Olukey: Beszéljünk a MOSFET szerepéről a gyorstöltés alapvető architektúrájában

Az alapvető tápegység szerkezetegyors töltésA QC flyback + másodlagos oldali (másodlagos) szinkron egyenirányító SSR-t használ. A flyback konvertereknél a visszacsatolásos mintavételezési módszer szerint felosztható: elsődleges oldali (elsődleges) szabályozásra és másodlagos oldali (szekunder) szabályozásra; a PWM vezérlő helye szerint. Felosztható: elsődleges oldali (elsődleges) vezérlésre és másodlagos oldali (másodlagos) vezérlésre. Úgy tűnik, ennek semmi köze a MOSFET-hez. Így,Olukeymeg kell kérdeznie: Hol van elrejtve a MOSFET? Milyen szerepet játszott?

1. Elsődleges oldali (elsődleges) és másodlagos oldali (másodlagos) beállítás

A kimeneti feszültség stabilitása érdekében egy visszacsatoló kapcsolatra van szükség, amely elküldi a változó információit a PWM fővezérlőnek, hogy beállítsa a bemeneti feszültség és a kimeneti terhelés változásait. A különböző visszacsatolásos mintavételi módszerek szerint elsődleges oldali (elsődleges) és másodlagos (másodlagos) beállításra osztható, amint az 1. és 2. ábrán látható.

Másodlagos oldali (másodlagos) dióda egyenirányítás

Az SSR szinkron egyenirányító MOSFET alul van elhelyezve

A primer oldali (primer) szabályozás visszacsatoló jelét nem közvetlenül a kimeneti feszültségről veszik, hanem a segédtekercsről vagy a primer primer tekercsről, amely bizonyos arányos kapcsolatot tart fenn a kimeneti feszültséggel. Jellemzői a következők:

① Közvetett visszacsatolási módszer, rossz terhelésszabályozási sebesség és gyenge pontosság;

②. Egyszerű és alacsony költség;

③. Nincs szükség szigetelő optocsatolóra.

A szekunder oldali (másodlagos) szabályozás visszacsatoló jelét közvetlenül a kimeneti feszültségről veszi egy optocsatoló és a TL431 segítségével. Jellemzői a következők:

① Közvetlen visszacsatolási módszer, jó terhelésszabályozási sebesség, lineáris szabályozási sebesség és nagy pontosság;

②. A beállító áramkör bonyolult és költséges;

③. El kell szigetelni az optocsatolót, amelynek idővel öregedési problémái vannak.

2. Másodlagos oldali (szekunder) dióda egyenirányító ésMOSFETszinkron egyenirányító SSR

A flyback konverter szekunder oldala (szekunder) általában dióda egyenirányítást használ a gyorstöltés nagy kimeneti árama miatt. Különösen közvetlen töltés vagy vaku töltés esetén a kimeneti áram eléri az 5 A-t. A hatékonyság javítása érdekében a dióda helyett MOSFET-et használnak egyenirányítóként, amelyet másodlagos (szekunder) szinkron egyenirányító SSR-nek neveznek, a 3. és 4. ábrán látható módon.

Másodlagos oldali (szekunder) MOSFET szinkron egyenirányítás

A szekunder oldali (másodlagos) dióda egyenirányítás jellemzői:

①. Egyszerű, nincs szükség további meghajtóvezérlőre, és a költségek alacsonyak;

② Ha a kimeneti áram nagy, a hatékonyság alacsony;

③. Magas megbízhatóság.

A másodlagos oldali (másodlagos) MOSFET szinkron egyenirányítás jellemzői:

①. Összetett, további hajtásvezérlőt és magas költségeket igényel;

②. Ha a kimeneti áram nagy, a hatásfok magas;

③. A diódákkal összehasonlítva megbízhatóságuk alacsony.

A gyakorlati alkalmazásokban a szinkron egyenirányító SSR MOSFET-jét általában a csúcsról az alsó végpontra mozgatják a vezetés megkönnyítése érdekében, amint az 5. ábrán látható.

A szinkron egyenirányító SSR csúcskategóriás MOSFET jellemzői:

①. Bootstrap meghajtót vagy lebegő meghajtót igényel, ami költséges;

②. Jó EMI.

Az alsó végen elhelyezett szinkron egyenirányító SSR MOSFET jellemzői:

① Közvetlen hajtás, egyszerű meghajtás és alacsony költség;

②. Szegény EMI.

