Olukey: Mari kita bicara tentang peran MOSFET dalam arsitektur dasar pengisian cepat

Struktur catu daya dasarpengisian cepatQC menggunakan SSR rektifikasi sinkron flyback + sisi sekunder (sekunder). Untuk konverter flyback, menurut metode pengambilan sampel umpan balik, dapat dibagi menjadi: regulasi sisi primer (primer) dan regulasi sisi sekunder (sekunder); sesuai dengan lokasi pengontrol PWM. Dapat dibedakan menjadi: pengendalian sisi primer (primer) dan pengendalian sisi sekunder (sekunder). Tampaknya ini tidak ada hubungannya dengan MOSFET. Jadi,Olukeyharus bertanya: Di mana MOSFET disembunyikan? Peran apa yang dimainkannya?

1. Penyetelan sisi primer (primer) dan penyetelan sisi sekunder (sekunder).

Kestabilan tegangan keluaran memerlukan link umpan balik untuk mengirimkan informasi perubahannya ke pengontrol utama PWM untuk mengatur perubahan tegangan masukan dan beban keluaran. Menurut metode pengambilan sampel umpan balik yang berbeda, dapat dibagi menjadi penyesuaian sisi primer (primer) dan penyesuaian sisi sekunder (sekunder), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2.

Penyearah dioda sisi sekunder (sekunder).

MOSFET rektifikasi sinkron SSR ditempatkan di bagian bawah

Sinyal umpan balik regulasi sisi primer (primer) tidak diambil langsung dari tegangan keluaran, melainkan dari belitan bantu atau belitan primer primer yang mempunyai hubungan proporsional tertentu dengan tegangan keluaran. Ciri-cirinya adalah:

① Metode umpan balik tidak langsung, tingkat pengaturan beban yang buruk dan akurasi yang buruk;

②. Sederhana dan biaya rendah;

③. Tidak perlu optocoupler isolasi.

Sinyal umpan balik untuk pengaturan sisi sekunder (sekunder) diambil langsung dari tegangan keluaran menggunakan optocoupler dan TL431. Ciri-cirinya adalah:

① Metode umpan balik langsung, tingkat pengaturan beban yang baik, tingkat pengaturan linier, dan presisi tinggi;

②. Sirkuit penyesuaiannya rumit dan mahal;

③. Penting untuk mengisolasi optokopler, yang memiliki masalah penuaan seiring waktu.

2. Penyearah dioda sisi sekunder (sekunder) danMOSFETSSR rektifikasi sinkron

Sisi sekunder (sekunder) dari konverter flyback biasanya menggunakan penyearah dioda karena arus keluaran pengisian cepat yang besar. Khusus untuk direct charge atau flash charge, arus keluarannya mencapai 5A. Untuk meningkatkan efisiensi, MOSFET digunakan sebagai pengganti dioda sebagai penyearah, yang disebut SSR rektifikasi sinkron sekunder (sekunder), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan 4.

Rektifikasi sinkron MOSFET sisi sekunder (sekunder).

Ciri-ciri penyearah dioda sisi sekunder (sekunder):

①. Sederhana, tidak diperlukan pengontrol drive tambahan, dan biayanya rendah;

② Ketika arus keluaran besar, efisiensinya rendah;

③. Keandalan tinggi.

Fitur rektifikasi sinkron MOSFET sisi sekunder (sekunder):

①. Rumit, membutuhkan pengontrol penggerak tambahan dan biaya tinggi;

②. Ketika arus keluarannya besar, efisiensinya tinggi;

③. Dibandingkan dengan dioda, keandalannya rendah.

Dalam aplikasi praktis, MOSFET dari SSR rektifikasi sinkron biasanya dipindahkan dari ujung tinggi ke ujung rendah untuk memudahkan penggerak, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.

Karakteristik MOSFET kelas atas dari SSR rektifikasi sinkron:

①. Hal ini memerlukan bootstrap drive atau floating drive, yang mahal;

②. EMI yang bagus.

Ciri-ciri MOSFET SSR rektifikasi sinkron yang ditempatkan pada low end :

① Penggerak langsung, penggerak sederhana dan biaya rendah;

②. EMI yang buruk.

