Den grundläggande strömförsörjningsstrukturen försnabbladdningQC använder flyback + sekundär sida (sekundär) synkron likriktning SSR. För återkopplingsomvandlare, enligt feedback-samplingsmetoden, kan den delas in i: primärsida (primär) reglering och sekundär sida (sekundär) reglering; beroende på platsen för PWM-styrenheten. Den kan delas in i: primärsida (primär) kontroll och sekundär sida (sekundär) kontroll. Det verkar som att det inte har något med MOSFET att göra. Så,Olukeymåste fråga: Var är MOSFET gömd? Vilken roll spelade det?
1. Primärsida (primär) justering och sekundär sida (sekundär) justering
Stabiliteten hos utspänningen kräver en återkopplingslänk för att skicka dess ändringsinformation till PWM-huvudstyrenheten för att justera ändringarna i inspänning och utgångsbelastning. Enligt de olika metoderna för återkopplingssampling kan den delas in i primär (primär) justering och sekundär (sekundär) justering, som visas i figurerna 1 och 2.
Återkopplingssignalen för primär (primär) reglering tas inte direkt från utspänningen, utan från hjälplindningen eller den primära primärlindningen som upprätthåller ett visst proportionellt förhållande till utspänningen. Dess egenskaper är:
① Indirekt återkopplingsmetod, dålig belastningsregleringshastighet och dålig noggrannhet;
②. Enkel och låg kostnad;
③. Inget behov av isoleringsoptokopplare.
Återkopplingssignalen för sekundär (sekundär) reglering tas direkt från utspänningen med hjälp av en optokopplare och TL431. Dess egenskaper är:
① Direktåterkopplingsmetod, bra belastningsregleringshastighet, linjär regleringshastighet och hög precision;
②. Justeringskretsen är komplex och kostsam;
③. Det är nödvändigt att isolera optokopplaren, som har åldringsproblem över tid.
2. Sekundär (sekundär) diodlikriktning ochMOSFETsynkron likriktning SSR
Sekundärsidan (sekundär) av flyback-omvandlaren använder vanligtvis diodlikriktning på grund av den stora utströmmen från snabbladdning. Speciellt för direktladdning eller blixtladdning är utströmmen så hög som 5A. För att förbättra effektiviteten används MOSFET istället för dioden som likriktare, vilket kallas sekundär (sekundär) synkron likriktning SSR, som visas i figurerna 3 och 4.
Egenskaper för sekundär (sekundär) diodlikriktning:
①. Enkelt, ingen extra drivenhet krävs, och kostnaden är låg;
② När utströmmen är stor är effektiviteten låg;
③. Hög tillförlitlighet.
Funktioner för sekundär (sekundär) MOSFET synkron likriktning:
①. Komplext, kräver extra drivkontroll och höga kostnader;
②. När utströmmen är stor är effektiviteten hög;
③. Jämfört med dioder är deras tillförlitlighet låg.
I praktiska tillämpningar flyttas MOSFET för den synkrona likriktaren SSR vanligtvis från den höga delen till den lägre delen för att underlätta körningen, som visas i figur 5.
Egenskaperna för high-end MOSFET för synkron likriktning SSR:
①. Det kräver bootstrap-enhet eller flytande enhet, vilket är kostsamt;
②. Bra EMI.
Egenskaperna för synkron likriktning SSR MOSFET placerad i den nedre delen:
① Direktdrift, enkel körning och låg kostnad;
②. Dålig EMI.
3. Primärsida (primär) kontroll och sekundär sida (sekundär) kontroll
PWM-huvudstyrenheten är placerad på primärsidan (primär). Denna struktur kallas primär (primär) kontroll. För att förbättra noggrannheten hos utspänningen, belastningsregleringshastigheten och linjär regleringshastighet, kräver primärsidans (primär) styrning en extern optokopplare och TL431 för att bilda en återkopplingslänk. Systemets bandbredd är liten och svarshastigheten är långsam.
Om PWM-huvudstyrenheten placeras på sekundärsidan (sekundär) kan optokopplaren och TL431 tas bort, och utspänningen kan direkt styras och justeras med snabb respons. Denna struktur kallas sekundär (sekundär) kontroll.
Funktioner för primär (primär) kontroll:
①. Optokopplare och TL431 krävs, och svarshastigheten är långsam;
②. Utgångsskyddets hastighet är långsam.
③. I synkron likriktning kontinuerligt läge CCM, kräver sekundärsidan (sekundär) en synkroniseringssignal.
Funktioner för sekundär (sekundär) kontroll:
①. Utgången detekteras direkt, ingen optokopplare och TL431 behövs, svarshastigheten är snabb och utgångsskyddshastigheten är snabb;
②. Den sekundära (sekundära) synkrona likriktaren MOSFET drivs direkt utan behov av synkroniseringssignaler; ytterligare enheter såsom pulstransformatorer, magnetiska kopplingar eller kapacitiva kopplare krävs för att överföra drivsignalerna från primärsidans (primära) högspännings-MOSFET.
