Olukey: בואו נדבר על תפקידו של MOSFET בארכיטקטורה הבסיסית של טעינה מהירה

מבנה אספקת החשמל הבסיסי שלטעינה מהירהQC משתמש ב-Flyback + SSR תיקון סינכרוני בצד משני (משני). עבור ממירי flyback, על פי שיטת דגימת המשוב, ניתן לחלק אותו ל: ויסות צד ראשוני (ראשוני) וויסות צד שני (שני); לפי המיקום של בקר PWM. ניתן לחלק אותו ל: שליטה צד ראשוני (ראשוני) ושליטה צדית (משנית). נראה שאין לזה שום קשר ל-MOSFET. כָּך,אולוקיצריך לשאול: היכן מוסתר ה-MOSFET? איזה תפקיד זה שיחק?

1. התאמה צד ראשוני (ראשי) והתאמה צד משני (משנית).

היציבות של מתח המוצא דורשת קישור משוב כדי לשלוח את המידע המשתנה שלו לבקר הראשי PWM כדי להתאים את השינויים במתח הכניסה ובעומס המוצא. על פי שיטות דגימת המשוב השונות, ניתן לחלק אותו לכוונון צד ראשוני (ראשי) והתאמה צד משני (משנית), כפי שמוצג באיורים 1 ו-2.

אות המשוב של ויסות הצד הראשוני (ראשוני) אינו נלקח ישירות ממתח המוצא, אלא מפיתול העזר או הפיתול הראשוני הראשוני ששומר על קשר פרופורציונלי מסוים עם מתח המוצא. המאפיינים שלו הם:

① שיטת משוב עקיף, קצב ויסות עומס גרוע ודיוק גרוע;

②. עלות פשוטה וזולה;

③. אין צורך במצמד אופטו בידוד.

אות המשוב עבור ויסות צד משני (משני) נלקח ישירות ממתח המוצא באמצעות מצמד אופטו ו-TL431. המאפיינים שלו הם:

① שיטת משוב ישיר, קצב ויסות עומס טוב, קצב ויסות ליניארי ודיוק גבוה;

②. מעגל ההתאמה מורכב ויקר;

③. יש צורך לבודד את המצמד האופטו, שיש לו בעיות הזדקנות לאורך זמן.

2. צד משני (משנית) תיקון דיודה וMOSFETתיקון סינכרוני SSR

הצד המשני (המשני) של ממיר ה-flyback משתמש בדרך כלל בתיקון דיודות בשל זרם היציאה הגדול של טעינה מהירה. במיוחד עבור טעינה ישירה או טעינת הבזק, זרם המוצא גבוה עד 5A. על מנת לשפר את היעילות, נעשה שימוש ב-MOSFET במקום הדיודה כמיישר, הנקרא SSR יישור סינכרוני משני (משני), כפי שמוצג באיורים 3 ו-4.

תיקון סינכרוני של MOSFET בצד משני (משני).

מאפיינים של תיקון דיודות צד משני (משני):

①. פשוט, אין צורך בבקר כונן נוסף, והעלות נמוכה;

② כאשר זרם הפלט גדול, היעילות נמוכה;

③. אמינות גבוהה.

תכונות של תיקון סינכרוני של MOSFET בצד משני (משני):

①. מורכב, הדורש בקר כונן נוסף ועלות גבוהה;

②. כאשר זרם המוצא גדול, היעילות גבוהה;

③. בהשוואה לדיודות, האמינות שלהן נמוכה.

ביישומים מעשיים, ה-MOSFET של SSR לתיקון סינכרוני מועבר בדרך כלל מהקצה הגבוה לקצה הנמוך כדי להקל על הנהיגה, כפי שמוצג באיור 5.

המאפיינים של ה-MOSFET המתקדם של SSR תיקון סינכרוני:

①. זה דורש כונן אתחול או כונן צף, וזה יקר;

②. EMI טוב.

המאפיינים של תיקון סינכרוני SSR MOSFET ממוקם בקצה הנמוך:

① הנעה ישירה, נסיעה פשוטה ובעלות נמוכה;

②. EMI גרוע.

3. שליטה צד ראשוני (ראשי) ושליטה צדית (משנית).

הבקר הראשי של PWM ממוקם בצד הראשוני (הראשוני). מבנה זה נקרא שליטה צדדית (ראשונית). על מנת לשפר את הדיוק של מתח המוצא, קצב ויסות העומס וקצב ויסות ליניארי, בקרת הצד הראשונית (הראשונית) דורשת מצמד אופטו חיצוני ו-TL431 כדי ליצור קישור משוב. רוחב הפס של המערכת קטן ומהירות התגובה איטית.

