Olukey: Puhutaanpa MOSFETin roolista pikalatauksen perusarkkitehtuurissa

Virtalähteen perusrakennenopea latausQC käyttää flyback + toissijaisen puolen (toissijainen) synkronista tasasuuntausta SSR. Flyback-muuntimien osalta se voidaan jakaa takaisinkytkennän näytteenottomenetelmän mukaan: ensiöpuolen (ensisijainen) säätö ja toisiopuolen (toissijainen) säätö; PWM-ohjaimen sijainnin mukaan. Se voidaan jakaa: ensisijaisen puolen (ensisijainen) ohjaus ja toissijaisen puolen (toissijainen) ohjaus. Näyttää siltä, että sillä ei ole mitään tekemistä MOSFETin kanssa. Niin,Olukeyon kysyttävä: Mihin MOSFET on piilotettu? Mikä rooli sillä oli?

1. Ensisijaisen puolen (ensisijainen) säätö ja toissijaisen puolen (toissijainen) säätö

Lähtöjännitteen stabiilisuus vaatii palautelinkin, joka lähettää muuttuvat tiedot PWM-pääohjaimelle tulojännitteen ja lähtökuorman muutosten säätämiseksi. Eri palautenäytteenottomenetelmien mukaan se voidaan jakaa ensisijaisen puolen (ensisijainen) säätöön ja toissijaiseen (toissijaiseen) säätöön, kuten kuvista 1 ja 2 näkyy.

Toissijaisen puolen (toissijainen) dioditasasuuntaus

SSR-synkroninen tasasuuntaus MOSFET on sijoitettu pohjaan

Ensiöpuolen (ensisijaisen) säädön takaisinkytkentäsignaalia ei oteta suoraan lähtöjännitteestä, vaan apukäämityksestä tai ensiökäämistä, joka ylläpitää tiettyä suhteellista suhdetta lähtöjännitteeseen. Sen ominaisuudet ovat:

① Epäsuora palautemenetelmä, huono kuormituksen säätönopeus ja huono tarkkuus;

②. Yksinkertainen ja edullinen;

③. Eristävää optoerotin ei tarvita.

Toisiopuolen (toissijaisen) säädön takaisinkytkentäsignaali otetaan suoraan lähtöjännitteestä optoerottimen ja TL431:n avulla. Sen ominaisuudet ovat:

① Suora palautemenetelmä, hyvä kuormansäätönopeus, lineaarinen säätönopeus ja korkea tarkkuus;

②. Säätöpiiri on monimutkainen ja kallis;

③. On tarpeen eristää optoerotin, jolla on ikääntymisongelmia ajan myötä.

2. Toisiopuolen (toissijainen) dioditasasuuntaus jaMOSFETsynkroninen tasasuuntaus SSR

Flyback-muuntimen toissijainen puoli (toissijainen) käyttää yleensä dioditasasuuntausta pikalatauksen suuren lähtövirran vuoksi. Erityisesti suoralatauksessa tai salamalatauksessa lähtövirta on jopa 5 A. Tehokkuuden parantamiseksi käytetään MOSFETiä diodin sijasta tasasuuntaajana, jota kutsutaan toissijaiseksi (sekundaariseksi) synkroniseksi tasasuuntaus-SSR:ksi, kuten kuvista 3 ja 4 näkyy.

Toissijainen (toissijainen) MOSFET-synkroninen tasasuuntaus

Toissijaisen puolen (toissijaisen) dioditasasuuntauksen ominaisuudet:

①. Yksinkertainen, ylimääräistä ajoohjainta ei tarvita, ja kustannukset ovat alhaiset;

② Kun lähtövirta on suuri, hyötysuhde on alhainen;

③. Korkea luotettavuus.

Toissijaisen puolen (toissijaisen) MOSFET-synkronisen tasasuuntauksen ominaisuudet:

①. Monimutkainen, vaatii lisäohjaimen ja korkeat kustannukset;

②. Kun lähtövirta on suuri, hyötysuhde on korkea;

③. Diodeihin verrattuna niiden luotettavuus on alhainen.

