Olukey: Давайте поговоримо про роль MOSFET в базовій архітектурі швидкої зарядки

Основна структура електропостачанняшвидка зарядкаQC використовує зворотний ход + вторинну сторону (вторинний) синхронного випрямлення SSR. Для зворотних перетворювачів, відповідно до методу вибірки зворотного зв'язку, його можна розділити на: первинне (первинне) регулювання та вторинне (вторинне) регулювання; відповідно до розташування ШІМ контролера. Його можна розділити на: основний (первинний) контроль і вторинний (вторинний) контроль. Здається, що це не має нічого спільного з MOSFET. Отже,Олюкіпотрібно запитати: де захований MOSFET? Яку роль це відіграло?

1. Первинне (первинне) регулювання та вторинне (вторинне) регулювання

Стабільність вихідної напруги потребує зв’язку зворотного зв’язку для надсилання інформації про зміну на головний контролер ШІМ для регулювання змін вхідної напруги та вихідного навантаження. Відповідно до різних методів вибірки зворотного зв’язку, його можна розділити на первинне (первинне) регулювання та вторинне (вторинне) регулювання, як показано на малюнках 1 і 2.

Вторинна сторона (вторинка) діодного випрямлення

MOSFET синхронного випрямлення SSR розташований внизу

Сигнал зворотного зв'язку первинної сторони (первинного) регулювання береться не безпосередньо з вихідної напруги, а з допоміжної обмотки або первинної первинної обмотки, яка підтримує певне пропорційне співвідношення з вихідною напругою. Його характеристики:

① Метод непрямого зворотного зв’язку, погана швидкість регулювання навантаження та низька точність;

②. Простота і низька вартість;

③. Немає необхідності в ізолюючій оптроні.

Сигнал зворотного зв'язку для вторинної сторони (вторинного) регулювання береться безпосередньо з вихідної напруги за допомогою оптрона та TL431. Його характеристики:

① Метод прямого зворотного зв'язку, хороша швидкість регулювання навантаження, швидкість лінійного регулювання та висока точність;

②. Схема регулювання складна і дорога;

③. Необхідно ізолювати оптрон, який з часом старіє.

2. Вторинний бічний (вторинний) діод випрямлення аMOSFETсинхронного випрямлення ЗСР

Вторинна сторона (вторинка) зворотно-ходового перетворювача зазвичай використовує діодне випрямлення через великий вихідний струм швидкої зарядки. Спеціально для прямої зарядки або флеш-зарядки вихідний струм досягає 5 А. Щоб підвищити ефективність, MOSFET використовується замість діода як випрямляча, який називається вторинним (вторинним) синхронним випрямленням SSR, як показано на малюнках 3 і 4.

Вторинна сторона (вторинна) MOSFET синхронного випрямлення

Характеристики вторинного (вторинного) діода випрямлення:

①. Простий, не потрібен додатковий контролер приводу, низька вартість;

② Коли вихідний струм великий, ефективність низька;

③. Висока надійність.

Особливості вторинного (вторинного) MOSFET синхронного випрямлення:

①. Складний, що вимагає додаткового контролера приводу і високої вартості;

②. Коли вихідний струм великий, ефективність висока;

③. У порівнянні з діодами їх надійність низька.

У практичних застосуваннях МОП-транзистор синхронного випрямлення SSR зазвичай переміщується з верхнього рівня до нижнього, щоб полегшити керування, як показано на малюнку 5.

Характеристики висококласного MOSFET синхронного випрямлення SSR:

①. Для цього потрібен завантажувальний диск або плаваючий диск, що є дорогим;

②. Хороший EMI.

Характеристики синхронного випрямлення SSR MOSFET, розміщені на нижньому кінці:

① Прямий привід, простий привід і низька вартість;

②. Поганий EMI.

3. Первинний бічний (первинний) контроль і вторинний бічний (вторинний) контроль

Головний контролер ШІМ розміщений на первинній стороні (первинній). Така структура називається основним побічним (первинним) контролем. Щоб підвищити точність вихідної напруги, швидкості регулювання навантаження та швидкості лінійного регулювання, первинне (первинне) керування потребує зовнішнього оптрона та TL431 для формування зв’язку зворотного зв’язку. Пропускна здатність системи мала, а швидкість відгуку повільна.

Якщо основний ШІМ-контролер розміщено на вторинній стороні (вторинній), оптопару та TL431 можна видалити, а вихідну напругу можна безпосередньо контролювати та регулювати з швидкою реакцією. Така структура називається вторинним (вторинним) управлінням.

Особливості первинного побічного (первинного) контролю:

①. Потрібні оптрон і TL431, а швидкість відгуку повільна;

②. Швидкість захисту виведення низька.

③. У синхронному випрямленні безперервного режиму CCM вторинна сторона (вторинна) вимагає сигналу синхронізації.

Особливості вторинного (вторинного) контролю:

①. Вихід визначається безпосередньо, оптрон і TL431 не потрібні, швидкість реакції висока, швидкість захисту виходу висока;

②. Вторинна сторона (вторинна) синхронного випрямлення MOSFET керується безпосередньо без необхідності сигналів синхронізації; додаткові пристрої, такі як імпульсні трансформатори, магнітні з’єднувачі або ємнісні з’єднувачі, необхідні для передачі керуючих сигналів первинної сторони (первинної) високої напруги MOSFET.