אם הבקר הראשי של PWM ממוקם בצד המשני (משני), ניתן להסיר את המצמד האופטו ו-TL431, וניתן לשלוט ישירות ולהתאים את מתח המוצא עם תגובה מהירה. מבנה זה נקרא שליטה משנית (משנית).

תכונות של בקרה צד ראשוני (ראשי):

①. נדרשים מצמד אופטו ו-TL431, ומהירות התגובה איטית;

②. מהירות הגנת הפלט איטית.

③. במצב רציף תיקון סינכרוני CCM, הצד המשני (המשני) דורש אות סנכרון.

תכונות של שליטה משנית (משנית):

①. הפלט מזוהה ישירות, אין צורך במצמד אופטו וב-TL431, מהירות התגובה מהירה ומהירות הגנת הפלט מהירה;

②. ה-MOSFET לתיקון סינכרוני בצד המשני (משני) מונע ישירות ללא צורך באותות סנכרון; נדרשים התקנים נוספים כגון שנאי פעימה, צימודים מגנטיים או מצמדים קיבוליים כדי להעביר את אותות ההנעה של ה-MOSFET הצד הראשוני (הראשוני) במתח גבוה.

③. הצד הראשוני (הראשוני) זקוק למעגל התנעה, או לצד המשני (השני) יש ספק כוח עזר להתנעה.

4. מצב CCM מתמשך או מצב DCM בלתי רציף

ממיר ה-Flyback יכול לפעול במצב CCM רציף או במצב DCM לא רציף. אם הזרם בפיתול המשנית (המשנית) מגיע ל-0 בסוף מחזור מיתוג, זה נקרא מצב DCM לא רציף. אם הזרם של הפיתול המשנית (המשנית) אינו 0 בסוף מחזור מיתוג, הוא נקרא מצב CCM רציף, כפי שמוצג באיורים 8 ו-9.

ניתן לראות מאיור 8 ואיור 9 שמצבי העבודה של ה-SSR לתיקון סינכרוני שונים במצבי פעולה שונים של ממיר ה-Flyback, מה שאומר שגם שיטות הבקרה של SSR לתיקון סינכרוני יהיו שונות.

אם מתעלמים מהזמן המת, כאשר עובדים במצב CCM מתמשך, ל-SSR התיקון הסינכרוני יש שני מצבים:

①. ה-MOSFET במתח גבוה בצד הראשוני (ראשי) מופעל, וה-MOSFET לתיקון סינכרוני בצד המשני (השני) כבוי;

②. ה-MOSFET במתח גבוה בצד הראשוני (הראשוני) כבוי, וה-MOSFET לתיקון סינכרוני בצד המשני (השני) מופעל.

באופן דומה, אם מתעלמים מהזמן המת, ל-SSR לתיקון סינכרוני יש שלושה מצבים כאשר הוא פועל במצב DCM לא רציף:

①. ה-MOSFET במתח גבוה בצד הראשוני (ראשי) מופעל, וה-MOSFET לתיקון סינכרוני בצד המשני (השני) כבוי;

②. ה-MOSFET במתח גבוה בצד הראשוני (ראשי) כבוי, וה-MOSFET לתיקון סינכרוני בצד המשני (השני) מופעל;

③. ה-MOSFET במתח גבוה בצד הראשוני (ראשי) כבוי, וה-MOSFET לתיקון סינכרוני בצד המשני (השני) כבוי.

5. תיקון סינכרוני צד משני (משני) SSR במצב CCM רציף

אם ממיר ה-Flyback בטעינה מהירה פועל במצב CCM רציף, שיטת הבקרה של הצד הראשוני (ראשי), ה-MOSFET לתיקון סינכרוני בצד המשני (השני) דורש אות סנכרון מהצד הראשוני (הראשוני) כדי לשלוט בכיבוי.

בדרך כלל משתמשים בשתי השיטות הבאות כדי להשיג את אות ההנעה הסינכרוני של הצד המשני (משני):

(1) השתמש ישירות בפיתול המשני (משני), כפי שמוצג באיור 10;

(2) השתמש ברכיבי בידוד נוספים כגון שנאי פעימה כדי להעביר את אות ההנעה הסינכרוני מהצד הראשוני (ראשוני) לצד המשני (המשני), כפי שמוצג באיור 12.