Käytännön sovelluksissa synkronisen tasasuuntauksen SSR:n MOSFET siirretään yleensä yläpäästä alempaan päähän ajon helpottamiseksi, kuten kuvassa 5.

Synkronisen tasasuuntauksen SSR:n huippuluokan MOSFETin ominaisuudet:

①. Se vaatii bootstrap-aseman tai kelluvan aseman, mikä on kallista;

②. Hyvä EMI.

Alimmalle sijoitetun synkronisen tasasuuntauksen SSR MOSFETin ominaisuudet:

① Suora käyttö, yksinkertainen käyttö ja alhaiset kustannukset;

②. Huono EMI.

3. Ensisijaisen puolen (ensisijainen) ohjaus ja toissijaisen puolen (toissijainen) ohjaus

PWM-pääohjain on sijoitettu ensisijaiselle puolelle (ensisijainen). Tätä rakennetta kutsutaan ensisijaiseksi puolen (ensisijaiseksi) ohjaukseksi. Lähtöjännitteen, kuorman säätönopeuden ja lineaarisen säätönopeuden tarkkuuden parantamiseksi ensiöpuolen (ensisijainen) ohjaus vaatii ulkoisen optoerottimen ja TL431:n takaisinkytkentälinkin muodostamiseksi. Järjestelmän kaistanleveys on pieni ja vastenopeus hidas.

Jos PWM-pääohjain sijoitetaan toissijaiselle puolelle (toissijainen), optoerotin ja TL431 voidaan irrottaa ja lähtöjännitettä voidaan suoraan ohjata ja säätää nopeasti. Tätä rakennetta kutsutaan toissijaiseksi (toissijaiseksi) ohjaukseksi.

Ensisijaisen puolen (ensisijainen) ohjaus

Ensisijaisen puolen (ensisijaisen) ohjauksen ominaisuudet:

①. Optocoupler ja TL431 tarvitaan, ja vastenopeus on hidas;

②. Lähtösuojauksen nopeus on hidas.

③. Synkronisessa tasasuuntauksessa jatkuvassa tilassa CCM toisiopuoli (toissijainen) vaatii synkronointisignaalin.

Toissijaisen (toissijaisen) ohjauksen ominaisuudet:

①. Lähtö havaitaan suoraan, optoerotinta ja TL431:tä ei tarvita, vastenopeus on nopea ja lähdön suojausnopeus on nopea;

②. Toissijaisen puolen (toissijainen) synkroninen tasasuuntaus-MOSFET on suoraan ohjattu ilman synkronointisignaalien tarvetta; lisälaitteita, kuten pulssimuuntajia, magneettikytkimiä tai kapasitiivisia kytkimiä tarvitaan ensiöpuolen (ensisijaisen) suurjännitteisen MOSFETin ohjaussignaalien lähettämiseen.

③. Ensiöpuoli (ensisijainen) tarvitsee käynnistyspiirin, tai toisiopuolella (toisio) on apuvirtalähde käynnistystä varten.

4. Jatkuva CCM-tila tai epäjatkuva DCM-tila

Flyback-muunnin voi toimia jatkuvassa CCM-tilassa tai epäjatkuvassa DCM-tilassa. Jos toisiokäämin (toisiokäämin) virta saavuttaa 0:n kytkentäjakson lopussa, sitä kutsutaan epäjatkuvaksi DCM-moodiksi. Jos toisiokäämin (toisiokäämin) virta ei ole 0 kytkentäjakson lopussa, sitä kutsutaan jatkuvaksi CCM-moodiksi, kuten kuvista 8 ja 9 näkyy.

