applikasjoner flyttes MOSFET-en til den synkrone likerettings-SSR vanligvis fra den høye enden til den lave enden for å lette kjøringen, som vist i figur 5.

Egenskapene til high-end MOSFET for synkron likeretting SSR:

①. Det krever bootstrap-stasjon eller flytende stasjon, noe som er kostbart;

②. Bra EMI.

Egenskapene til synkron likeretting SSR MOSFET plassert i den lave enden:

① Direkte kjøring, enkel kjøring og lav pris;

②. Dårlig EMI.

3. Primærside (primær) kontroll og sekundær side (sekundær) kontroll

PWM-hovedkontrolleren er plassert på primærsiden (primær). Denne strukturen kalles primær side (primær) kontroll. For å forbedre nøyaktigheten til utgangsspenningen, lastreguleringshastigheten og lineær reguleringshastighet, krever primærsiden (primær) kontrollen en ekstern optokobler og TL431 for å danne en tilbakemeldingskobling. Systemets båndbredde er liten og responshastigheten er lav.

Hvis PWM-hovedkontrolleren plasseres på sekundærsiden (sekundær), kan optokobleren og TL431 fjernes, og utgangsspenningen kan styres direkte og justeres med rask respons. Denne strukturen kalles sekundær (sekundær) kontroll.

Funksjoner ved primær side (primær) kontroll:

①. Optokobler og TL431 er nødvendig, og responshastigheten er lav;

②. Hastigheten på utgangsbeskyttelsen er lav.

③. I synkron likeretter kontinuerlig modus CCM, krever sekundærsiden (sekundær) et synkroniseringssignal.

Funksjoner ved sekundær (sekundær) kontroll:

①. Utgangen detekteres direkte, ingen optokobler og TL431 er nødvendig, responshastigheten er rask, og utgangsbeskyttelseshastigheten er rask;

②. Den sekundære (sekundære) synkrone likeretter MOSFET er direkte drevet uten behov for synkroniseringssignaler; tilleggsenheter som pulstransformatorer, magnetiske koplinger eller kapasitive koplere er nødvendig for å overføre drivsignalene til primærsiden (primær) høyspent MOSFET.

③. Primærsiden (primær) trenger en startkrets, eller sekundærsiden (sekundær) har en hjelpestrømforsyning for start.

4. Kontinuerlig CCM-modus eller diskontinuerlig DCM-modus

Flyback-omformeren kan fungere i kontinuerlig CCM-modus eller diskontinuerlig DCM-modus. Hvis strømmen i den sekundære (sekundære) viklingen når 0 ved slutten av en koblingssyklus, kalles det diskontinuerlig DCM-modus. Hvis strømmen til den sekundære (sekundære) viklingen ikke er 0 ved slutten av en byttesyklus, kalles det kontinuerlig CCM-modus, som vist i figur 8 og 9.

Det kan sees fra figur 8 og figur 9 at arbeidstilstandene til synkron likerettings-SSR er forskjellige i forskjellige driftsmoduser for tilbakekoblingsomformeren, noe som også betyr at kontrollmetodene til synkron likeretting-SSR også vil være forskjellige.

Hvis dødtiden ignoreres, når du arbeider i kontinuerlig CCM-modus, har den synkrone rettings-SSR to tilstander:

①. Primærsiden (primær) høyspent MOSFET er slått på, og sekundærsiden (sekundær) synkron likeretting MOSFET er slått av;

②. Primærsiden (primær) høyspent MOSFET er slått av, og sekundærsiden (sekundær) synkron likeretting MOSFET er slått på.

Tilsvarende, hvis dødtiden ignoreres, har den synkrone rettings-SSR tre tilstander når den opererer i diskontinuerlig DCM-modus:

①. Primærsiden (primær) høyspent MOSFET er slått på, og sekundærsiden (sekundær) synkron likeretting MOSFET er slått av;

②. Primærsiden (primær) høyspent MOSFET er slått av, og sekundærsiden (sekundær) synkron likeretting MOSFET er slått på;

③. Primærsiden (primær) høyspent MOSFET er slått av, og sekundærsiden (sekundær) synkron likeretting MOSFET er slått av.

