Olukey: Mari kita bincangkan tentang peranan MOSFET dalam seni bina asas pengecasan pantas

Struktur bekalan kuasa asas bagipengecasan pantasQC menggunakan flyback + sisi sekunder (sekunder) pembetulan segerak SSR. Bagi penukar flyback, mengikut kaedah pensampelan maklum balas, ia boleh dibahagikan kepada: peraturan sisi primer (utama) dan peraturan sisi sekunder (sekunder); mengikut lokasi pengawal PWM. Ia boleh dibahagikan kepada: kawalan sisi primer (utama) dan kawalan sisi sekunder (sekunder). Nampaknya tiada kena mengena dengan MOSFET. Jadi,Olukeyperlu bertanya: Di manakah MOSFET disembunyikan? Apakah peranan yang dimainkannya?

1. Pelarasan sisi primer (utama) dan pelarasan sisi sekunder (sekunder).

Kestabilan voltan keluaran memerlukan pautan maklum balas untuk menghantar maklumat perubahannya kepada pengawal utama PWM untuk melaraskan perubahan dalam voltan masukan dan beban keluaran. Mengikut kaedah pensampelan maklum balas yang berbeza, ia boleh dibahagikan kepada pelarasan sisi primer (utama) dan pelarasan sisi sekunder (sekunder), seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1 dan 2.

Pembetulan diod sisi sekunder (sekunder).

MOSFET pembetulan segerak SSR diletakkan di bahagian bawah

Isyarat maklum balas peraturan sisi primer (utama) tidak diambil secara langsung daripada voltan keluaran, tetapi daripada belitan tambahan atau belitan primer utama yang mengekalkan hubungan berkadar tertentu dengan voltan keluaran. Ciri-cirinya ialah:

① Kaedah maklum balas tidak langsung, kadar peraturan beban yang lemah dan ketepatan yang lemah;

②. Mudah dan kos rendah;

③. Tidak perlu pengasingan optocoupler.

Isyarat maklum balas untuk peraturan sisi sekunder (sekunder) diambil terus daripada voltan keluaran menggunakan optocoupler dan TL431. Ciri-cirinya ialah:

① Kaedah maklum balas langsung, kadar peraturan beban yang baik, kadar peraturan linear, dan ketepatan tinggi;

②. Litar pelarasan adalah kompleks dan mahal;

③. Ia adalah perlu untuk mengasingkan optocoupler, yang mempunyai masalah penuaan dari semasa ke semasa.

2. Pembetulan diod sisi sekunder (sekunder) danMOSFETSSR pembetulan segerak

Bahagian sekunder (sekunder) penukar flyback biasanya menggunakan pembetulan diod kerana arus keluaran yang besar pengecasan pantas. Terutama untuk pengecasan terus atau pengecasan kilat, arus keluaran adalah setinggi 5A. Untuk meningkatkan kecekapan, MOSFET digunakan sebagai ganti diod sebagai penerus, yang dipanggil SSR pembetulan segerak sekunder (sekunder), seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3 dan 4.

Pembetulan segerak MOSFET sisi sekunder (sekunder).

Ciri-ciri pembetulan diod sisi sekunder (sekunder):

①. Mudah, tiada pengawal pemacu tambahan diperlukan, dan kosnya rendah;

② Apabila arus keluaran besar, kecekapan adalah rendah;

③. Kebolehpercayaan yang tinggi.

Ciri-ciri pembetulan segerak MOSFET sisi sekunder (sekunder):

①. Kompleks, memerlukan pengawal pemacu tambahan dan kos yang tinggi;

②. Apabila arus keluaran besar, kecekapannya tinggi;

③. Berbanding dengan diod, kebolehpercayaan mereka adalah rendah.

Dalam aplikasi praktikal, MOSFET bagi SSR pembetulan segerak biasanya dialihkan dari hujung tinggi ke hujung rendah untuk memudahkan pemanduan, seperti ditunjukkan dalam Rajah 5.

Ciri-ciri MOSFET mewah SSR pembetulan segerak:

①. Ia memerlukan pemacu bootstrap atau pemacu terapung, yang mahal;

②. EMI yang baik.

Ciri-ciri pembetulan segerak SSR MOSFET diletakkan pada hujung rendah:

① Pemanduan terus, pemacu ringkas dan kos rendah;

②. EMI yang lemah.