3. Pengendalian sisi primer (primer) dan pengendalian sisi sekunder (sekunder).

Pengontrol utama PWM ditempatkan pada sisi primer (primer). Struktur ini disebut kendali sisi primer (primer). Untuk meningkatkan keakuratan tegangan keluaran, laju pengaturan beban, dan laju pengaturan linier, kontrol sisi primer (primer) memerlukan optocoupler eksternal dan TL431 untuk membentuk tautan umpan balik. Bandwidth sistem kecil dan kecepatan responsnya lambat.

Jika pengontrol utama PWM ditempatkan di sisi sekunder (sekunder), optocoupler dan TL431 dapat dilepas, dan tegangan keluaran dapat langsung dikontrol dan disesuaikan dengan respon cepat. Struktur ini disebut kendali sekunder (sekunder).

Fitur kontrol sisi primer (primer):

①. Optocoupler dan TL431 diperlukan, dan kecepatan responsnya lambat;

②. Kecepatan perlindungan keluaran lambat.

③. Dalam mode kontinu rektifikasi sinkron CCM, sisi sekunder (sekunder) memerlukan sinyal sinkronisasi.

Fitur kontrol sekunder (sekunder):

①. Keluarannya terdeteksi langsung, tidak diperlukan optocoupler dan TL431, kecepatan responsnya cepat, dan kecepatan perlindungan keluarannya cepat;

②. MOSFET rektifikasi sinkron sisi sekunder (sekunder) digerakkan langsung tanpa memerlukan sinyal sinkronisasi; perangkat tambahan seperti transformator pulsa, kopling magnetik atau perangkai kapasitif diperlukan untuk mengirimkan sinyal penggerak MOSFET tegangan tinggi sisi primer (primer).

③. Sisi primer (primer) memerlukan rangkaian pengasutan, atau sisi sekunder (sekunder) mempunyai catu daya tambahan untuk pengasutan.

4. Mode CCM berkelanjutan atau mode DCM terputus-putus

Konverter flyback dapat beroperasi dalam mode CCM kontinu atau mode DCM terputus-putus. Jika arus pada belitan sekunder (sekunder) mencapai 0 pada akhir siklus peralihan, maka disebut mode DCM terputus-putus. Jika arus belitan sekunder (sekunder) tidak sama dengan 0 pada akhir siklus peralihan, maka disebut mode CCM kontinu, seperti ditunjukkan pada Gambar 8 dan 9.

Dapat dilihat dari Gambar 8 dan Gambar 9 bahwa keadaan kerja SSR rektifikasi sinkron berbeda pada mode operasi konverter flyback yang berbeda, yang juga berarti bahwa metode kontrol SSR rektifikasi sinkron juga akan berbeda.

Jika waktu mati diabaikan, ketika bekerja dalam mode CCM berkelanjutan, SSR rektifikasi sinkron memiliki dua keadaan:

①. MOSFET tegangan tinggi sisi primer (primer) dihidupkan, dan MOSFET rektifikasi sinkron sisi sekunder (sekunder) dimatikan;

②. MOSFET tegangan tinggi sisi primer (primer) dimatikan, dan MOSFET rektifikasi sinkron sisi sekunder (sekunder) dihidupkan.

Demikian pula, jika waktu mati diabaikan, SSR rektifikasi sinkron mempunyai tiga keadaan ketika beroperasi dalam mode DCM terputus-putus:

①. MOSFET tegangan tinggi sisi primer (primer) dihidupkan, dan MOSFET rektifikasi sinkron sisi sekunder (sekunder) dimatikan;

②. MOSFET tegangan tinggi sisi primer (primer) dimatikan, dan MOSFET rektifikasi sinkron sisi sekunder (sekunder) dihidupkan;

③. MOSFET tegangan tinggi sisi primer (primer) dimatikan, dan MOSFET rektifikasi sinkron sisi sekunder (sekunder) dimatikan.

5. SSR rektifikasi sinkron sisi sekunder (sekunder) dalam mode CCM berkelanjutan

Jika konverter flyback pengisian cepat beroperasi dalam mode CCM kontinu, metode kontrol sisi primer (primer), MOSFET rektifikasi sinkron sisi sekunder (sekunder) memerlukan sinyal sinkronisasi dari sisi primer (primer) untuk mengontrol pematian.