Kuvasta 8 ja kuvasta 9 voidaan nähdä, että synkronisen tasasuuntauksen SSR:n toimintatilat ovat erilaisia flyback-muuntimen eri toimintatiloissa, mikä tarkoittaa myös sitä, että myös tahdistetun tasasuuntauksen SSR:n ohjaustavat ovat erilaisia.

Jos kuollut aika jätetään huomioimatta jatkuvassa CCM-tilassa työskenneltäessä, synkronisen tasasuuntauksen SSR:llä on kaksi tilaa:

①. Ensiöpuolen (ensisijainen) suurjännite-MOSFET on kytketty päälle ja toisiopuolen (toissijainen) synkroninen tasasuuntaus-MOSFET on kytketty pois päältä;

②. Ensiöpuolen (ensisijainen) suurjännite-MOSFET on kytketty pois päältä ja toisiopuolen (toissijainen) synkroninen tasasuuntaus-MOSFET on kytketty päälle.

Vastaavasti, jos kuollut aika jätetään huomiotta, synkronisen tasasuuntauksen SSR:llä on kolme tilaa, kun se toimii epäjatkuvassa DCM-tilassa:

①. Ensiöpuolen (ensisijainen) suurjännite-MOSFET on kytketty päälle ja toisiopuolen (toissijainen) synkroninen tasasuuntaus-MOSFET on kytketty pois päältä;

②. Ensiöpuolen (ensisijainen) suurjännite-MOSFET on kytketty pois päältä ja toisiopuolen (toissijainen) synkroninen tasasuuntaus-MOSFET on kytketty päälle;

③. Ensiöpuolen (ensisijainen) suurjännite-MOSFET on kytketty pois päältä ja toisiopuolen (toissijainen) synkroninen tasasuuntaus-MOSFET on kytketty pois päältä.

5. Toissijaisen puolen (toissijainen) synkroninen tasasuuntauksen SSR jatkuvassa CCM-tilassa

Jos pikalatausflyback-muunnin toimii jatkuvassa CCM-tilassa, ensisijaisen puolen (ensisijainen) ohjausmenetelmä, toissijaisen puolen (toissijainen) synkroninen tasasuuntaus-MOSFET vaatii synkronointisignaalin ensisijaiselta puolelta (ensisijainen) sammutuksen ohjaamiseksi.

Seuraavia kahta menetelmää käytetään yleensä toissijaisen puolen (toissijaisen) synkronisen ohjaussignaalin saamiseksi:

(1) Käytä suoraan toisiokäämiä, kuten kuvassa 10 on esitetty;

(2) Käytä lisäeristyskomponentteja, kuten pulssimuuntajia, lähettääksesi synkronisen käyttösignaalin ensiöpuolelta (ensisijainen) toisiopuolelle (toissijainen), kuten kuvassa 12 on esitetty.

Käyttämällä toisiokäämiä (toisio) suoraan synkronisen käyttösignaalin saamiseksi, tahdistussignaalin tarkkuutta on erittäin vaikea hallita, ja optimoitua tehokkuutta ja luotettavuutta on vaikea saavuttaa. Jotkut yritykset jopa käyttävät digitaalisia ohjaimia parantaakseen ohjaustarkkuutta, kuten kuvassa 11 näkyy.

Pulssimuuntajan käyttäminen synkronisten ajosignaalien saamiseksi on erittäin tarkkaa, mutta hinta on suhteellisen korkea.

Toisiopuolen (toissijainen) ohjausmenetelmä käyttää yleensä pulssimuuntajaa tai magneettista kytkentämenetelmää synkronoidun ohjaussignaalin lähettämiseksi toisiopuolelta (toissijainen) ensiöpuolelle (ensisijainen), kuten kuvassa 7.v.