5. Sekundær side (sekundær) synkron likeretting SSR i kontinuerlig CCM-modus

Hvis hurtigladet tilbakekoblingsomformer opererer i kontinuerlig CCM-modus, krever primærsiden (primær) kontrollmetoden, sekundærsiden (sekundær) synkron likeretting MOSFET et synkroniseringssignal fra primærsiden (primær) for å kontrollere avstengingen.

Følgende to metoder brukes vanligvis for å oppnå det synkrone drivsignalet til sekundærsiden (sekundær):

(1) Bruk den sekundære (sekundære) viklingen direkte, som vist i figur 10;

(2) Bruk ekstra isolasjonskomponenter som pulstransformatorer for å overføre det synkrone drivsignalet fra primærsiden (primær) til sekundærsiden (sekundær), som vist i figur 12.

Direkte ved å bruke den sekundære (sekundære) viklingen for å oppnå det synkrone drivsignalet, er nøyaktigheten til det synkrone drivsignalet svært vanskelig å kontrollere, og det er vanskelig å oppnå optimalisert effektivitet og pålitelighet. Noen selskaper bruker til og med digitale kontrollere for å forbedre kontrollnøyaktigheten, som vist i figur 11. Vis.

Å bruke en pulstransformator for å oppnå synkrone kjøresignaler har høy nøyaktighet, men kostnaden er relativt høy.

Den sekundære (sekundære) kontrollmetoden bruker vanligvis en pulstransformator eller magnetisk koblingsmetode for å overføre det synkrone drivsignalet fra sekundærsiden (sekundær) til primærsiden (primær), som vist i figur 7.v

Bruk den sekundære (sekundære) viklingen direkte for å oppnå det synkrone drivsignalet

Bruk den sekundære (sekundære) viklingen direkte for å få det synkrone drivsignalet + digital styring

6. Sekundær side (sekundær) synkron likeretting SSR i diskontinuerlig DCM-modus

Hvis hurtigladet flyback-omformer fungerer i diskontinuerlig DCM-modus. Uavhengig av styringsmetoden på primærsiden (primær) eller styringsmetoden på sekundærsiden (sekundær), kan D- og S-spenningsfallet til den synkrone likerettings-MOSFET-en direkte detekteres og kontrolleres.

(1) Slå på MOSFET for synkron likeretting

Når spenningen til VDS til den synkrone likerettings-MOSFET-en endres fra positiv til negativ, slås den interne parasittiske dioden på, og etter en viss forsinkelse slås den synkrone likerettings-MOSFET-en på, som vist i figur 13.

(2) Slå av MOSFET for synkron likeretting

Etter at den synkrone likerettings-MOSFET er slått på, VDS=-Io*Rdson. Når den sekundære (sekundære) viklingsstrømmen synker til 0, det vil si når spenningen til strømdeteksjonssignalet VDS endres fra negativ til 0, slås MOSFET for synkron likeretting av, som vist i figur 13.

Slå på og av synkron likeretter MOSFET i diskontinuerlig DCM-modus

I praktiske applikasjoner slås den synkrone likeretter MOSFET av før den sekundære (sekundære) viklingsstrømmen når 0 (VDS=0). De gjeldende deteksjonsreferansespenningsverdiene satt av forskjellige brikker er forskjellige, for eksempel -20mV, -50mV, -100mV, -200mV, etc.

Den gjeldende deteksjonsreferansespenningen til systemet er fast. Jo større absoluttverdi av referansespenningen for gjeldende deteksjon er, jo mindre interferensfeil og jo bedre nøyaktighet. Men når utgangsbelastningsstrømmen Io avtar, vil den synkrone likerettings-MOSFET slå seg av ved en større utgangsstrøm, og dens interne parasittiske diode vil lede i lengre tid, slik at effektiviteten reduseres, som vist i figur 14.

Strømfølende referansespenning og synkron likeretting MOSFET-avslåingstid

I tillegg, hvis den absolutte verdien av gjeldende deteksjonsreferansespenning er for liten. Systemfeil og interferens kan føre til at den synkrone likerettings-MOSFET-en slår seg av etter at den sekundære (sekundære) viklingsstrømmen overstiger 0, noe som resulterer i omvendt innstrømningsstrøm, noe som påvirker effektiviteten og systemets pålitelighet.