3. Elsődleges oldali (elsődleges) és másodlagos oldali (másodlagos) vezérlés

A PWM fővezérlő az elsődleges oldalon (elsődleges) található. Ezt a struktúrát elsődleges oldali (elsődleges) vezérlésnek nevezzük. A kimeneti feszültség, a terhelésszabályozási sebesség és a lineáris szabályozási sebesség pontosságának javítása érdekében az elsődleges oldali (elsődleges) vezérléshez külső optocsatolóra és TL431-re van szükség, hogy visszacsatoló kapcsolatot hozzon létre. A rendszer sávszélessége kicsi, a válaszsebesség pedig lassú.

Ha a PWM fővezérlőt a szekunder oldalra (másodlagos) helyezzük, az optocsatoló és a TL431 eltávolítható, és a kimeneti feszültség közvetlenül vezérelhető és gyors reagálással állítható. Ezt a struktúrát másodlagos (másodlagos) vezérlésnek nevezzük.

Az elsődleges oldali (elsődleges) vezérlés jellemzői:

①. Optocsatoló és TL431 szükséges, és a válaszsebesség lassú;

②. A kimeneti védelem sebessége lassú.

③. Szinkron egyenirányító folyamatos üzemmódban a szekunder oldal (másodlagos) szinkronizáló jelet igényel.

A másodlagos (másodlagos) vezérlés jellemzői:

①. A kimenet közvetlenül észlelhető, nincs szükség optocsatolóra és TL431-re, a válaszsebesség gyors, a kimeneti védelmi sebesség pedig gyors;

②. A másodlagos oldali (másodlagos) szinkron egyenirányító MOSFET közvetlenül meghajtású, szinkronizáló jelek nélkül; a primer oldali (primer) nagyfeszültségű MOSFET meghajtó jeleinek továbbításához további eszközökre van szükség, mint például impulzustranszformátorok, mágneses csatolók vagy kapacitív csatolók.

③. Az elsődleges oldalon (elsődleges) indítóáramkörre van szükség, vagy a szekunder oldalon (szekunder) van egy segédtáp az indításhoz.

4. Folyamatos CCM mód vagy nem folyamatos DCM mód

A flyback konverter működhet folyamatos CCM módban vagy nem folyamatos DCM módban. Ha a szekunder (másodlagos) tekercs árama egy kapcsolási ciklus végén eléri a 0 értéket, akkor ezt nem folytonos DCM üzemmódnak nevezzük. Ha a szekunder (másodlagos) tekercs árama egy kapcsolási ciklus végén nem 0, azt folyamatos CCM üzemmódnak nevezzük, ahogy az a 8. és 9. ábrán látható.

A 8. és 9. ábrán látható, hogy a szinkron egyenirányító SSR üzemállapotai a flyback konverter különböző üzemmódjaiban eltérőek, ami egyben azt is jelenti, hogy a szinkron egyenirányító SSR vezérlési módjai is eltérőek lesznek.

Ha a holtidőt figyelmen kívül hagyjuk, folyamatos CCM üzemmódban a szinkron egyenirányító SSR-nek két állapota van:

①. Az elsődleges oldali (elsődleges) nagyfeszültségű MOSFET be van kapcsolva, és a szekunder oldali (másodlagos) szinkron egyenirányító MOSFET ki van kapcsolva;

②. Az elsődleges oldali (elsődleges) nagyfeszültségű MOSFET ki van kapcsolva, és a szekunder oldali (másodlagos) szinkron egyenirányító MOSFET be van kapcsolva.

Hasonlóképpen, ha a holtidőt figyelmen kívül hagyjuk, a szinkron egyenirányító SSR-nek három állapota van, amikor nem folytonos DCM módban működik:

①. Az elsődleges oldali (elsődleges) nagyfeszültségű MOSFET be van kapcsolva, és a szekunder oldali (másodlagos) szinkron egyenirányító MOSFET ki van kapcsolva;

②. Az elsődleges oldali (elsődleges) nagyfeszültségű MOSFET ki van kapcsolva, és a szekunder oldali (másodlagos) szinkron egyenirányító MOSFET be van kapcsolva;

③. Az elsődleges oldali (elsődleges) nagyfeszültségű MOSFET ki van kapcsolva, és a szekunder oldali (másodlagos) szinkron egyenirányító MOSFET ki van kapcsolva.

5. Másodlagos (másodlagos) szinkron egyenirányító SSR folyamatos CCM üzemmódban

Ha a gyorstöltésű flyback konverter folyamatos CCM üzemmódban működik, az elsődleges oldali (elsődleges) vezérlési mód, a szekunder oldali (másodlagos) szinkron egyenirányító MOSFET szinkronizációs jelet igényel az elsődleges oldalról (elsődleges) a leállás vezérléséhez.