Käytä suoraan toisiokäämiä synkronisen käyttösignaalin saamiseksi

Käytä suoraan toisiokäämiä (toisio) saadaksesi synkronisen käyttösignaalin + digitaalisen ohjauksen

6. Toissijaisen puolen (toissijainen) synkroninen tasasuuntauksen SSR epäjatkuvassa DCM-tilassa

Jos pikalatauksen flyback-muunnin toimii epäjatkuvassa DCM-tilassa. Riippumatta ensiöpuolen (ensisijainen) ohjausmenetelmästä tai toisiopuolen (toisio) ohjausmenetelmästä, synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin D- ja S-jännitehäviöt voidaan havaita ja ohjata suoraan.

(1) Synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin kytkeminen päälle

Kun synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin VDS:n jännite muuttuu positiivisesta negatiiviseksi, sisäinen loisdiodi kytkeytyy päälle ja tietyn viiveen jälkeen synkronisen tasasuuntauksen MOSFET kytkeytyy päälle kuvan 13 mukaisesti.

(2) Synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin kytkeminen pois päältä

Kun synkroninen tasasuuntaus MOSFET on kytketty päälle, VDS=-Io*Rdson. Kun toisiokäämin (toisio) käämin virta laskee nollaan, eli kun virrantunnistussignaalin VDS jännite muuttuu negatiivisesta nollaan, synkroninen tasasuuntaus MOSFET sammuu, kuten kuvassa 13 näkyy.

Synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin kytkeminen päälle ja pois päältä epäjatkuvassa DCM-tilassa

Käytännön sovelluksissa synkroninen tasasuuntaus MOSFET sammuu ennen kuin toisiokäämin virta saavuttaa 0:n (VDS=0). Eri sirujen asettamat virrantunnistuksen referenssijännitearvot ovat erilaisia, kuten -20mV, -50mV, -100mV, -200mV jne.

Järjestelmän virrantunnistuksen referenssijännite on kiinteä. Mitä suurempi virrantunnistuksen referenssijännitteen itseisarvo on, sitä pienempi on häiriövirhe ja sitä parempi tarkkuus. Kuitenkin, kun lähtökuormavirta Io pienenee, synkroninen tasasuuntaus-MOSFET sammuu suuremmalla lähtövirralla ja sen sisäinen loisdiodi johtaa pidempään, jolloin hyötysuhde pienenee, kuten kuvassa 14 näkyy.

Virrantunnistuksen referenssijännite ja synkronisen tasasuuntauksen MOSFET-sammutusaika

Lisäksi jos virrantunnistuksen referenssijännitteen itseisarvo on liian pieni. Järjestelmävirheet ja häiriöt voivat saada synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin sammumaan, kun toisiokäämin virta ylittää 0:n, mikä johtaa käänteiseen tulovirtaan, mikä vaikuttaa tehokkuuteen ja järjestelmän luotettavuuteen.

Erittäin tarkat virrantunnistussignaalit voivat parantaa järjestelmän tehokkuutta ja luotettavuutta, mutta laitteen hinta nousee. Nykyisen tunnistussignaalin tarkkuus liittyy seuraaviin tekijöihin:
①. Virrantunnistuksen vertailujännitteen tarkkuus ja lämpötilapoikkeama;
②. Virtavahvistimen bias- ja offset-jännite, bias-virta ja offset-virta sekä lämpötilapoikkeama;
③. Synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin jännitteen Rdsonin tarkkuus ja lämpötilapoikkeama.

Lisäksi järjestelmän näkökulmasta sitä voidaan parantaa digitaalisella ohjauksella, vaihtamalla virrantunnistuksen referenssijännitettä ja muuttamalla synkronisen tasasuuntauksen MOSFET-käyttöjännitettä.

Kun lähtökuormitusvirta Io pienenee, jos teho-MOSFETin käyttöjännite pienenee, vastaava MOSFET-päällekytkentäjännite Rdson kasvaa. Kuten kuvasta 15 näkyy, on mahdollista välttää synkronisen tasasuuntaus-MOSFETin varhainen sammutus, lyhentää parasiittisen diodin johtamisaikaa ja parantaa järjestelmän tehokkuutta.

