Olukey: Parlem del paper del MOSFET en l'arquitectura bàsica de càrrega ràpida

L'estructura bàsica de la font d'alimentaciócàrrega ràpidaQC utilitza flyback + rectificació síncrona del costat secundari (secundari) SSR. Per als convertidors flyback, segons el mètode de mostreig de retroalimentació, es pot dividir en: regulació del costat primari (primària) i regulació del costat secundari (secundària); segons la ubicació del controlador PWM. Es pot dividir en: control del costat primari (primari) i control del costat secundari (secundari). Sembla que no té res a veure amb MOSFET. Així,Olukeys'ha de preguntar: On està amagat el MOSFET? Quin paper va jugar?

1. Ajust del costat primari (primari) i ajust del costat secundari (secundari).

L'estabilitat de la tensió de sortida requereix un enllaç de retroalimentació per enviar la seva informació canviant al controlador principal PWM per ajustar els canvis en la tensió d'entrada i la càrrega de sortida. Segons els diferents mètodes de mostreig de retroalimentació, es pot dividir en ajust primari (primari) i ajust secundari (secundari), tal com es mostra a les figures 1 i 2.

Rectificació del díode secundari (secundari).

El MOSFET de rectificació síncrona SSR es col·loca a la part inferior

El senyal de retroalimentació de la regulació del costat primari (primari) no es pren directament de la tensió de sortida, sinó del bobinat auxiliar o del bobinatge primari primari que manté una certa relació proporcional amb la tensió de sortida. Les seves característiques són:

① Mètode de retroalimentació indirecta, baixa taxa de regulació de càrrega i poca precisió;

②. Simple i de baix cost;

③. No cal un optoacoblador d'aïllament.

El senyal de retroalimentació per a la regulació del costat secundari (secundària) es pren directament de la tensió de sortida mitjançant un optoacoblador i TL431. Les seves característiques són:

① Mètode de retroalimentació directa, bona taxa de regulació de càrrega, taxa de regulació lineal i alta precisió;

②. El circuit d'ajust és complex i costós;

③. Cal aïllar l'optoacoblador, que presenta problemes d'envelliment amb el temps.

2. Rectificació de díodes del costat secundari (secundari) iMOSFETSSR de rectificació síncrona

El costat secundari (secundari) del convertidor flyback sol utilitzar la rectificació de díodes a causa del gran corrent de sortida de càrrega ràpida. Especialment per a la càrrega directa o la càrrega de flaix, el corrent de sortida és de fins a 5 A. Per tal de millorar l'eficiència, s'utilitza MOSFET en lloc del díode com a rectificador, que s'anomena SSR de rectificació síncrona secundària (secundària), tal com es mostra a les figures 3 i 4.

Rectificació síncrona MOSFET del costat secundari (secundari).

Característiques de la rectificació del díode secundari (secundari):

①. Simple, no es requereix cap controlador d'accionament addicional i el cost és baix;

② Quan el corrent de sortida és gran, l'eficiència és baixa;

③. Alta fiabilitat.

Característiques de la rectificació síncrona MOSFET del costat secundari (secundària):

①. Complex, que requereix un controlador d'accionament addicional i un cost elevat;

②. Quan el corrent de sortida és gran, l'eficiència és alta;

③. En comparació amb els díodes, la seva fiabilitat és baixa.

En aplicacions pràctiques, el MOSFET del SSR de rectificació síncrona se sol moure de l'extrem alt a l'extrem baix per facilitar la conducció, tal com es mostra a la figura 5.

Les característiques del MOSFET de gamma alta de rectificació síncrona SSR:

①. Requereix una unitat d'arrencada o una unitat flotant, que és costosa;

②. Bona EMI.

Les característiques de rectificació síncrona SSR MOSFET col·locats a l'extrem baix:

① Conducció directa, conducció senzilla i baix cost;

②. Pobre EMI.