③. Первинна сторона (первинна) потребує схеми запуску, або вторинна сторона (вторинна) має допоміжне джерело живлення для запуску.

4. Безперервний режим CCM або переривчастий режим DCM

Поворотний перетворювач може працювати в безперервному режимі CCM або в режимі переривчастого DCM. Якщо струм у вторинній (вторинній) обмотці досягає 0 в кінці циклу комутації, це називається режимом переривчастого DCM. Якщо струм вторинної (вторинної) обмотки не дорівнює 0 в кінці циклу перемикання, це називається безперервним режимом CCM, як показано на малюнках 8 і 9.

З рисунків 8 і 9 видно, що робочі стани синхронного випрямляючого SSR відрізняються в різних режимах роботи зворотно-поворотного перетворювача, що також означає, що методи керування синхронним випрямляючим SSR також будуть різними.

Якщо мертвий час ігнорується, то при роботі в безперервному режимі ККМ ВСР синхронного випрямлення має два стани:

①. Високовольтний МОП-транзистор первинної сторони (первинний) увімкнено, а МОП-транзистор синхронного випрямлення вторинної сторони (вторинний) вимкнено;

②. Первинний (первинний) високовольтний МОП-транзистор вимкнено, а вторинний (вторинний) МОП-транзистор синхронного випрямлення ввімкнено.

Подібним чином, якщо мертвий час ігнорується, SSR синхронного випрямлення має три стани під час роботи в режимі переривчастого DCM:

②. Первинний високовольтний МОП-транзистор (первинний) вимкнено, а вторинний (вторинний) МОП-транзистор синхронного випрямлення ввімкнено;

③. Первинний (первинний) високовольтний MOSFET вимкнено, а вторинний (вторинний) MOSFET синхронного випрямлення вимкнено.

5. Вторинна сторона (вторинка) синхронного випрямлення ВСР в безперервному режимі ККМ

Якщо швидкозарядний зворотно-поворотний перетворювач працює в безперервному режимі CCM, первинний (первинний) метод керування, вторинний (вторинний) синхронний випрямляючий МОП-транзистор вимагає сигналу синхронізації з первинного (первинного) боку для керування вимкненням.

Наступні два методи зазвичай використовуються для отримання сигналу синхронного приводу вторинної сторони (вторинної обмотки):

(1) Використовуйте безпосередньо вторинну (вторинну) обмотку, як показано на малюнку 10;

(2) Використовуйте додаткові компоненти ізоляції, такі як імпульсні трансформатори, для передачі сигналу синхронного приводу від первинної сторони (первинної) до вторинної сторони (вторинної), як показано на малюнку 12.

Безпосередньо використовуючи вторинну (вторинну) обмотку для отримання сигналу синхронного приводу, точність сигналу синхронного приводу дуже важко контролювати, і важко досягти оптимізованої ефективності та надійності. Деякі компанії навіть використовують цифрові контролери для підвищення точності керування, як показано на малюнку 11.

Використання імпульсного трансформатора для отримання синхронних керуючих сигналів має високу точність, але вартість є відносно високою.

У вторинному (вторинному) методі керування зазвичай використовується імпульсний трансформатор або метод магнітного зв’язку для передачі сигналу синхронного приводу від вторинної (вторинної) сторони до первинної (первинної), як показано на малюнку 7.v

Безпосередньо використовувати вторинну (вторинну) обмотку для отримання сигналу синхронного приводу

Безпосередньо використовувати вторинну (вторинну) обмотку для отримання сигналу синхронного приводу + цифрове управління

6. Вторинна сторона (вторинний) синхронного випрямлення SSR у розривному режимі DCM

Якщо зворотний перетворювач швидкої зарядки працює в розривному режимі DCM. Незалежно від первинного (первинного) методу керування або вторинного (вторинного) методу керування, падіння напруги D і S на МОП-транзисторі синхронного випрямлення можна безпосередньо виявляти та контролювати.

(1) Увімкнення MOSFET синхронного випрямлення

Коли напруга VDS транзистора синхронного випрямлення MOSFET змінюється з позитивного на негативний, внутрішній паразитний діод включається, і після певної затримки вмикається MOSFET транзистора синхронного випрямлення, як показано на малюнку 13.

(2) Вимкнення MOSFET синхронного випрямлення

Після ввімкнення MOSFET синхронного випрямлення VDS=-Io*Rdson. Коли струм вторинної (вторинної) обмотки зменшується до 0, тобто коли напруга сигналу визначення струму VDS змінюється з негативного на 0, MOSFET синхронного випрямлення вимикається, як показано на малюнку 13.

Вмикання та вимикання MOSFET синхронного випрямлення в режимі переривчастого DCM

У практичних застосуваннях MOSFET синхронного випрямлення вимикається до того, як струм вторинної (вторинної) обмотки досягне 0 (VDS=0). Значення опорної напруги виявлення струму, встановлені різними мікросхемами, різні, наприклад -20 мВ, -50 мВ, -100 мВ, -200 мВ тощо.