Ajojännitteen VGS alentaminen ja synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin sammuttaminen

Kuvasta 14 voidaan nähdä, että kun lähtökuormitusvirta Io pienenee, myös virranilmaisun referenssijännite pienenee. Tällä tavalla, kun lähtövirta Io on suuri, käytetään suurempaa virrantunnistuksen referenssijännitettä ohjaustarkkuuden parantamiseksi; kun lähtövirta Io on pieni, käytetään pienempää virrantunnistuksen referenssijännitettä. Se voi myös parantaa synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin johtamisaikaa ja parantaa järjestelmän tehokkuutta.

Kun yllä olevaa menetelmää ei voida käyttää parantamiseen, voidaan myös Schottky-diodit kytkeä rinnan synkronisen tasasuuntaus-MOSFETin molempiin päihin. Kun synkronisen tasasuuntauksen MOSFET on kytketty pois päältä etukäteen, ulkoinen Schottky-diodi voidaan kytkeä vapaakäyntiä varten.

7. Toissijainen (toissijainen) ohjaus CCM+DCM hybriditila

Tällä hetkellä matkapuhelimen pikalataukseen on periaatteessa kaksi yleisesti käytettyä ratkaisua:

(1) Ensisijaisen puolen (ensisijainen) ohjaus ja DCM-työtila. Toissijaisen puolen (toissijainen) synkroninen tasasuuntaus MOSFET ei vaadi synkronointisignaalia.

(2) Toissijainen (toissijainen) ohjaus, CCM+DCM sekakäyttötila (kun lähtökuormitusvirta pienenee, CCM:stä DCM:ksi). Toissijaisen puolen (toissijainen) synkroninen tasasuuntaus-MOSFET on suoraan ohjattu, ja sen päälle- ja poiskytkentälogiikkaperiaatteet on esitetty kuvassa 16:

Synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin kytkeminen päälle: Kun synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin VDS:n jännite muuttuu positiivisesta negatiiviseksi, sen sisäinen loisdiodi kytkeytyy päälle. Tietyn viiveen jälkeen synkroninen tasasuuntaus MOSFET kytkeytyy päälle.

Synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin kytkeminen pois päältä:

① Kun lähtöjännite on pienempi kuin asetettu arvo, synkronista kellosignaalia käytetään ohjaamaan MOSFETin sammuttamista ja työtä CCM-tilassa.

② Kun lähtöjännite on suurempi kuin asetettu arvo, synkroninen kellosignaali on suojattu ja työtapa on sama kuin DCM-tilassa. VDS=-Io*Rdson-signaali ohjaa synkronisen tasasuuntauksen MOSFETin sammuttamista.

Toissijainen puoli (toissijainen) ohjaa synkronista tasasuuntausta MOSFET-sammutusta

Nyt kaikki tietävät, mikä rooli MOSFETilla on koko pikalatauksen laadunvarmistusprosessissa!

Tietoja Olukeysta

Olukeyn ydintiimi on keskittynyt komponentteihin 20 vuoden ajan, ja sen pääkonttori on Shenzhenissä. Päätoimiala: MOSFET, MCU, IGBT ja muut laitteet. Pääagenttituotteet ovat WINSOK ja Cmsemicon. Tuotteita käytetään laajalti sotateollisuudessa, teollisuuden ohjauksessa, uudessa energiassa, lääketieteellisissä tuotteissa, 5G:ssä, esineiden Internetissä, älykodeissa ja erilaisissa kulutuselektroniikkatuotteissa. Luotamme alkuperäisen maailmanlaajuisen yleisen edustajan etuihin perustuen Kiinan markkinoille. Kattavien edullisten palveluidemme avulla esittelemme asiakkaillemme erilaisia edistyksellisiä korkean teknologian elektroniikkakomponentteja, autamme valmistajia korkealaatuisten tuotteiden valmistamisessa ja tarjoamme kokonaisvaltaisia palveluita.