Olukey: MOSFET'in hızlı şarjın temel mimarisindeki rolünden bahsedelim

Temel güç kaynağı yapısıhızlı şarjQC, geri dönüş + ikincil taraf (ikincil) senkronize düzeltme SSR'sini kullanır. Geri dönüşlü dönüştürücüler için geri besleme örnekleme yöntemine göre şu şekilde ayrılabilir: birincil taraf (birincil) düzenleme ve ikincil taraf (ikincil) düzenleme; PWM denetleyicisinin konumuna göre. Şu şekilde ayrılabilir: birincil taraf (birincil) kontrol ve ikincil taraf (ikincil) kontrol. MOSFET ile ilgisi yok gibi görünüyor. Bu yüzden,Olukeyşunu sormak gerekiyor: MOSFET nerede gizli? Hangi rolü oynadı?

1. Birincil taraf (birincil) ayarı ve ikincil taraf (ikincil) ayarı

Çıkış voltajının kararlılığı, giriş voltajındaki ve çıkış yükündeki değişiklikleri ayarlamak için değişen bilgileri PWM ana denetleyicisine gönderecek bir geri besleme bağlantısı gerektirir. Farklı geri bildirim örnekleme yöntemlerine göre, Şekil 1 ve 2'de gösterildiği gibi birincil taraf (birincil) ayarlama ve ikincil taraf (ikincil) ayarlamaya ayrılabilir.

İkincil taraf (ikincil) diyot düzeltmesi

SSR senkron düzeltme MOSFET'i alt tarafa yerleştirilir

Birincil taraf (birincil) düzenlemenin geri besleme sinyali doğrudan çıkış geriliminden değil, çıkış gerilimi ile belirli bir orantısal ilişkiyi koruyan yardımcı sargıdan veya birincil birincil sargıdan alınır. Özellikleri şunlardır:

① Dolaylı geri bildirim yöntemi, zayıf yük düzenleme oranı ve zayıf doğruluk;

②. Basit ve düşük maliyetli;

③. İzolasyon optokuplörüne gerek yoktur.

İkincil taraf (ikincil) düzenleme için geri besleme sinyali, bir optokuplör ve TL431 kullanılarak doğrudan çıkış voltajından alınır. Özellikleri şunlardır:

① Doğrudan geri bildirim yöntemi, iyi yük düzenleme oranı, doğrusal düzenleme oranı ve yüksek hassasiyet;

②. Ayarlama devresi karmaşık ve maliyetlidir;

③. Zamanla eskime sorunu yaşayan optokuplörlerin izole edilmesi gerekmektedir.

2. İkincil taraf (ikincil) diyot düzeltmesi veMOSFETsenkron düzeltme SSR

Geri dönüş dönüştürücünün ikincil tarafı (ikincil), hızlı şarjın büyük çıkış akımı nedeniyle genellikle diyot düzeltmeyi kullanır. Özellikle doğrudan şarj veya flaş şarj için çıkış akımı 5A kadar yüksektir. Verimliliği artırmak amacıyla doğrultucu olarak diyot yerine Şekil 3 ve 4'te gösterildiği gibi ikincil (ikincil) senkron doğrultma SSR olarak adlandırılan MOSFET kullanılmıştır.

İkincil taraf (ikincil) MOSFET senkron düzeltmesi

İkincil taraf (ikincil) diyot düzeltmesinin özellikleri:

①. Basittir, ilave sürücü denetleyicisine gerek yoktur ve maliyeti düşüktür;

② Çıkış akımı büyük olduğunda verimlilik düşüktür;

③. Yüksek güvenilirlik.

İkincil taraf (ikincil) MOSFET senkron düzeltmenin özellikleri:

①. Karmaşık, ek sürücü denetleyicisi gerektiren ve yüksek maliyetli;

②. Çıkış akımı büyük olduğunda verimlilik yüksektir;

③. Diyotlarla karşılaştırıldığında güvenilirlikleri düşüktür.

Pratik uygulamalarda, senkron düzeltme SSR'sinin MOSFET'i, Şekil 5'te gösterildiği gibi sürüşü kolaylaştırmak için genellikle yüksek uçtan alt uca hareket ettirilir.

Senkron düzeltme SSR'nin üst düzey MOSFET'inin özellikleri:

①. Pahalı olan önyükleme sürücüsü veya kayan sürücü gerektirir;

②. İyi EMI.

Alt uca yerleştirilen senkron düzeltme SSR MOSFET'in özellikleri:

① Doğrudan tahrik, basit tahrik ve düşük maliyet;

②. Zavallı EMI.