3. Control del costat primari (primari) i control del costat secundari (secundari).

El controlador principal PWM es col·loca al costat primari (primari). Aquesta estructura s'anomena control del costat primari (primari). Per tal de millorar la precisió de la tensió de sortida, la taxa de regulació de càrrega i la taxa de regulació lineal, el control del costat primari (primari) requereix un optoacoblador extern i TL431 per formar un enllaç de retroalimentació. L'ample de banda del sistema és petit i la velocitat de resposta és lenta.

Si el controlador principal PWM es col·loca al costat secundari (secundari), es poden eliminar l'optoacoblador i el TL431 i la tensió de sortida es pot controlar i ajustar directament amb una resposta ràpida. Aquesta estructura s'anomena control secundari (secundari).

Característiques del control del costat primari (primari):

①. Es requereix un optoacoblador i TL431 i la velocitat de resposta és lenta;

②. La velocitat de protecció de sortida és lenta.

③. En el mode continu de rectificació síncrona CCM, el costat secundari (secundari) requereix un senyal de sincronització.

Característiques del control secundari (secundari):

①. La sortida es detecta directament, no es necessita cap optoacoblador i TL431, la velocitat de resposta és ràpida i la velocitat de protecció de sortida és ràpida;

②. El MOSFET de rectificació síncrona del costat secundari (secundari) s'acciona directament sense necessitat de senyals de sincronització; Es requereixen dispositius addicionals com transformadors d'impulsos, acoblaments magnètics o acobladors capacitius per transmetre els senyals de conducció del MOSFET d'alta tensió del costat primari (primari).

③. El costat primari (primari) necessita un circuit d'arrencada, o el costat secundari (secundari) té una font d'alimentació auxiliar per a l'arrencada.

4. Mode CCM continu o mode DCM discontinu

El convertidor flyback pot funcionar en mode CCM continu o en mode DCM discontinu. Si el corrent al bobinatge secundari (secundari) arriba a 0 al final d'un cicle de commutació, s'anomena mode DCM discontinu. Si el corrent del bobinatge secundari (secundari) no és 0 al final d'un cicle de commutació, s'anomena mode CCM continu, tal com es mostra a les figures 8 i 9.

A la figura 8 i a la figura 9 es pot veure que els estats de treball del SSR de rectificació síncrona són diferents en els diferents modes de funcionament del convertidor flyback, el que també significa que els mètodes de control del SSR de rectificació síncrona també seran diferents.

Si s'ignora el temps mort, quan es treballa en mode CCM continu, el SSR de rectificació síncrona té dos estats:

①. El MOSFET d'alta tensió del costat primari (primari) està activat i el MOSFET de rectificació síncrona del costat secundari (secundari) està desactivat;

②. S'apaga el MOSFET d'alta tensió del costat primari (primari) i s'activa el MOSFET de rectificació síncrona del costat secundari (secundari).

De la mateixa manera, si s'ignora el temps mort, el SSR de rectificació síncrona té tres estats quan funciona en mode DCM discontinu:

①. El MOSFET d'alta tensió del costat primari (primari) està activat i el MOSFET de rectificació síncrona del costat secundari (secundari) està desactivat;

②. S'apaga el MOSFET d'alta tensió del costat primari (primari) i s'activa el MOSFET de rectificació síncrona del costat secundari (secundari);

③. El MOSFET d'alta tensió del costat primari (primari) s'apaga i el MOSFET de rectificació síncrona del costat secundari (secundari) s'apaga.

5. SSR de rectificació síncrona del costat secundari (secundari) en mode CCM continu

Si el convertidor flyback de càrrega ràpida funciona en el mode CCM continu, el mètode de control del costat primari (primari), el MOSFET de rectificació síncrona del costat secundari (secundari) requereix un senyal de sincronització del costat primari (primari) per controlar l'apagada.

Els dos mètodes següents s'utilitzen normalment per obtenir el senyal d'accionament síncron del costat secundari (secundari):

(1) Utilitzeu directament el bobinatge secundari (secundari), tal com es mostra a la figura 10;

(2) Utilitzeu components d'aïllament addicionals, com ara transformadors d'impulsos, per transmetre el senyal d'accionament síncron del costat primari (primari) al costat secundari (secundari), tal com es mostra a la figura 12.

