Базовая структура источника питаниябыстрая зарядкаQC использует обратноходовой канал + вторичное (вторичное) синхронное выпрямляющее твердотельное реле. Для обратноходовых преобразователей по методу выборки обратной связи его можно разделить на: регулирование первичной стороны (первичное) и регулирование вторичной стороны (вторичное); в зависимости от расположения ШИМ-контроллера. Его можно разделить на: первичное (первичное) управление и вторичное (вторичное) управление. Похоже, что к MOSFET это не имеет никакого отношения. Так,Олукейдолжен спросить: где спрятан МОП-транзистор? Какую роль это сыграло?
1. Регулировка первичной стороны (первичная) и регулировка вторичной стороны (вторичная).
Для стабильности выходного напряжения требуется канал обратной связи для отправки изменяющейся информации на главный контроллер ШИМ для корректировки изменений входного напряжения и выходной нагрузки. В соответствии с различными методами выборки обратной связи ее можно разделить на регулировку первичной стороны (первичную) и регулировку вторичной стороны (вторичную), как показано на рисунках 1 и 2.
Сигнал обратной связи первичного (первичного) регулирования снимается не непосредственно с выходного напряжения, а со вспомогательной обмотки или первичной первичной обмотки, сохраняющей определенную пропорциональную связь с выходным напряжением. Его характеристики:
① Метод косвенной обратной связи, низкая скорость регулирования нагрузки и низкая точность;
②. Простота и низкая стоимость;
③. Нет необходимости в изолирующей оптопаре.
Сигнал обратной связи для регулирования вторичной стороны (вторички) снимается непосредственно с выходного напряжения с помощью оптопары и TL431. Его характеристики:
① Метод прямой обратной связи, хорошая скорость регулирования нагрузки, скорость линейного регулирования и высокая точность;
②. Схема регулировки сложна и дорога;
③. Необходимо изолировать оптрон, который со временем стареет.
2. Диодное выпрямление вторичной стороны (вторички) иМОП-транзисторсинхронное выпрямление SSR
На вторичной стороне (вторичке) обратноходового преобразователя обычно используется диодное выпрямление из-за большого выходного тока быстрой зарядки. Выходной ток достигает 5 А, особенно при прямой зарядке или флэш-зарядке. Чтобы повысить эффективность, вместо диода в качестве выпрямителя используется MOSFET, который называется вторичным (вторичным) синхронным выпрямителем SSR, как показано на рисунках 3 и 4.
Характеристики вторичного (вторичного) диодного выпрямления:
①. Просто, дополнительный контроллер привода не требуется, стоимость низкая;
② Когда выходной ток велик, эффективность низкая;
③. Высокая надежность.
Особенности синхронного выпрямления вторичной стороны (вторичного) MOSFET:
①. Сложный, требующий дополнительного контроллера привода и высокую стоимость;
②. Когда выходной ток велик, эффективность высока;
③. По сравнению с диодами их надежность невысока.
В практических приложениях МОП-транзистор твердотельного реле с синхронным выпрямлением обычно перемещается с верхнего конца на нижний, чтобы облегчить управление, как показано на рисунке 5.
Характеристики высокопроизводительного МОП-транзистора синхронного выпрямления SSR:
①. Для этого требуется загрузочный диск или плавающий диск, что дорого;
②. Хороший ЭМИ.
Характеристики синхронного выпрямления SSR MOSFET, размещенного на нижнем конце:
① Прямой привод, простой привод и низкая стоимость;
②. Бедная ЭМИ.
3. Первичное (первичное) управление и вторичное (вторичное) управление.
Главный контроллер ШИМ расположен на первичной стороне (primary). Такая структура называется первичным боковым (первичным) управлением. Чтобы повысить точность выходного напряжения, скорости регулирования нагрузки и скорости линейного регулирования, для первичного (первичного) управления требуется внешний оптрон и TL431 для формирования канала обратной связи. Пропускная способность системы мала, а скорость отклика низкая.
Если основной контроллер ШИМ расположен на вторичной стороне (вторичной), оптопару и TL431 можно удалить, а выходное напряжение можно напрямую контролировать и регулировать с быстрой реакцией. Эту структуру называют вторичным (вторичным) контролем.
Особенности первичного бокового (первичного) управления:
①. Требуется оптопара и TL431, скорость отклика низкая;
②. Скорость защиты выхода низкая.
③. В непрерывном режиме синхронного выпрямления CCM вторичной стороне (вторичной) требуется сигнал синхронизации.
Особенности вторичного (вторичного) контроля:
①. Выход обнаруживается напрямую, оптопара и TL431 не требуются, скорость отклика быстрая, скорость защиты выхода высокая;
②. Вторичный (вторичный) МОП-транзистор синхронного выпрямления управляется напрямую без необходимости использования сигналов синхронизации; для передачи управляющих сигналов первичной стороны (первичного) высоковольтного МОП-транзистора требуются дополнительные устройства, такие как импульсные трансформаторы, магнитные или емкостные муфты.