3. Kawalan sisi primer (utama) dan kawalan sisi sekunder (sekunder).

Pengawal utama PWM diletakkan pada bahagian utama (utama). Struktur ini dipanggil kawalan sisi primer (utama). Untuk meningkatkan ketepatan voltan keluaran, kadar peraturan beban dan kadar peraturan linear, kawalan sisi utama (utama) memerlukan optocoupler luaran dan TL431 untuk membentuk pautan maklum balas. Jalur lebar sistem adalah kecil dan kelajuan tindak balas adalah perlahan.

Jika pengawal utama PWM diletakkan pada bahagian sekunder (sekunder), optocoupler dan TL431 boleh dikeluarkan, dan voltan keluaran boleh dikawal secara langsung dan diselaraskan dengan tindak balas yang cepat. Struktur ini dipanggil kawalan sekunder (sekunder).

Ciri-ciri kawalan sisi primer (utama):

①. Optocoupler dan TL431 diperlukan, dan kelajuan tindak balas adalah perlahan;

②. Kelajuan perlindungan keluaran adalah perlahan.

③. Dalam mod berterusan pembetulan segerak CCM, bahagian kedua (sekunder) memerlukan isyarat penyegerakan.

Ciri-ciri kawalan sekunder (sekunder):

①. Output dikesan secara langsung, tiada optocoupler dan TL431 diperlukan, kelajuan tindak balas adalah pantas, dan kelajuan perlindungan output adalah pantas;

②. Bahagian kedua (sekunder) pembetulan segerak MOSFET didorong terus tanpa memerlukan isyarat penyegerakan; peranti tambahan seperti pengubah nadi, gandingan magnetik atau pengganding kapasitif diperlukan untuk menghantar isyarat pemanduan MOSFET voltan tinggi sisi primer (utama).

③. Sisi primer (utama) memerlukan litar permulaan, atau sisi sekunder (sekunder) mempunyai bekalan kuasa tambahan untuk memulakan.

4. Mod SSM berterusan atau mod DCM terputus

Penukar flyback boleh beroperasi dalam mod CCM berterusan atau mod DCM terputus. Jika arus dalam belitan sekunder (sekunder) mencapai 0 pada penghujung kitaran pensuisan, ia dipanggil mod DCM tak selanjar. Jika arus belitan sekunder (sekunder) bukan 0 pada penghujung kitaran pensuisan, ia dipanggil mod CCM berterusan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8 dan 9.

Ia boleh dilihat daripada Rajah 8 dan Rajah 9 bahawa keadaan kerja SSR pembetulan segerak adalah berbeza dalam mod operasi penukar flyback yang berbeza, yang juga bermakna kaedah kawalan SSR pembetulan segerak juga akan berbeza.

Jika masa mati diabaikan, apabila bekerja dalam mod CCM berterusan, SSR pembetulan segerak mempunyai dua keadaan:

①. MOSFET voltan tinggi sisi primer (utama) dihidupkan, dan MOSFET pembetulan segerak sisi sekunder (sekunder) dimatikan;

②. MOSFET voltan tinggi sisi primer (utama) dimatikan, dan MOSFET pembetulan segerak kedua (sekunder) dihidupkan.

Begitu juga, jika masa mati diabaikan, SSR pembetulan segerak mempunyai tiga keadaan apabila beroperasi dalam mod DCM terputus:

①. MOSFET voltan tinggi sisi primer (utama) dihidupkan, dan MOSFET pembetulan segerak sisi sekunder (sekunder) dimatikan;

②. MOSFET voltan tinggi sisi primer (utama) dimatikan, dan MOSFET pembetulan segerak sisi sekunder (sekunder) dihidupkan;

③. MOSFET voltan tinggi sisi primer (utama) dimatikan, dan MOSFET pembetulan segerak kedua (sekunder) dimatikan.

5. SSR pembetulan segerak sisi sekunder (sekunder) dalam mod CCM berterusan

Jika penukar flyback cas pantas beroperasi dalam mod CCM berterusan, kaedah kawalan bahagian utama (utama), bahagian kedua (sekunder) pembetulan segerak MOSFET memerlukan isyarat penyegerakan dari bahagian utama (utama) untuk mengawal penutupan.