Utilitzant directament el bobinatge secundari (secundari) per obtenir el senyal de la unitat síncrona, la precisió del senyal de la unitat síncrona és molt difícil de controlar i és difícil aconseguir una eficiència i fiabilitat optimitzades. Algunes empreses fins i tot utilitzen controladors digitals per millorar la precisió del control, tal com es mostra a la Figura 11 Mostra.

L'ús d'un transformador d'impulsos per obtenir senyals de conducció sincrònics té una gran precisió, però el cost és relativament elevat.

El mètode de control del costat secundari (secundari) normalment utilitza un transformador de polsos o un mètode d'acoblament magnètic per transmetre el senyal d'accionament síncron des del costat secundari (secundari) al costat primari (primari), tal com es mostra a la figura 7.v.

Utilitzeu directament el bobinatge secundari (secundari) per obtenir el senyal d'accionament síncron

Utilitzeu directament el bobinatge secundari (secundari) per obtenir el senyal d'accionament síncron + control digital

6. SSR de rectificació síncrona del costat secundari (secundari) en mode DCM discontinu

Si el convertidor flyback de càrrega ràpida funciona en mode DCM discontinu. Independentment del mètode de control del costat primari (primari) o del mètode de control del costat secundari (secundari), les caigudes de tensió D i S del MOSFET de rectificació síncrona es poden detectar i controlar directament.

(1) Encendre el MOSFET de rectificació síncrona

Quan la tensió de VDS del MOSFET de rectificació síncrona canvia de positiu a negatiu, el díode paràsit intern s'encén i, després d'un cert retard, el MOSFET de rectificació síncrona s'encén, tal com es mostra a la figura 13.

(2) Desactivació del MOSFET de rectificació síncrona

Després d'encendre el MOSFET de rectificació síncrona, VDS=-Io*Rdson. Quan el corrent del bobinatge secundari (secundari) disminueix a 0, és a dir, quan la tensió del senyal de detecció de corrent VDS canvia de negatiu a 0, el MOSFET de rectificació síncrona s'apaga, tal com es mostra a la figura 13.

Activació i desactivació del MOSFET de rectificació síncrona en mode DCM discontinu

En aplicacions pràctiques, el MOSFET de rectificació síncrona s'apaga abans que el corrent del bobinatge secundari (secundari) arribi a 0 (VDS=0). Els valors de tensió de referència de detecció actual establerts per diferents xips són diferents, com ara -20mV, -50mV, -100mV, -200mV, etc.

La tensió de referència de detecció de corrent del sistema és fixa. Com més gran sigui el valor absolut de la tensió de referència de detecció de corrent, menor serà l'error d'interferència i millor serà la precisió. Tanmateix, quan el corrent de càrrega de sortida Io disminueix, el MOSFET de rectificació síncrona s'apagarà amb un corrent de sortida més gran i el seu díode paràsit intern conduirà durant més temps, de manera que l'eficiència es redueix, tal com es mostra a la figura 14.

Tensió de referència de detecció de corrent i temps d'apagat MOSFET de rectificació síncrona

A més, si el valor absolut de la tensió de referència de detecció de corrent és massa petit. Els errors del sistema i les interferències poden fer que el MOSFET de rectificació síncrona s'apagui després que el corrent del bobinatge secundari (secundari) superi 0, donant lloc a un corrent d'entrada inversa, afectant l'eficiència i la fiabilitat del sistema.

Els senyals de detecció de corrent d'alta precisió poden millorar l'eficiència i la fiabilitat del sistema, però el cost del dispositiu augmentarà. La precisió del senyal de detecció actual està relacionada amb els factors següents:
①. Precisió i deriva de temperatura de la tensió de referència de detecció de corrent;
②. La tensió de polarització i la tensió de compensació, el corrent de polarització i el corrent de compensació i la deriva de temperatura de l'amplificador de corrent;
③. La precisió i la deriva de temperatura del Rdson en tensió del MOSFET de rectificació síncrona.