③. Первичная сторона (первичная) нуждается в пусковой цепи, или вторичная сторона (вторичная) имеет вспомогательный источник питания для запуска.
4. Непрерывный режим CCM или прерывистый режим DCM.
Обратноходовой преобразователь может работать в непрерывном режиме CCM или прерывистом режиме DCM. Если ток во вторичной (вторичной) обмотке достигает 0 в конце цикла переключения, это называется прерывистым режимом DCM. Если ток вторичной (вторичной) обмотки не равен 0 в конце цикла переключения, это называется непрерывным режимом CCM, как показано на рисунках 8 и 9.
Из рисунков 8 и 9 видно, что рабочие состояния ВТРЛ синхронного выпрямления различны в разных режимах работы обратноходового преобразователя, а значит, и способы управления ВТРЛ синхронного выпрямления также будут разными.
Если не учитывать время простоя, то при работе в непрерывном режиме ККМ ВТР синхронного выпрямления имеет два состояния:
①. Высоковольтный МОП-транзистор первичной стороны (первичный) включен, а МОП-транзистор синхронного выпрямления вторичной стороны (вторичный) выключен;
②. Высоковольтный МОП-транзистор первичной стороны (первичный) выключается, а МОП-транзистор синхронного выпрямления вторичной стороны (вторичный) включается.
Аналогично, если время простоя игнорируется, SSR синхронного выпрямления имеет три состояния при работе в прерывистом режиме DCM:
①. Высоковольтный МОП-транзистор первичной стороны (первичный) включен, а МОП-транзистор синхронного выпрямления вторичной стороны (вторичный) выключен;
②. Высоковольтный МОП-транзистор первичной стороны (первичный) выключен, а МОП-транзистор синхронного выпрямления вторичной стороны (вторичный) включен;
③. Первичный (первичный) высоковольтный МОП-транзистор выключен, а вторичный (вторичный) МОП-транзистор синхронного выпрямления выключен.
5. Вторичная сторона (вторичное) синхронное выпрямление ССР в непрерывном режиме CCM.
Если обратноходовой преобразователь с быстрой зарядкой работает в непрерывном режиме CCM, метод управления первичной стороны (первичный), полевой МОП-транзистор синхронного выпрямления вторичной стороны (вторичный) требует сигнала синхронизации с первичной стороны (первичного) для управления отключением.
Для получения сигнала синхронного возбуждения вторичной стороны (вторички) обычно используются следующие два метода:
(1) Непосредственно используйте вторичную (вторичную) обмотку, как показано на рисунке 10;
(2) Используйте дополнительные компоненты изоляции, такие как импульсные трансформаторы, для передачи сигнала синхронного возбуждения с первичной стороны (первичной) на вторичную сторону (вторичную), как показано на рисунке 12.
Непосредственно используя вторичную (вторичную) обмотку для получения сигнала синхронного возбуждения, точность сигнала синхронного возбуждения очень трудно контролировать, и трудно достичь оптимальной эффективности и надежности. Некоторые компании даже используют цифровые контроллеры для повышения точности управления, как показано на рисунке 11.
Использование импульсного трансформатора для получения синхронных управляющих сигналов имеет высокую точность, но стоимость относительно высока.
В методе управления вторичной стороной (вторичной) обычно используется импульсный трансформатор или метод магнитной связи для передачи сигнала синхронного возбуждения со вторичной стороны (вторичной) на первичную сторону (первичную), как показано на рисунке 7.v.
6. Вторичная сторона (вторичное) синхронное выпрямление ССР в прерывистом режиме ДКМ.
Если обратноходовой преобразователь быстрой зарядки работает в прерывистом режиме DCM. Независимо от метода управления на первичной (первичной) стороне или метода управления на вторичной (вторичной) стороне, падение напряжения D и S на МОП-транзисторе синхронного выпрямления можно напрямую обнаруживать и контролировать.
(1) Включение полевого МОП-транзистора синхронного выпрямления.
Когда напряжение VDS полевого МОП-транзистора синхронного выпрямления меняется с положительного на отрицательное, включается внутренний паразитный диод, а после определенной задержки включается полевой МОП-транзистор синхронного выпрямления, как показано на рисунке 13.
(2) Выключение полевого МОП-транзистора синхронного выпрямления.
После включения МОП-транзистора синхронного выпрямления VDS=-Io*Rdson. Когда ток вторичной (вторичной) обмотки уменьшается до 0, то есть когда напряжение сигнала обнаружения тока VDS меняется с отрицательного на 0, МОП-транзистор синхронного выпрямления выключается, как показано на рисунке 13.
В практических приложениях МОП-транзистор синхронного выпрямления отключается до того, как ток вторичной (вторичной) обмотки достигнет 0 (VDS=0). Значения опорного напряжения обнаружения тока, установленные разными чипами, различаются, например, -20 мВ, -50 мВ, -100 мВ, -200 мВ и т. д.