③. Primärsidan (primär) behöver en startkrets, eller sekundärsidan (sekundär) har en extra strömförsörjning för start.
4. Kontinuerligt CCM-läge eller diskontinuerligt DCM-läge
Flyback-omvandlaren kan arbeta i kontinuerligt CCM-läge eller diskontinuerligt DCM-läge. Om strömmen i den sekundära (sekundära) lindningen når 0 i slutet av en kopplingscykel kallas det för diskontinuerligt DCM-läge. Om strömmen för den sekundära (sekundära) lindningen inte är 0 i slutet av en växlingscykel, kallas det kontinuerligt CCM-läge, som visas i figurerna 8 och 9.
Det framgår av figur 8 och figur 9 att arbetstillstånden för den synkrona likriktaren SSR är olika i olika driftlägen för återgångsomvandlaren, vilket också betyder att styrmetoderna för den synkrona likriktaren SSR också kommer att vara olika.
Om dödtiden ignoreras, när man arbetar i kontinuerligt CCM-läge, har den synkrona korrigerings-SSR två tillstånd:
①. Den primära sidans (primära) högspännings-MOSFET är påslagen, och den sekundära sidans (sekundära) synkrona likriktnings-MOSFET är avstängd;
②. Den primära sidans (primära) högspännings-MOSFET är avstängd och den sekundära sidans (sekundära) synkrona likriktnings-MOSFET är påslagen.
På liknande sätt, om dödtiden ignoreras, har SSR för synkron likriktning tre tillstånd när den arbetar i diskontinuerligt DCM-läge:
①. Den primära sidans (primära) högspännings-MOSFET är påslagen, och den sekundära sidans (sekundära) synkrona likriktnings-MOSFET är avstängd;
②. Den primära sidans (primära) högspännings-MOSFET är avstängd, och den sekundära sidans (sekundära) synkrona likriktnings-MOSFET är påslagen;
③. Primärsidan (primär) högspännings-MOSFET är avstängd, och sekundärsidan (sekundär) synkron likriktnings-MOSFET är avstängd.
5. Sekundär (sekundär) synkron likriktning SSR i kontinuerligt CCM-läge
Om den snabbladdade återgångsomvandlaren arbetar i det kontinuerliga CCM-läget, kräver primärsidans (primär) styrmetoden, sekundärsidans (sekundära) synkrona likriktnings-MOSFET en synkroniseringssignal från primärsidan (primär) för att styra avstängningen.
Följande två metoder används vanligtvis för att erhålla den synkrona drivsignalen från sekundärsidan (sekundär):
(1) Använd den sekundära (sekundära) lindningen direkt, som visas i figur 10;
(2) Använd ytterligare isoleringskomponenter såsom pulstransformatorer för att överföra den synkrona drivsignalen från primärsidan (primär) till sekundärsidan (sekundär), som visas i figur 12.
Genom att direkt använda den sekundära (sekundära) lindningen för att erhålla den synkrona drivsignalen är noggrannheten hos den synkrona drivsignalen mycket svår att kontrollera, och det är svårt att uppnå optimerad effektivitet och tillförlitlighet. Vissa företag använder till och med digitala kontroller för att förbättra kontrollnoggrannheten, som visas i figur 11. Visa.
Att använda en pulstransformator för att erhålla synkrona drivsignaler har hög noggrannhet, men kostnaden är relativt hög.
Den sekundära (sekundära) styrmetoden använder vanligtvis en pulstransformator eller magnetisk kopplingsmetod för att överföra den synkrona drivsignalen från sekundärsidan (sekundär) till primärsidan (primär), som visas i figur 7.v
6. Sekundär (sekundär) synkron likriktning SSR i diskontinuerligt DCM-läge
Om snabbladdnings-flyback-omvandlaren fungerar i diskontinuerligt DCM-läge. Oavsett styrmetoden på primärsidan (primär) eller styrmetoden på sekundärsidan (sekundär), kan D- och S-spänningsfallen för den synkrona likriktar-MOSFET detekteras och kontrolleras direkt.
(1) Slå på MOSFET för synkron likriktning
När spänningen för VDS för den synkrona likriktnings-MOSFET-enheten ändras från positiv till negativ, slås den interna parasitdioden på, och efter en viss fördröjning slås den synkrona likriktnings-MOSFET på, som visas i figur 13.
(2) Stänga av MOSFET för synkron likriktning
Efter att den synkrona likriktaren MOSFET är påslagen, VDS=-Io*Rdson. När den sekundära (sekundära) lindningsströmmen minskar till 0, det vill säga när spänningen för strömdetekteringssignalen VDS ändras från negativ till 0, stängs MOSFET för synkron likriktning av, som visas i figur 13.
I praktiska tillämpningar stängs den synkrona likriktaren MOSFET av innan den sekundära (sekundära) lindningsströmmen når 0 (VDS=0). De aktuella detekteringsreferensspänningsvärdena som ställs in av olika chips är olika, såsom -20mV, -50mV, -100mV, -200mV, etc.