Dua kaedah berikut biasanya digunakan untuk mendapatkan isyarat pemacu segerak bagi bahagian kedua (sekunder):

(1) Gunakan secara langsung belitan sekunder (sekunder), seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10;

(2) Gunakan komponen pengasingan tambahan seperti pengubah nadi untuk menghantar isyarat pemacu segerak dari sisi primer (utama) ke sisi sekunder (sekunder), seperti ditunjukkan dalam Rajah 12.

Secara langsung menggunakan penggulungan sekunder (sekunder) untuk mendapatkan isyarat pemacu segerak, ketepatan isyarat pemacu segerak sangat sukar dikawal, dan sukar untuk mencapai kecekapan dan kebolehpercayaan yang dioptimumkan. Sesetengah syarikat juga menggunakan pengawal digital untuk meningkatkan ketepatan kawalan, seperti ditunjukkan dalam Rajah 11 Papar.

Menggunakan pengubah nadi untuk mendapatkan isyarat pemanduan segerak mempunyai ketepatan yang tinggi, tetapi kosnya agak tinggi.

Kaedah kawalan sisi sekunder (sekunder) biasanya menggunakan pengubah nadi atau kaedah gandingan magnet untuk menghantar isyarat pemacu segerak dari sisi sekunder (sekunder) ke sisi primer (utama), seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7.v

Gunakan secara langsung belitan sekunder (sekunder) untuk mendapatkan isyarat pemacu segerak

Gunakan secara langsung belitan sekunder (sekunder) untuk mendapatkan isyarat pemacu segerak + kawalan digital

6. SSR pembetulan segerak sisi sekunder (sekunder) dalam mod DCM terputus

Jika penukar flyback cas pantas beroperasi dalam mod DCM terputus. Tidak kira kaedah kawalan sisi primer (utama) atau kaedah kawalan sisi sekunder (sekunder), penurunan voltan D dan S MOSFET pembetulan segerak boleh dikesan dan dikawal secara langsung.

(1) Menghidupkan MOSFET pembetulan segerak

Apabila voltan VDS MOSFET pembetulan segerak berubah daripada positif kepada negatif, diod parasit dalaman dihidupkan, dan selepas kelewatan tertentu, MOSFET pembetulan segerak dihidupkan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 13.

(2) Mematikan MOSFET pembetulan segerak

Selepas MOSFET pembetulan segerak dihidupkan, VDS=-Io*Rdson. Apabila arus belitan sekunder (sekunder) berkurangan kepada 0, iaitu, apabila voltan isyarat pengesanan semasa VDS berubah daripada negatif kepada 0, MOSFET pembetulan segerak dimatikan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 13.

Menghidupkan dan mematikan MOSFET pembetulan segerak dalam mod DCM terputus

Dalam aplikasi praktikal, MOSFET pembetulan segerak dimatikan sebelum arus belitan sekunder (sekunder) mencapai 0 (VDS=0). Nilai voltan rujukan pengesanan semasa yang ditetapkan oleh cip berbeza adalah berbeza, seperti -20mV, -50mV, -100mV, -200mV, dsb.

Voltan rujukan pengesanan semasa sistem ditetapkan. Semakin besar nilai mutlak voltan rujukan pengesanan semasa, semakin kecil ralat gangguan dan semakin baik ketepatannya. Walau bagaimanapun, apabila arus beban keluaran Io berkurangan, MOSFET pembetulan segerak akan dimatikan pada arus keluaran yang lebih besar, dan diod parasit dalamannya akan mengalir untuk masa yang lebih lama, jadi kecekapan berkurangan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 14.

Voltan rujukan penderiaan semasa dan masa tutup MOSFET pembetulan segerak

Di samping itu, jika nilai mutlak voltan rujukan pengesanan semasa terlalu kecil. Ralat dan gangguan sistem boleh menyebabkan MOSFET pembetulan segerak dimatikan selepas arus belitan sekunder (sekunder) melebihi 0, mengakibatkan arus aliran masuk terbalik, menjejaskan kecekapan dan kebolehpercayaan sistem.

Isyarat pengesanan arus berketepatan tinggi boleh meningkatkan kecekapan dan kebolehpercayaan sistem, tetapi kos peranti akan meningkat. Ketepatan isyarat pengesanan semasa adalah berkaitan dengan faktor berikut:
①. Ketepatan dan hanyut suhu voltan rujukan pengesanan semasa;
②. Voltan pincang dan voltan mengimbangi, arus pincang dan arus mengimbangi, dan hanyut suhu penguat semasa;
③. Ketepatan dan hanyutan suhu Rdson pada voltan MOSFET pembetulan segerak.