Опорное напряжение обнаружения тока системы фиксировано. Чем больше абсолютное значение опорного напряжения обнаружения тока, тем меньше погрешность помех и тем выше точность. Однако, когда выходной ток нагрузки Io уменьшается, МОП-транзистор синхронного выпрямления выключается при большем выходном токе, а его внутренний паразитный диод будет проводить ток в течение более длительного времени, поэтому эффективность снижается, как показано на рисунке 14.
Кроме того, если абсолютное значение опорного напряжения обнаружения тока слишком мало. Системные ошибки и помехи могут привести к отключению МОП-транзистора синхронного выпрямления после того, как ток вторичной (вторичной) обмотки превысит 0, что приведет к обратному притоку тока, влияющему на эффективность и надежность системы.
Высокоточные сигналы обнаружения тока могут повысить эффективность и надежность системы, но стоимость устройства увеличится. Точность сигнала обнаружения тока связана со следующими факторами:
①. Точность и температурный дрейф опорного напряжения определения тока;
②. Напряжение смещения и напряжение смещения, ток смещения и ток смещения, а также температурный дрейф усилителя тока;
③. Точность и температурный дрейф напряжения Rdson синхронного выпрямления MOSFET.
Кроме того, с точки зрения системы, его можно улучшить за счет цифрового управления, изменения опорного напряжения обнаружения тока и изменения напряжения управления MOSFET синхронного выпрямления.
Когда выходной ток нагрузки Io уменьшается, если напряжение управления силового МОП-транзистора уменьшается, соответствующее напряжение включения МОП-транзистора Rdson увеличивается. Как показано на рисунке 15, можно избежать раннего отключения полевого МОП-транзистора синхронного выпрямления, уменьшить время проводимости паразитного диода и повысить эффективность системы.
На рисунке 14 видно, что когда выходной ток нагрузки Io уменьшается, опорное напряжение обнаружения тока также уменьшается. Таким образом, когда выходной ток Io велик, для повышения точности управления используется более высокое опорное напряжение обнаружения тока; когда выходной ток Io низкий, используется более низкое опорное напряжение для определения тока. Это также может улучшить время проводимости полевого МОП-транзистора синхронного выпрямления и повысить эффективность системы.
Когда описанный выше метод не может быть использован для улучшения, диоды Шоттки также можно подключить параллельно на обоих концах полевого МОП-транзистора синхронного выпрямления. После предварительного выключения полевого МОП-транзистора синхронного выпрямления для обеспечения свободного хода можно подключить внешний диод Шоттки.
7. Вторичный (вторичный) контроль гибридного режима CCM+DCM.
В настоящее время существует два широко используемых решения для быстрой зарядки мобильных телефонов:
(1) Управление первичной стороны (первичное) и режим работы DCM. MOSFET вторичной стороны (вторичный) синхронного выпрямления не требует сигнала синхронизации.
(2) Вторичное (вторичное) управление, смешанный режим работы CCM+DCM (при уменьшении выходного тока нагрузки, от CCM до DCM). Вторичный (вторичный) полевой МОП-транзистор с синхронным выпрямлением управляется напрямую, а его логические принципы включения и выключения показаны на рисунке 16:
Включение полевого МОП-транзистора синхронного выпрямления: Когда напряжение VDS полевого МОП-транзистора синхронного выпрямления меняется с положительного на отрицательное, включается его внутренний паразитный диод. После некоторой задержки включается МОП-транзистор синхронного выпрямления.
Отключение синхронного выпрямления MOSFET:
① Когда выходное напряжение меньше заданного значения, синхронный тактовый сигнал используется для управления выключением MOSFET и работы в режиме CCM.
② Когда выходное напряжение превышает установленное значение, сигнал синхронных часов экранируется, и метод работы такой же, как в режиме DCM. Сигнал VDS=-Io*Rdson управляет отключением MOSFET синхронного выпрямления.
Теперь все знают, какую роль MOSFET играет во всем QC быстрой зарядки!
О Олукее
Основная команда Olukey занимается производством компонентов уже 20 лет, ее штаб-квартира находится в Шэньчжэне. Основной бизнес: MOSFET, MCU, IGBT и другие устройства. Основными агентскими продуктами являются WINSOK и Cmsemicon. Продукция широко используется в военной промышленности, промышленном контроле, новой энергетике, медицинской продукции, 5G, Интернете вещей, умных домах и различных продуктах бытовой электроники. Опираясь на преимущества оригинального глобального генерального агента, мы базируемся на китайском рынке. Мы используем наши комплексные выгодные услуги, чтобы представить нашим клиентам различные передовые высокотехнологичные электронные компоненты, помочь производителям в производстве высококачественной продукции и предоставить комплексные услуги.
Время публикации: 14 декабря 2023 г.