A szekunder oldal (másodlagos) szinkron meghajtó jelének beszerzésére általában a következő két módszert alkalmazzák:

(1) Közvetlenül használja a szekunder (másodlagos) tekercset, a 10. ábrán látható módon;

(2) Használjon további leválasztó alkatrészeket, például impulzustranszformátorokat a szinkron meghajtó jelének az elsődleges (elsődleges) oldalról a szekunder oldalra (másodlagos) továbbítására, a 12. ábrán látható módon.

Közvetlenül a másodlagos (másodlagos) tekercs segítségével a szinkron hajtójel beszerzésére a szinkron meghajtó jel pontossága nagyon nehezen szabályozható, és nehéz elérni az optimalizált hatékonyságot és megbízhatóságot. Egyes vállalatok még digitális vezérlőket is használnak a vezérlés pontosságának javítására, amint azt a 11. ábra mutatja.

Az impulzustranszformátor használata a szinkron meghajtó jelek előállítására nagy pontosságú, de a költségek viszonylag magasak.

A szekunder oldali (másodlagos) vezérlési módszer általában impulzustranszformátort vagy mágneses csatolási módszert használ a szinkron meghajtó jel szekunder oldalról (másodlagos) az elsődleges oldalra (elsődleges) történő továbbítására, amint az a 7.v ábrán látható.

Közvetlenül használja a másodlagos (másodlagos) tekercset a szinkron meghajtó jelhez

Közvetlenül használja a szekunder (másodlagos) tekercset a szinkron meghajtó jel + digitális vezérlés beszerzéséhez

6. Másodlagos (másodlagos) szinkron egyenirányító SSR nem folytonos DCM módban

Ha a gyorstöltésű flyback konverter nem folyamatos DCM módban működik. Függetlenül a primer oldali (elsődleges) vagy a szekunder oldali (szekunder) vezérlési módtól, a szinkron egyenirányító MOSFET D és S feszültségesése közvetlenül érzékelhető és szabályozható.

(1) A szinkron egyenirányító MOSFET bekapcsolása

Amikor a szinkron egyenirányító MOSFET VDS feszültsége pozitívról negatívra változik, a belső parazita dióda bekapcsol, majd bizonyos késleltetés után bekapcsol a szinkron egyenirányító MOSFET, amint az a 13. ábrán látható.

(2) A szinkron egyenirányító MOSFET kikapcsolása

A szinkron egyenirányító MOSFET bekapcsolása után VDS=-Io*Rdson. Amikor a szekunder (szekunder) tekercs árama 0-ra csökken, vagyis amikor a VDS áramérzékelő jel feszültsége negatívról 0-ra változik, a szinkron egyenirányító MOSFET kikapcsol, ahogy az a 13. ábrán látható.

A szinkron egyenirányító MOSFET be- és kikapcsolása nem folyamatos DCM módban

A gyakorlati alkalmazásokban a szinkron egyenirányító MOSFET kikapcsol, mielőtt a szekunder (szekunder) tekercs áram eléri a 0-t (VDS=0). A különböző chipek által beállított áramérzékelési referenciafeszültség értékek eltérőek, például -20mV, -50mV, -100mV, -200mV stb.

A rendszer áramérzékelési referenciafeszültsége rögzített. Minél nagyobb az áramérzékelési referenciafeszültség abszolút értéke, annál kisebb az interferencia hiba és annál jobb a pontosság. Ha azonban az Io kimeneti terhelési áram csökken, a szinkron egyenirányító MOSFET nagyobb kimeneti áram mellett kikapcsol, és a belső parazita diódája hosszabb ideig vezet, így a hatásfok csökken, ahogy az a 14. ábrán látható.

Áramérzékelő referenciafeszültség és szinkron egyenirányító MOSFET kikapcsolási idő

Ezenkívül, ha az áramérzékelési referenciafeszültség abszolút értéke túl kicsi. A rendszerhibák és interferencia a szinkron egyenirányító MOSFET kikapcsolását okozhatja, miután a szekunder (szekunder) tekercs árama meghaladja a 0 értéket, ami fordított bemeneti áramot eredményez, ami befolyásolja a hatékonyságot és a rendszer megbízhatóságát.

A nagy pontosságú áramérzékelő jelek javíthatják a rendszer hatékonyságát és megbízhatóságát, de az eszköz költsége növekedni fog. Az aktuális érzékelési jel pontossága a következő tényezőktől függ:
①. Az áramérzékelés referenciafeszültségének pontossága és hőmérséklet-eltolódása;
②. Az áramerősítő előfeszítő feszültsége és eltolási feszültsége, előfeszítő árama és eltolási árama, valamint hőmérséklet-drift;
③. A szinkron egyenirányító MOSFET feszültség alatti Rdson pontossága és hőmérséklet-driftje.