Dua metode berikut biasanya digunakan untuk memperoleh sinyal penggerak sinkron dari sisi sekunder (sekunder):

(1) Langsung menggunakan belitan sekunder (sekunder), seperti terlihat pada Gambar 10;

(2) Gunakan komponen isolasi tambahan seperti trafo pulsa untuk mentransmisikan sinyal penggerak sinkron dari sisi primer (primer) ke sisi sekunder (sekunder), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.

Langsung menggunakan belitan sekunder (sekunder) untuk mendapatkan sinyal penggerak sinkron, keakuratan sinyal penggerak sinkron sangat sulit dikendalikan, dan sulit untuk mencapai efisiensi dan keandalan yang optimal. Beberapa perusahaan bahkan menggunakan pengontrol digital untuk meningkatkan akurasi kontrol, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11.

Penggunaan trafo pulsa untuk memperoleh sinyal penggerak sinkron memiliki akurasi yang tinggi, namun biayanya relatif tinggi.

Metode kendali sisi sekunder (sekunder) biasanya menggunakan metode trafo pulsa atau kopling magnet untuk mentransmisikan sinyal penggerak sinkron dari sisi sekunder (sekunder) ke sisi primer (primer), seperti terlihat pada Gambar 7.v

Langsung gunakan belitan sekunder (sekunder) untuk mendapatkan sinyal penggerak sinkron

Langsung gunakan belitan sekunder (sekunder) untuk mendapatkan sinyal penggerak sinkron + kontrol digital

6. SSR rektifikasi sinkron sisi sekunder (sekunder) dalam mode DCM terputus-putus

Jika konverter flyback pengisian cepat beroperasi dalam mode DCM terputus-putus. Terlepas dari metode kontrol sisi primer (primer) atau metode kontrol sisi sekunder (sekunder), penurunan tegangan D dan S dari MOSFET rektifikasi sinkron dapat dideteksi dan dikontrol secara langsung.

(1) Menghidupkan MOSFET rektifikasi sinkron

Ketika tegangan VDS MOSFET rektifikasi sinkron berubah dari positif ke negatif, dioda parasit internal menyala, dan setelah penundaan tertentu, MOSFET rektifikasi sinkron menyala, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 13.

(2) Mematikan MOSFET rektifikasi sinkron

Setelah MOSFET rektifikasi sinkron dihidupkan, VDS=-Io*Rdson. Ketika arus belitan sekunder (sekunder) turun menjadi 0, yaitu ketika tegangan sinyal deteksi arus VDS berubah dari negatif ke 0, MOSFET rektifikasi sinkron mati, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 13.

Menghidupkan dan mematikan MOSFET rektifikasi sinkron dalam mode DCM terputus-putus

Dalam aplikasi praktis, MOSFET rektifikasi sinkron dimatikan sebelum arus belitan sekunder (sekunder) mencapai 0 (VDS=0). Nilai tegangan referensi deteksi arus yang ditetapkan oleh chip yang berbeda berbeda-beda, seperti -20mV, -50mV, -100mV, -200mV, dll.

Tegangan referensi deteksi arus sistem ditetapkan. Semakin besar nilai absolut tegangan referensi deteksi arus, semakin kecil kesalahan interferensi dan semakin baik akurasinya. Namun, ketika arus beban keluaran Io berkurang, MOSFET rektifikasi sinkron akan mati pada arus keluaran yang lebih besar, dan dioda parasit internalnya akan bekerja lebih lama, sehingga efisiensinya berkurang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.

Tegangan referensi penginderaan arus dan waktu mati MOSFET rektifikasi sinkron

Selain itu, jika nilai absolut tegangan referensi deteksi arus terlalu kecil. Kesalahan dan gangguan sistem dapat menyebabkan MOSFET rektifikasi sinkron mati setelah arus belitan sekunder (sekunder) melebihi 0, mengakibatkan arus masuk terbalik, mempengaruhi efisiensi dan keandalan sistem.

Sinyal deteksi arus presisi tinggi dapat meningkatkan efisiensi dan keandalan sistem, namun biaya perangkat akan meningkat. Keakuratan sinyal deteksi saat ini terkait dengan faktor-faktor berikut:
①. Akurasi dan penyimpangan suhu tegangan referensi deteksi arus;
②. Tegangan bias dan tegangan offset, arus bias dan arus offset, serta penyimpangan suhu penguat arus;
③. Akurasi dan penyimpangan suhu Rdson tegangan dari MOSFET rektifikasi sinkron.