A més, des de la perspectiva del sistema, es pot millorar mitjançant el control digital, canviant la tensió de referència de detecció de corrent i canviant la tensió de conducció MOSFET de rectificació síncrona.

Quan el corrent de càrrega de sortida Io disminueix, si disminueix la tensió de conducció del MOSFET de potència, augmenta la tensió d'encesa del MOSFET corresponent Rdson. Com es mostra a la figura 15, és possible evitar l'aturada anticipada del MOSFET de rectificació síncrona, reduir el temps de conducció del díode paràsit i millorar l'eficiència del sistema.

Reduint la tensió de conducció VGS i apagant el MOSFET de rectificació síncrona

A la figura 14 es pot veure que quan el corrent de càrrega de sortida Io disminueix, la tensió de referència de detecció de corrent també disminueix. D'aquesta manera, quan el corrent de sortida Io és gran, s'utilitza una tensió de referència de detecció de corrent més alta per millorar la precisió del control; quan el corrent de sortida Io és baix, s'utilitza una tensió de referència de detecció de corrent més baixa. També pot millorar el temps de conducció del MOSFET de rectificació síncrona i millorar l'eficiència del sistema.

Quan el mètode anterior no es pot utilitzar per millorar, els díodes Schottky també es poden connectar en paral·lel als dos extrems del MOSFET de rectificació síncrona. Després d'apagar el MOSFET de rectificació síncrona per endavant, es pot connectar un díode Schottky extern per a la roda lliure.

7. Mode híbrid CCM+DCM de control secundari (secundari).

Actualment, hi ha bàsicament dues solucions d'ús habitual per a la càrrega ràpida de telèfons mòbils:

(1) Control del costat primari (primari) i mode de treball DCM. El MOSFET de rectificació síncrona del costat secundari (secundari) no requereix un senyal de sincronització.

(2) Control secundari (secundari), mode de funcionament mixt CCM + DCM (quan el corrent de càrrega de sortida disminueix, de CCM a DCM). El MOSFET de rectificació síncrona del costat secundari (secundari) s'acciona directament, i els seus principis lògics d'encesa i apagat es mostren a la figura 16:

Encendre el MOSFET de rectificació síncrona: quan la tensió de VDS del MOSFET de rectificació síncrona canvia de positiu a negatiu, el seu díode paràsit intern s'encén. Després d'un cert retard, s'activa el MOSFET de rectificació síncrona.

Desactivació del MOSFET de rectificació síncrona:

① Quan la tensió de sortida és inferior al valor establert, el senyal de rellotge síncron s'utilitza per controlar l'apagada del MOSFET i treballar en mode CCM.

② Quan la tensió de sortida és superior al valor establert, el senyal del rellotge síncron està protegit i el mètode de treball és el mateix que el mode DCM. El senyal VDS=-Io*Rdson controla l'aturada del MOSFET de rectificació síncrona.

El costat secundari (secundari) controla l'apagat del MOSFET de rectificació síncrona

Ara, tothom sap quin paper juga el MOSFET en tot el control de qualitat de càrrega ràpida!

Sobre Olukey

L'equip principal d'Olukey s'ha centrat en components durant 20 anys i té la seu a Shenzhen. Negoci principal: MOSFET, MCU, IGBT i altres dispositius. Els principals productes d'agent són WINSOK i Cmsemicon. Els productes s'utilitzen àmpliament a la indústria militar, control industrial, noves energies, productes mèdics, 5G, Internet de les coses, cases intel·ligents i diversos productes electrònics de consum. Basant-nos en els avantatges de l'agent general global original, ens basem en el mercat xinès. Utilitzem els nostres serveis avantatjosos complets per introduir diversos components electrònics avançats d'alta tecnologia als nostres clients, ajudar els fabricants a produir productes d'alta qualitat i oferir serveis integrals.