3. Birincil taraf (birincil) kontrol ve ikincil taraf (ikincil) kontrol

PWM ana denetleyicisi birincil tarafa (birincil) yerleştirilir. Bu yapıya birincil taraf (birincil) kontrol adı verilir. Çıkış voltajının, yük düzenleme hızının ve doğrusal düzenleme hızının doğruluğunu artırmak için, birincil taraf (birincil) kontrol, bir geri besleme bağlantısı oluşturmak için harici bir optokuplöre ve TL431'e ihtiyaç duyar. Sistem bant genişliği küçüktür ve yanıt hızı yavaştır.

PWM ana denetleyicisi sekonder tarafa (ikincil) yerleştirilirse optokuplör ve TL431 çıkarılabilir ve çıkış voltajı hızlı tepki ile doğrudan kontrol edilebilir ve ayarlanabilir. Bu yapıya ikincil (ikincil) kontrol denir.

Birincil taraf (birincil) kontrolün özellikleri:

①. Optocoupler ve TL431 gereklidir ve tepki hızı yavaştır;

②. Çıkış korumasının hızı yavaştır.

③. Senkron düzeltme sürekli modu CCM'de, ikincil taraf (ikincil) bir senkronizasyon sinyali gerektirir.

İkincil (ikincil) kontrolün özellikleri:

①. Çıkış doğrudan algılanır, optokuplöre ve TL431'e gerek yoktur, yanıt hızı hızlıdır ve çıkış koruma hızı hızlıdır;

②. İkincil taraf (ikincil) senkron doğrultucu MOSFET, senkronizasyon sinyallerine ihtiyaç duymadan doğrudan sürülür; Birincil taraftaki (birincil) yüksek voltajlı MOSFET'in sürüş sinyallerini iletmek için darbe transformatörleri, manyetik kaplinler veya kapasitif kuplörler gibi ek cihazlar gerekir.

③. Birincil tarafın (birincil) bir başlatma devresine ihtiyacı vardır veya ikincil tarafın (ikincil) başlatma için bir yardımcı güç kaynağı vardır.

4. Sürekli CCM modu veya süreksiz DCM modu

Geri dönüş dönüştürücü sürekli CCM modunda veya süreksiz DCM modunda çalışabilir. Bir anahtarlama çevriminin sonunda sekonder (sekonder) sargıdaki akım 0'a ulaşırsa buna süreksiz DCM modu denir. Bir anahtarlama çevriminin sonunda sekonder (ikincil) sargının akımı 0 değilse, Şekil 8 ve 9'da gösterildiği gibi buna sürekli CCM modu denir.

Şekil 8 ve Şekil 9'dan senkron doğrultucu SSR'nin çalışma durumlarının geri dönüş dönüştürücünün farklı çalışma modlarında farklı olduğu görülebilmektedir, bu aynı zamanda senkron doğrultucu SSR'nin kontrol yöntemlerinin de farklı olacağı anlamına gelmektedir.

Ölü zaman göz ardı edilirse, sürekli CCM modunda çalışırken senkron düzeltme SSR'sinin iki durumu vardır:

①. Birincil taraf (birincil) yüksek voltajlı MOSFET açılır ve ikincil taraf (ikincil) senkron düzeltme MOSFET'i kapatılır;

②. Birincil taraf (birincil) yüksek gerilim MOSFET'i kapatılır ve ikincil taraf (ikincil) senkron düzeltme MOSFET'i açılır.

Benzer şekilde, ölü zaman göz ardı edilirse, senkron düzeltme SSR'sinin süreksiz DCM modunda çalışırken üç durumu vardır:

①. Birincil taraf (birincil) yüksek voltajlı MOSFET açılır ve ikincil taraf (ikincil) senkron düzeltme MOSFET'i kapatılır;

②. Birincil taraf (birincil) yüksek voltajlı MOSFET kapatılır ve ikincil taraf (ikincil) senkron düzeltme MOSFET'i açılır;

③. Birincil taraf (birincil) yüksek gerilim MOSFET'i kapatılır ve ikincil taraf (ikincil) senkron düzeltme MOSFET'i kapatılır.

5. Sürekli CCM modunda ikincil taraf (ikincil) senkron düzeltme SSR'si

Hızlı şarj geri dönüş dönüştürücüsü sürekli CCM modunda çalışıyorsa, birincil taraf (birincil) kontrol yöntemi, ikincil taraf (ikincil) senkron düzeltme MOSFET, kapatmayı kontrol etmek için birincil taraftan (birincil) bir senkronizasyon sinyali gerektirir.