Ezenkívül a rendszer szempontjából digitális vezérléssel, az áramérzékelési referenciafeszültség változtatásával és a szinkron egyenirányító MOSFET hajtási feszültségének változtatásával javítható.

Amikor az Io kimeneti terhelési áram csökken, ha a teljesítmény MOSFET hajtófeszültsége csökken, a megfelelő MOSFET Rdson bekapcsolási feszültség nő. A 15. ábrán látható módon elkerülhető a szinkron egyenirányító MOSFET korai leállítása, csökkenthető a parazita dióda vezetési ideje, és javítható a rendszer hatékonysága.

A VGS hajtási feszültség csökkentése és a szinkron egyenirányító MOSFET kikapcsolása

A 14. ábrán látható, hogy amikor az Io kimeneti terhelési áram csökken, az áramérzékelés referenciafeszültsége is csökken. Ily módon, ha az Io kimeneti áram nagy, nagyobb áramérzékelési referenciafeszültséget használnak a vezérlés pontosságának javítására; Ha az Io kimeneti áram alacsony, alacsonyabb áramérzékelési referenciafeszültséget használnak. Ezenkívül javíthatja a szinkron egyenirányító MOSFET vezetési idejét és javíthatja a rendszer hatékonyságát.

Ha a fenti módszer nem használható javításra, a Schottky-diódák párhuzamosan is csatlakoztathatók a szinkron egyenirányító MOSFET mindkét végén. A szinkron egyenirányító MOSFET előzetes kikapcsolása után egy külső Schottky-dióda csatlakoztatható a szabadonfutáshoz.

7. Másodlagos (másodlagos) vezérlés CCM+DCM hibrid üzemmód

Jelenleg alapvetően két általánosan használt megoldás létezik a mobiltelefonok gyorstöltésére:

(1) Elsődleges oldali (elsődleges) vezérlés és DCM üzemmód. Másodlagos oldali (másodlagos) szinkron egyenirányító MOSFET nem igényel szinkronjelet.

(2) Másodlagos (másodlagos) vezérlés, CCM+DCM vegyes üzemmód (ha a kimeneti terhelési áram csökken, CCM-ről DCM-re). A másodlagos oldali (másodlagos) szinkron egyenirányító MOSFET közvetlenül vezérelt, be- és kikapcsolási logikai elvei a 16. ábrán láthatók:

A szinkron egyenirányító MOSFET bekapcsolása: Amikor a szinkron egyenirányító MOSFET VDS feszültsége pozitívról negatívra változik, a belső parazita diódája bekapcsol. Bizonyos késleltetés után a szinkron egyenirányító MOSFET bekapcsol.

A szinkron egyenirányító MOSFET kikapcsolása:

① Ha a kimeneti feszültség kisebb, mint a beállított érték, a szinkron órajel a MOSFET kikapcsolásának vezérlésére és CCM módban történő működésre szolgál.

② Ha a kimeneti feszültség nagyobb, mint a beállított érték, a szinkron órajel le van árnyékolva, és a munkamódszer megegyezik a DCM móddal. A VDS=-Io*Rdson jel vezérli a szinkron egyenirányító MOSFET leállítását.

A másodlagos oldal (másodlagos) vezérli a szinkron egyenirányító MOSFET kikapcsolását

Most már mindenki tudja, milyen szerepet játszik a MOSFET a teljes gyorstöltési minőségellenőrzésben!

Olukey-ról

Az Olukey törzscsapata 20 éve az alkatrészekre összpontosít, és Sencsenben van a központja. Fő tevékenység: MOSFET, MCU, IGBT és egyéb eszközök. A fő ügynöki termékek a WINSOK és a Cmsemicon. A termékeket széles körben használják a hadiiparban, az ipari vezérlésben, az új energiákban, az orvosi termékekben, az 5G-ben, a tárgyak internetes hálózatában, az intelligens otthonokban és különféle fogyasztói elektronikai termékekben. Az eredeti globális általános ügynök előnyeire támaszkodva a kínai piacra támaszkodunk. Átfogó előnyös szolgáltatásainkat arra használjuk, hogy ügyfeleinknek megismertessük a különböző fejlett high-tech elektronikai alkatrészeket, segítsük a gyártókat a minőségi termékek előállításában, és átfogó szolgáltatásokat nyújtsunk.