Systemets strömdetektionsreferensspänning är fast. Ju högre absolutvärde för strömdetekteringsreferensspänningen är, desto mindre störningsfel och desto bättre noggrannhet. Men när utgångsbelastningsströmmen Io minskar, kommer den synkrona likriktaren MOSFET att stängas av vid en större utström, och dess interna parasitdiod kommer att leda under en längre tid, så effektiviteten reduceras, som visas i figur 14.
Dessutom, om det absoluta värdet av den aktuella detekteringsreferensspänningen är för liten. Systemfel och störningar kan göra att MOSFET för synkron likriktning stängs av efter att den sekundära (sekundära) lindningsströmmen överstiger 0, vilket resulterar i omvänd inflödesström, vilket påverkar effektiviteten och systemets tillförlitlighet.
Strömdetektionssignaler med hög precision kan förbättra systemets effektivitet och tillförlitlighet, men kostnaden för enheten kommer att öka. Noggrannheten hos den aktuella detekteringssignalen är relaterad till följande faktorer:
①. Noggrannhet och temperaturdrift av strömdetekteringsreferensspänning;
②. Förspänningen och offsetspänningen, förspänningsströmmen och offsetströmmen och temperaturdriften hos strömförstärkaren;
③. Noggrannheten och temperaturdriften för påspänningen Rdson för den synkrona likriktaren MOSFET.
Dessutom, ur ett systemperspektiv, kan den förbättras genom digital styrning, ändring av strömdetekteringsreferensspänning och ändring av MOSFET-drivspänningen för synkron likriktning.
När utgångsbelastningsströmmen Io minskar, om drivspänningen för effekt-MOSFET minskar, ökar motsvarande MOSFET-startspänning Rdson. Såsom visas i figur 15 är det möjligt att undvika tidig avstängning av den synkrona likriktar-MOSFET, minska ledningstiden för den parasitära dioden och förbättra systemets effektivitet.
Det kan ses från figur 14 att när utgångsbelastningsströmmen Io minskar, minskar även strömdetekteringsreferensspänningen. På detta sätt, när utströmmen Io är stor, används en högre strömdetekteringsreferensspänning för att förbättra styrnoggrannheten; när utströmmen Io är låg används en lägre referensspänning för strömdetektering. Det kan också förbättra ledningstiden för den synkrona likriktade MOSFET-enheten och förbättra systemets effektivitet.
När ovanstående metod inte kan användas för förbättring, kan Schottky-dioder också kopplas parallellt i båda ändarna av den synkrona likriktar-MOSFET. Efter att den synkrona likriktaren MOSFET har stängts av i förväg, kan en extern Schottky-diod anslutas för frigång.
7. Sekundär (sekundär) kontroll CCM+DCM hybridläge
För närvarande finns det i princip två vanliga lösningar för snabbladdning av mobiltelefoner:
(1) Primär sida (primär) kontroll och DCM arbetsläge. MOSFET för synkron likriktning på sekundärsidan (sekundär) kräver ingen synkroniseringssignal.
(2) Sekundär (sekundär) styrning, CCM+DCM blandat driftläge (när utgångsbelastningsströmmen minskar, från CCM till DCM). Den sekundära (sekundära) synkrona likriktaren MOSFET drivs direkt, och dess på- och avstängningslogikprinciper visas i figur 16:
Slå på den synkrona likriktaren MOSFET: När spänningen för VDS för den synkrona likriktaren MOSFET ändras från positiv till negativ, tänds dess interna parasitdiod. Efter en viss fördröjning slås MOSFET för synkron likriktning på.
Stänga av MOSFET för synkron likriktning:
① När utspänningen är mindre än det inställda värdet, används den synkrona klocksignalen för att styra avstängningen av MOSFET och arbeta i CCM-läge.
② När utspänningen är större än det inställda värdet är den synkrona klocksignalen skärmad och arbetsmetoden är densamma som DCM-läget. VDS=-Io*Rdson-signalen styr avstängningen av den synkrona likriktar-MOSFET.
Nu vet alla vilken roll MOSFET spelar i hela snabbladdnings-QC!
Om Olukey
Olukeys kärnteam har fokuserat på komponenter i 20 år och har sitt huvudkontor i Shenzhen. Huvudsaklig verksamhet: MOSFET, MCU, IGBT och andra enheter. De viktigaste agentprodukterna är WINSOK och Cmsemicon. Produkter används i stor utsträckning inom militär industri, industriell kontroll, ny energi, medicinska produkter, 5G, Internet of Things, smarta hem och olika hemelektronikprodukter. Förlita oss på fördelarna med den ursprungliga globala generalagenten, vi är baserade på den kinesiska marknaden. Vi använder våra omfattande förmånliga tjänster för att introducera olika avancerade högteknologiska elektroniska komponenter till våra kunder, hjälpa tillverkare att producera högkvalitativa produkter och tillhandahålla heltäckande tjänster.
Posttid: 2023-12-14