שימוש ישיר בפיתול המשני (המשני) כדי להשיג את אות ההנעה הסינכרונית, דיוק אות ההנעה הסינכרוני קשה מאוד לשלוט, וקשה להשיג יעילות ואמינות מיטביות. חברות מסוימות אפילו משתמשות בבקרים דיגיטליים כדי לשפר את דיוק הבקרה, כפי שמוצג באיור 11 הצג.

השימוש בשנאי דופק להשגת אותות הנעה סינכרוניים הוא בעל דיוק גבוה, אך העלות גבוהה יחסית.

שיטת הבקרה של הצד המשני (המשנית) משתמשת בדרך כלל בשנאי דופק או שיטת צימוד מגנטי כדי להעביר את אות ההנעה הסינכרוני מהצד המשני (המשני) לצד הראשוני (הראשוני), כפי שמוצג באיור 7.v

השתמש ישירות בפיתול המשני (משני) כדי להשיג את אות ההנעה הסינכרוני

השתמש ישירות בפיתול המשני (משני) כדי להשיג את אות ההנעה הסינכרוני + בקרה דיגיטלית

6. תיקון סינכרוני צד משני (משני) SSR במצב DCM לא רציף

אם ממיר הטעינה המהירה פועלת במצב DCM לא רציף. ללא קשר לשיטת הבקרה של הצד הראשוני (הראשי) או שיטת הבקרה של הצד המשני (המשנית), ניתן לזהות ולשלוט ישירות על נפילות המתח D ו-S של MOSFET לתיקון סינכרוני.

(1) הפעלת MOSFET לתיקון סינכרוני

כאשר המתח של VDS של ה-MOSFET לתיקון סינכרוני משתנה מחיובי לשלילי, הדיודה הטפילית הפנימית נדלקת, ולאחר השהיה מסוימת, ה-MOSFET לתיקון הסינכרוני נדלק, כפי שמוצג באיור 13.

(2) כיבוי MOSFET לתיקון סינכרוני

לאחר הפעלת ה-MOSFET לתיקון סינכרוני, VDS=-Io*Rdson. כאשר זרם המתפתל המשני (המשני) יורד ל-0, כלומר, כאשר המתח של אות זיהוי הזרם VDS משתנה משלילי ל-0, MOSFET לתיקון סינכרוני נכבה, כפי שמוצג באיור 13.

הפעלה וכיבוי של MOSFET לתיקון סינכרוני במצב DCM לא רציף

ביישומים מעשיים, ה-MOSFET לתיקון סינכרוני נכבה לפני שזרם הפיתול המשני (המשני) מגיע ל-0 (VDS=0). ערכי מתח הייחוס לזיהוי הנוכחי שנקבעו על ידי שבבים שונים שונים, כגון -20mV, -50mV, -100mV, -200mV וכו'.

מתח הייחוס לזיהוי הנוכחי של המערכת קבוע. ככל שהערך המוחלט של מתח הייחוס לזיהוי הזרם גדול יותר, כך שגיאת ההפרעות קטנה יותר והדיוק טוב יותר. עם זאת, כאשר זרם עומס המוצא Io יורד, ה-MOSFET לתיקון סינכרוני יכבה בזרם מוצא גדול יותר, והדיודה הטפילית הפנימית שלו תוביל למשך זמן רב יותר, כך שהיעילות מופחתת, כפי שמוצג באיור 14.

מתח ייחוס חישת זרם וזמן כיבוי של MOSFET לתיקון סינכרוני

בנוסף, אם הערך המוחלט של מתח הייחוס לזיהוי הנוכחי קטן מדי. שגיאות מערכת והפרעות עלולות לגרום ל-MOSFET לתיקון סינכרוני לכבות לאחר שזרם הפיתול המשני (המשני) עולה על 0, וכתוצאה מכך זרם זרימה הפוכה, המשפיע על היעילות ועל אמינות המערכת.

אותות זיהוי זרם ברמת דיוק גבוהה יכולים לשפר את היעילות והאמינות של המערכת, אך עלות המכשיר תגדל. הדיוק של אות הזיהוי הנוכחי קשור לגורמים הבאים:
①. דיוק וסחיפת טמפרטורה של מתח הייחוס לזיהוי זרם;
②. מתח ההטיה ומתח ההיסט, זרם הטיה וזרם ההיסט, וסחיפת הטמפרטורה של מגבר הזרם;
③. הדיוק והטמפרטורת הסחף של Rdson במתח של ה-MOSFET לתיקון סינכרוני.