Høypresisjons strømdeteksjonssignaler kan forbedre effektiviteten og påliteligheten til systemet, men kostnadene for enheten vil øke. Nøyaktigheten til det gjeldende deteksjonssignalet er relatert til følgende faktorer:
①. Nøyaktighet og temperaturdrift av gjeldende deteksjonsreferansespenning;
②. Forspenningsspenningen og forskyvningsspenningen, forspenningsstrømmen og forskyvningsstrømmen og temperaturdriften til strømforsterkeren;
③. Nøyaktigheten og temperaturdriften til påspenningen Rdson til den synkrone likerettings-MOSFET.

I tillegg, fra et systemperspektiv, kan det forbedres gjennom digital kontroll, endring av referansespenning for strømdeteksjon og endring av MOSFET-drivspenning for synkron likeretting.

Når utgangsbelastningsstrømmen Io synker, hvis drivspenningen til strøm-MOSFET-en synker, øker den tilsvarende MOSFET-påstengingsspenningen Rdson. Som vist i figur 15, er det mulig å unngå tidlig avstenging av den synkrone likerettings-MOSFET, redusere ledningstiden til den parasittiske dioden og forbedre effektiviteten til systemet.

Reduserer drivspenningen VGS og slår av MOSFET for synkron likeretting

Det kan sees fra figur 14 at når utgangslaststrømmen Io avtar, synker også strømdeteksjonsreferansespenningen. På denne måten, når utgangsstrømmen Io er stor, brukes en høyere strømdeteksjonsreferansespenning for å forbedre kontrollnøyaktigheten; når utgangsstrømmen Io er lav, brukes en lavere strømdeteksjonsreferansespenning. Det kan også forbedre ledningstiden til den synkrone likerettings-MOSFET og forbedre effektiviteten til systemet.

Når metoden ovenfor ikke kan brukes til forbedring, kan Schottky-dioder også kobles parallelt i begge ender av den synkrone likerettings-MOSFET. Etter at den synkrone likerettings-MOSFET er slått av på forhånd, kan en ekstern Schottky-diode kobles til for frihjul.

7. Sekundær (sekundær) kontroll CCM+DCM hybridmodus

For tiden er det i utgangspunktet to vanlige løsninger for hurtiglading av mobiltelefoner:

(1) Primær side (primær) kontroll og DCM arbeidsmodus. Sekundærside (sekundær) synkron likeretting MOSFET krever ikke et synkroniseringssignal.

(2) Sekundær (sekundær) kontroll, CCM+DCM blandet driftsmodus (når utgangslaststrømmen avtar, fra CCM til DCM). Den sekundære (sekundære) synkrone likerettings-MOSFET-en er direkte drevet, og dens på- og avslåingslogiske prinsipper er vist i figur 16:

Slå på MOSFET for synkron likeretting: Når spenningen til VDS til MOSFET for synkron likeretting endres fra positiv til negativ, slås dens interne parasittiske diode på. Etter en viss forsinkelse slås den synkrone likerettings-MOSFET på.

Slå av MOSFET for synkron retting:

① Når utgangsspenningen er mindre enn den innstilte verdien, brukes det synkrone klokkesignalet til å kontrollere avslåingen av MOSFET og arbeide i CCM-modus.

② Når utgangsspenningen er større enn den innstilte verdien, er det synkrone klokkesignalet skjermet og arbeidsmetoden er den samme som DCM-modusen. VDS=-Io*Rdson-signalet styrer avstengningen av den synkrone likerettings-MOSFET.

Sekundærside (sekundær) kontrollerer synkron likeretting av MOSFET

Nå vet alle hvilken rolle MOSFET spiller i hele QC for hurtiglading!

Om Olukey

Olukeys kjerneteam har fokusert på komponenter i 20 år og har hovedkontor i Shenzhen. Hovedvirksomhet: MOSFET, MCU, IGBT og andre enheter. De viktigste agentproduktene er WINSOK og Cmsemicon. Produktene er mye brukt i militær industri, industriell kontroll, ny energi, medisinske produkter, 5G, Internet of Things, smarte hjem og ulike forbrukerelektronikkprodukter. Stole på fordelene ved den opprinnelige globale generalagenten, er vi basert på det kinesiske markedet. Vi bruker våre omfattende fordelaktige tjenester til å introdusere ulike avanserte høyteknologiske elektroniske komponenter til våre kunder, hjelpe produsenter med å produsere høykvalitetsprodukter og tilby omfattende tjenester.