Selain itu, dari perspektif sistem, hal ini dapat ditingkatkan melalui kontrol digital, mengubah tegangan referensi deteksi arus, dan mengubah tegangan penggerak MOSFET rektifikasi sinkron.

Ketika arus beban keluaran Io berkurang, jika tegangan penggerak MOSFET daya menurun, tegangan pengaktifan MOSFET yang sesuai Rdson meningkat. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15, dimungkinkan untuk menghindari penghentian dini MOSFET rektifikasi sinkron, mengurangi waktu konduksi dioda parasit, dan meningkatkan efisiensi sistem.

Mengurangi tegangan penggerak VGS dan mematikan MOSFET rektifikasi sinkron

Terlihat dari Gambar 14 bahwa ketika arus beban keluaran Io berkurang maka tegangan referensi deteksi arus juga menurun. Dengan cara ini, ketika arus keluaran Io besar, tegangan referensi deteksi arus yang lebih tinggi digunakan untuk meningkatkan akurasi kontrol; ketika arus keluaran Io rendah, tegangan referensi deteksi arus yang lebih rendah digunakan. Hal ini juga dapat meningkatkan waktu konduksi MOSFET rektifikasi sinkron dan meningkatkan efisiensi sistem.

Ketika metode di atas tidak dapat digunakan untuk perbaikan, dioda Schottky juga dapat dihubungkan secara paralel di kedua ujung MOSFET rektifikasi sinkron. Setelah MOSFET rektifikasi sinkron dimatikan terlebih dahulu, dioda Schottky eksternal dapat dihubungkan untuk freewheeling.

7. Kontrol sekunder (sekunder) mode hibrida CCM+DCM

Saat ini, pada dasarnya ada dua solusi yang umum digunakan untuk pengisian cepat ponsel:

(1) Kontrol sisi primer (primer) dan mode kerja DCM. MOSFET rektifikasi sinkron sisi sekunder (sekunder) tidak memerlukan sinyal sinkronisasi.

(2) Kontrol sekunder (sekunder), mode operasi campuran CCM+DCM (ketika arus beban keluaran menurun, dari CCM ke DCM). MOSFET rektifikasi sinkron sisi sekunder (sekunder) digerakkan langsung, dan prinsip logika menghidupkan dan mematikannya ditunjukkan pada Gambar 16:

Menghidupkan MOSFET rektifikasi sinkron: Ketika tegangan VDS dari MOSFET rektifikasi sinkron berubah dari positif ke negatif, dioda parasit internalnya menyala. Setelah penundaan tertentu, MOSFET rektifikasi sinkron menyala.

Mematikan MOSFET rektifikasi sinkron:

① Ketika tegangan keluaran kurang dari nilai yang ditetapkan, sinyal jam sinkron digunakan untuk mengontrol matinya MOSFET dan bekerja dalam mode CCM.

② Ketika tegangan keluaran lebih besar dari nilai yang ditetapkan, sinyal jam sinkron terlindung dan metode kerjanya sama dengan mode DCM. Sinyal VDS=-Io*Rdson mengontrol penghentian MOSFET rektifikasi sinkron.

Sisi sekunder (sekunder) mengontrol penyalaan MOSFET sinkron

Sekarang, semua orang tahu apa peran MOSFET di seluruh QC pengisian cepat!

Tentang Olukey

Tim inti Olukey telah berfokus pada komponen selama 20 tahun dan berkantor pusat di Shenzhen. Bisnis utama: MOSFET, MCU, IGBT dan perangkat lainnya. Produk agen utamanya adalah WINSOK dan Cmsemicon. Produk banyak digunakan dalam industri militer, pengendalian industri, energi baru, produk medis, 5G, Internet of Things, rumah pintar, dan berbagai produk elektronik konsumen. Mengandalkan keunggulan agen umum global asli, kami berbasis di pasar Cina. Kami menggunakan layanan komprehensif kami yang menguntungkan untuk memperkenalkan berbagai komponen elektronik berteknologi tinggi yang canggih kepada pelanggan kami, membantu produsen dalam menghasilkan produk berkualitas tinggi dan memberikan layanan komprehensif.