İkincil tarafın (ikincil) senkron sürücü sinyalini elde etmek için genellikle aşağıdaki iki yöntem kullanılır:

(1) Şekil 10'da gösterildiği gibi doğrudan ikincil (ikincil) sargıyı kullanın;

(2) Senkron sürücü sinyalini birincil taraftan (birincil) ikincil tarafa (ikincil) Şekil 12'de gösterildiği gibi iletmek için darbe transformatörleri gibi ek izolasyon bileşenleri kullanın.

Senkron tahrik sinyalini elde etmek için doğrudan sekonder (ikincil) sargıyı kullanarak, senkron tahrik sinyalinin doğruluğunu kontrol etmek çok zordur ve optimize edilmiş verimlilik ve güvenilirliğe ulaşmak zordur. Bazı şirketler, Şekil 11'de gösterildiği gibi kontrol doğruluğunu artırmak için dijital kontrolörleri bile kullanıyor.

Senkronize sürüş sinyalleri elde etmek için darbe transformatörünün kullanılması yüksek doğruluk sağlar, ancak maliyeti nispeten yüksektir.

İkincil taraf (ikincil) kontrol yöntemi, senkron sürücü sinyalini ikincil taraftan (ikincil) birincil tarafa (birincil) Şekil 7.v'de gösterildiği gibi iletmek için genellikle bir darbe transformatörü veya manyetik bağlantı yöntemi kullanır.

Senkron sürücü sinyalini elde etmek için doğrudan ikincil (ikincil) sargıyı kullanın

Senkron sürücü sinyali + dijital kontrolü elde etmek için doğrudan ikincil (ikincil) sargıyı kullanın

6. Süreksiz DCM modunda ikincil taraf (ikincil) senkron düzeltme SSR'si

Hızlı şarj geri dönüş dönüştürücüsü süreksiz DCM modunda çalışıyorsa. Birincil taraf (birincil) kontrol yöntemi veya ikincil taraf (ikincil) kontrol yöntemi ne olursa olsun, senkron doğrultucu MOSFET'in D ve S gerilim düşüşleri doğrudan tespit edilebilir ve kontrol edilebilir.

(1) Senkron düzeltme MOSFET'inin açılması

Senkron doğrultucu MOSFET'in VDS voltajı pozitiften negatife değiştiğinde, iç parazit diyot açılır ve belirli bir gecikmeden sonra senkron doğrultucu MOSFET Şekil 13'te gösterildiği gibi açılır.

(2) Senkron düzeltme MOSFET'inin kapatılması

Senkron düzeltme MOSFET açıldıktan sonra VDS=-Io*Rdson. Sekonder (sekonder) sargı akımı 0'a düştüğünde, yani akım algılama sinyali VDS'nin voltajı negatiften 0'a değiştiğinde, senkron doğrultma MOSFET'i Şekil 13'te gösterildiği gibi kapanır.

Süreksiz DCM modunda senkron düzeltme MOSFET'inin açılması ve kapatılması

Pratik uygulamalarda, senkron doğrultucu MOSFET, sekonder (ikincil) sargı akımı 0'a (VDS=0) ulaşmadan önce kapanır. Farklı yongalar tarafından ayarlanan akım algılama referans voltajı değerleri farklıdır; örneğin -20mV, -50mV, -100mV, -200mV, vb.

Sistemin akım algılama referans voltajı sabittir. Akım algılama referans voltajının mutlak değeri ne kadar büyük olursa, girişim hatası o kadar küçük ve doğruluk o kadar iyi olur. Bununla birlikte, çıkış yük akımı Io düştüğünde, senkron doğrultucu MOSFET daha büyük bir çıkış akımında kapanacak ve dahili parazitik diyotu daha uzun süre iletimde kalacak, dolayısıyla Şekil 14'te gösterildiği gibi verim düşecektir.

Akım algılama referans voltajı ve senkron düzeltme MOSFET kapanma süresi

Ayrıca akım algılama referans voltajının mutlak değeri çok küçükse. Sistem hataları ve parazitler, sekonder (ikincil) sargı akımı 0'ı aştığında senkron düzeltme MOSFET'inin kapanmasına neden olabilir, bu da ters giriş akımına neden olarak verimliliği ve sistem güvenilirliğini etkileyebilir.

Yüksek hassasiyetli akım algılama sinyalleri sistemin verimliliğini ve güvenilirliğini artırabilir ancak cihazın maliyeti artacaktır. Akım tespit sinyalinin doğruluğu aşağıdaki faktörlerle ilgilidir:
①. Akım algılama referans voltajının doğruluğu ve sıcaklık sapması;
②. Akım amplifikatörünün öngerilim voltajı ve ofset voltajı, öngerilim akımı ve ofset akımı ve sıcaklık sapması;
③. Senkron düzeltme MOSFET'inin voltaj Rdson'unun doğruluğu ve sıcaklık sapması.