Поточна опорна напруга виявлення системи є фіксованою. Чим більше абсолютне значення опорної напруги виявлення струму, тим менша помилка перешкод і краща точність. Однак, коли вихідний струм навантаження Io зменшується, МОП-транзистор синхронного випрямлення вимкнеться при більшому вихідному струмі, а його внутрішній паразитний діод буде проводити довше, тому ефективність буде знижена, як показано на малюнку 14.

Опорна напруга вимірювання струму та час вимкнення MOSFET синхронного випрямлення

Крім того, якщо абсолютне значення опорної напруги виявлення струму занадто мало. Системні помилки та перешкоди можуть спричинити вимикання МОП-транзистора синхронного випрямлення після того, як струм вторинної (вторинної) обмотки перевищить 0, що призведе до зворотного вхідного струму, що впливає на ефективність і надійність системи.

Високоточні сигнали визначення струму можуть підвищити ефективність і надійність системи, але вартість пристрою збільшиться. Точність сигналу визначення струму залежить від таких факторів:
①. Точність і температурний дрейф опорної напруги детектування струму;
②. Напруга зміщення та напруга зміщення, струм зміщення та струм зміщення та температурний дрейф підсилювача струму;
③. Точність і температурний дрейф напруги Rdson синхронного випрямлення MOSFET.

Крім того, з точки зору системи, її можна покращити за допомогою цифрового керування, зміни опорної напруги виявлення струму та зміни керуючої напруги MOSFET синхронного випрямлення.

Коли вихідний струм навантаження Io зменшується, якщо напруга керування силовим MOSFET зменшується, відповідна напруга ввімкнення MOSFET Rdson збільшується. Як показано на малюнку 15, можна уникнути передчасного відключення MOSFET синхронного випрямлення, зменшити час провідності паразитного діода та підвищити ефективність системи.

Зменшення керуючої напруги VGS і відключення MOSFET синхронного випрямлення

На малюнку 14 видно, що коли вихідний струм навантаження Io зменшується, опорна напруга виявлення струму також зменшується. Таким чином, коли вихідний струм Io великий, для підвищення точності керування використовується вища опорна напруга виявлення струму; коли вихідний струм Io низький, використовується менша опорна напруга виявлення струму. Це також може покращити час провідності MOSFET синхронного випрямлення та підвищити ефективність системи.

Якщо наведений вище метод не можна використати для покращення, діоди Шотткі також можна підключити паралельно на обох кінцях MOSFET синхронного випрямлення. Після синхронного випрямлення MOSFET заздалегідь можна підключити зовнішній діод Шотткі для вільного ходу.

7. Вторинний (вторинний) контроль CCM+DCM гібридний режим

На даний момент існує два поширених рішення для швидкої зарядки мобільного телефону:

(1) Керування основною стороною (первинний) і робочий режим DCM. Вторинний (вторинний) синхронний MOSFET випрямлення не вимагає сигналу синхронізації.

(2) Вторинне (вторинне) керування, CCM+DCM змішаний режим роботи (коли вихідний струм навантаження зменшується, від CCM до DCM). Вторинний (вторинний) синхронний випрямляючий МОП-транзистор керується безпосередньо, а його логічні принципи вмикання та вимикання показані на малюнку 16:

Увімкнення MOSFET синхронного випрямлення: Коли напруга VDS MOSFET синхронного випрямлення змінюється з позитивного на негативне, вмикається його внутрішній паразитний діод. Після деякої затримки включається MOSFET синхронного випрямлення.

Вимкнення MOSFET синхронного випрямлення:

① Коли вихідна напруга менше встановленого значення, синхронний тактовий сигнал використовується для керування вимкненням MOSFET і роботи в режимі CCM.

② Коли вихідна напруга перевищує задане значення, сигнал синхронного синхронізації екранується, а метод роботи такий самий, як і в режимі DCM. Сигнал VDS=-Io*Rdson керує відключенням MOSFET синхронного випрямлення.

Вторинна сторона (вторинна) керує вимиканням MOSFET синхронного випрямлення

Тепер усі знають, яку роль відіграє MOSFET у всьому QC швидкої зарядки!

Про Олюкея

Основна команда Olukey зосереджена на компонентах протягом 20 років, а штаб-квартира знаходиться в Шеньчжені. Основна діяльність: MOSFET, MCU, IGBT та інші пристрої. Основними агентськими продуктами є WINSOK і Cmsemicon. Продукти широко використовуються у військовій промисловості, промисловому управлінні, новій енергетиці, медичних виробах, 5G, Інтернеті речей, розумних будинках і різноманітних виробах побутової електроніки. Покладаючись на переваги оригінального глобального генерального агента, ми базуємося на китайському ринку. Ми використовуємо наші комплексні вигідні послуги, щоб представити нашим клієнтам різні передові високотехнологічні електронні компоненти, допомогти виробникам у виробництві високоякісної продукції та надати комплексні послуги.