Di samping itu, dari perspektif sistem, ia boleh diperbaiki melalui kawalan digital, menukar voltan rujukan pengesanan semasa, dan menukar voltan pemacu MOSFET pembetulan segerak.

Apabila arus beban output Io berkurangan, jika voltan pemacu MOSFET kuasa berkurangan, voltan hidup MOSFET yang sepadan Rdson meningkat. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 15, adalah mungkin untuk mengelakkan penutupan awal MOSFET pembetulan segerak, mengurangkan masa pengaliran diod parasit, dan meningkatkan kecekapan sistem.

Mengurangkan voltan pemacu VGS dan mematikan MOSFET pembetulan segerak

Ia boleh dilihat daripada Rajah 14 bahawa apabila arus beban keluaran Io berkurangan, voltan rujukan pengesanan arus juga berkurangan. Dengan cara ini, apabila arus keluaran Io adalah besar, voltan rujukan pengesanan arus yang lebih tinggi digunakan untuk meningkatkan ketepatan kawalan; apabila arus keluaran Io rendah, voltan rujukan pengesanan arus yang lebih rendah digunakan. Ia juga boleh meningkatkan masa pengaliran MOSFET pembetulan segerak dan meningkatkan kecekapan sistem.

Apabila kaedah di atas tidak boleh digunakan untuk penambahbaikan, diod Schottky juga boleh disambung secara selari pada kedua-dua hujung MOSFET pembetulan segerak. Selepas MOSFET pembetulan segerak dimatikan terlebih dahulu, diod Schottky luaran boleh disambungkan untuk roda bebas.

7. Kawalan sekunder (sekunder) mod hibrid CCM+DCM

Pada masa ini, terdapat dua penyelesaian yang biasa digunakan untuk pengecasan pantas telefon mudah alih:

(1) Kawalan sisi utama (utama) dan mod kerja DCM. Pembetulan segerak sisi kedua (sekunder) MOSFET tidak memerlukan isyarat penyegerakan.

(2) Kawalan sekunder (sekunder), mod operasi bercampur CCM+DCM (apabila arus beban output berkurangan, dari CCM ke DCM). Pembetulan segerak sisi sekunder (sekunder) MOSFET didorong secara langsung, dan prinsip logik hidup dan matikannya ditunjukkan dalam Rajah 16:

Menghidupkan MOSFET pembetulan segerak: Apabila voltan VDS MOSFET pembetulan segerak berubah daripada positif kepada negatif, diod parasit dalamannya dihidupkan. Selepas kelewatan tertentu, MOSFET pembetulan segerak dihidupkan.

Mematikan MOSFET pembetulan segerak:

① Apabila voltan keluaran kurang daripada nilai yang ditetapkan, isyarat jam segerak digunakan untuk mengawal pemadaman MOSFET dan berfungsi dalam mod CCM.

② Apabila voltan keluaran lebih besar daripada nilai yang ditetapkan, isyarat jam segerak dilindungi dan kaedah kerja adalah sama dengan mod DCM. Isyarat VDS=-Io*Rdson mengawal penutupan MOSFET pembetulan segerak.

Bahagian kedua (sekunder) mengawal pembetulan segerak pemadaman MOSFET

Kini, semua orang tahu peranan MOSFET dalam keseluruhan QC pengecasan pantas!

Mengenai Olukey

Pasukan teras Olukey telah memberi tumpuan kepada komponen selama 20 tahun dan beribu pejabat di Shenzhen. Perniagaan utama: MOSFET, MCU, IGBT dan peranti lain. Produk ejen utama ialah WINSOK dan Cmsemicon. Produk digunakan secara meluas dalam industri ketenteraan, kawalan industri, tenaga baharu, produk perubatan, 5G, Internet Perkara, rumah pintar dan pelbagai produk elektronik pengguna. Bergantung pada kelebihan ejen am global asal, kami berdasarkan pasaran China. Kami menggunakan perkhidmatan berfaedah komprehensif kami untuk memperkenalkan pelbagai komponen elektronik berteknologi tinggi termaju kepada pelanggan kami, membantu pengeluar dalam menghasilkan produk berkualiti tinggi dan menyediakan perkhidmatan yang komprehensif.