Ek olarak, sistem açısından bakıldığında, dijital kontrol, akım algılama referans voltajının değiştirilmesi ve senkron düzeltme MOSFET sürüş voltajının değiştirilmesi yoluyla geliştirilebilir.

Çıkış yük akımı Io düştüğünde, güç MOSFET'inin sürüş voltajı düşerse, karşılık gelen MOSFET açılma voltajı Rdson artar. Şekil 15'te gösterildiği gibi, senkron doğrultucu MOSFET'in erken kapanmasını önlemek, parazit diyotun iletim süresini azaltmak ve sistemin verimliliğini artırmak mümkündür.

VGS sürüş voltajının azaltılması ve senkron düzeltme MOSFET'in kapatılması

Şekil 14'te çıkış yük akımı Io azaldığında akım algılama referans voltajının da azaldığı görülmektedir. Bu şekilde, çıkış akımı Io büyük olduğunda, kontrol doğruluğunu geliştirmek için daha yüksek bir akım algılama referans voltajı kullanılır; çıkış akımı Io düşük olduğunda, daha düşük bir akım algılama referans voltajı kullanılır. Aynı zamanda senkron düzeltme MOSFET'in iletim süresini de iyileştirebilir ve sistemin verimliliğini artırabilir.

Yukarıdaki yöntemin iyileştirme için kullanılamadığı durumlarda, Schottky diyotları senkron doğrultucu MOSFET'in her iki ucuna da paralel olarak bağlanabilir. Senkron düzeltme MOSFET'i önceden kapatıldıktan sonra, serbest dönüş için harici bir Schottky diyot bağlanabilir.

7. İkincil (ikincil) kontrol CCM+DCM hibrit modu

Şu anda cep telefonu hızlı şarjı için temel olarak yaygın olarak kullanılan iki çözüm vardır:

(1) Birincil taraf (birincil) kontrol ve DCM çalışma modu. İkincil taraf (ikincil) senkron düzeltme MOSFET, bir senkronizasyon sinyali gerektirmez.

(2) İkincil (ikincil) kontrol, CCM+DCM karma çalışma modu (çıkış yük akımı CCM'den DCM'ye düştüğünde). İkincil taraf (ikincil) senkron düzeltme MOSFET'i doğrudan sürülür ve açma ve kapatma mantığı prensipleri Şekil 16'da gösterilmektedir:

Senkron doğrultucu MOSFET'in açılması: Senkron doğrultucu MOSFET'in VDS gerilimi pozitiften negatife değiştiğinde dahili parazit diyotu açılır. Belirli bir gecikmeden sonra senkron düzeltme MOSFET'i açılır.

Senkron düzeltme MOSFET'inin kapatılması:

① Çıkış voltajı ayarlanan değerden düşük olduğunda, senkron saat sinyali MOSFET'in kapatılmasını kontrol etmek ve CCM modunda çalışmak için kullanılır.

② Çıkış voltajı ayarlanan değerden büyük olduğunda senkron saat sinyali korunur ve çalışma yöntemi DCM moduyla aynıdır. VDS=-Io*Rdson sinyali senkron doğrultucu MOSFET'in kapatılmasını kontrol eder.

İkincil taraf (ikincil) senkron düzeltme MOSFET kapatmayı kontrol eder

Artık herkes hızlı şarj QC'nin tamamında MOSFET'in hangi rolü oynadığını biliyor!

Olukey Hakkında

Olukey'in çekirdek ekibi 20 yıldır bileşenlere odaklanmıştır ve genel merkezi Shenzhen'de bulunmaktadır. Ana iş: MOSFET, MCU, IGBT ve diğer cihazlar. Ana acente ürünleri WINSOK ve Cmsemicon'dur. Ürünler askeri sanayi, endüstriyel kontrol, yeni enerji, tıbbi ürünler, 5G, Nesnelerin İnterneti, akıllı evler ve çeşitli tüketici elektroniği ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Orijinal küresel genel acentenin avantajlarına güvenerek Çin pazarını temel alıyoruz. Müşterilerimize çeşitli ileri teknoloji ürünü elektronik bileşenleri tanıtmak, üreticilerin yüksek kaliteli ürünler üretmesine yardımcı olmak ve kapsamlı hizmetler sunmak için kapsamlı avantajlı hizmetlerimizi kullanıyoruz.