בנוסף, מנקודת מבט של המערכת, ניתן לשפר אותו באמצעות בקרה דיגיטלית, שינוי מתח הייחוס לזיהוי זרם ושינוי מתח הנעת MOSFET לתיקון סינכרוני.

כאשר זרם עומס המוצא Io יורד, אם מתח ההנעה של ה-MOSFET הכוח יורד, מתח ההדלקה המקביל של MOSFET Rdson גדל. כפי שמוצג באיור 15, ניתן להימנע מכיבוי מוקדם של ה-MOSFET לתיקון סינכרוני, להפחית את זמן ההולכה של הדיודה הטפילית ולשפר את יעילות המערכת.

הפחתת מתח ההנעה VGS וכיבוי ה-MOSFET לתיקון סינכרוני

ניתן לראות מאיור 14 שכאשר זרם עומס המוצא Io יורד, מתח הייחוס של זיהוי הזרם יורד גם הוא. בדרך זו, כאשר זרם המוצא Io גדול, נעשה שימוש במתח ייחוס גבוה יותר לזיהוי זרם כדי לשפר את דיוק הבקרה; כאשר זרם המוצא Io נמוך, נעשה שימוש במתח ייחוס נמוך יותר לזיהוי זרם. זה יכול גם לשפר את זמן ההולכה של MOSFET לתיקון סינכרוני ולשפר את יעילות המערכת.

כאשר לא ניתן להשתמש בשיטה שלעיל לשיפור, דיודות Schottky יכולות להיות מחוברות במקביל בשני הקצוות של ה-MOSFET לתיקון סינכרוני. לאחר כיבוי ה-MOSFET הסינכרוני מראש, ניתן לחבר דיודת Schottky חיצונית ל-freewheeling.

7. מצב היברידי בקרה משני (משנית) CCM+DCM

נכון לעכשיו, ישנם בעצם שני פתרונות נפוצים לטעינה מהירה של טלפונים ניידים:

(1) שליטה בצד ראשי (ראשי) ומצב עבודה DCM. תיקון סינכרוני צד משני (שני) MOSFET אינו דורש אות סנכרון.

(2) בקרה משנית (משנית), מצב פעולה מעורב CCM+DCM (כאשר זרם העומס במוצא יורד, מ-CCM ל-DCM). ה-MOSFET לתיקון סינכרוני בצד המשני (משני) מונע ישירות, ועקרונות ההיגיון של ההדלקה והכיבוי שלו מוצגים באיור 16:

הפעלת MOSFET היישור הסינכרוני: כאשר המתח של VDS של MOSFET היישור הסינכרוני משתנה מחובי לשלילי, הדיודה הטפילית הפנימית שלו נדלקת. לאחר עיכוב מסוים, ה-MOSFET לתיקון סינכרוני נדלק.

כיבוי MOSFET לתיקון סינכרוני:

① כאשר מתח המוצא נמוך מהערך שנקבע, אות השעון הסינכרוני משמש לשליטה בכיבוי ה-MOSFET ולעבוד במצב CCM.

② כאשר מתח המוצא גדול מהערך שנקבע, אות השעון הסינכרוני מסוכך ושיטת העבודה זהה למצב DCM. האות VDS=-Io*Rdson שולט בכיבוי של MOSFET לתיקון סינכרוני.

צד משני (משני) שולט בכיבוי MOSFET של תיקון סינכרוני

כעת, כולם יודעים איזה תפקיד ממלא MOSFET בכל ה-QC הטעינה המהירה!

לגבי אולוקי

צוות הליבה של Olukey התמקד ברכיבים במשך 20 שנה ומרכזו בשנג'ן. עסק עיקרי: MOSFET, MCU, IGBT והתקנים נוספים. מוצרי הסוכנים העיקריים הם WINSOK ו-Cmsemicon. מוצרים נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה צבאית, בקרה תעשייתית, אנרגיה חדשה, מוצרים רפואיים, 5G, האינטרנט של הדברים, בתים חכמים ומוצרי אלקטרוניקה שונים. בהסתמך על היתרונות של הסוכן הכללי הגלובלי המקורי, אנו מבוססים על השוק הסיני. אנו משתמשים בשירותים המועילים המקיפים שלנו כדי להציג ללקוחותינו רכיבים אלקטרוניים מתקדמים מתקדמים בהייטק, לסייע ליצרנים בייצור מוצרים באיכות גבוהה ולספק שירותים מקיפים.