Olukey: Falemos do papel do MOSFET na arquitectura básica de carga rápida

Estrutura básica da fonte de alimentacióncarga rápidaQC usa flyback + lado secundario (secundario) rectificación síncrona SSR. Para os conversores flyback, segundo o método de mostraxe de retroalimentación, pódese dividir en: regulación do lado primario (primario) e regulación do lado secundario (secundario); segundo a localización do controlador PWM. Pódese dividir en: control do lado primario (primario) e control do lado secundario (secundario). Parece que non ten nada que ver co MOSFET. Entón,Olukeyten que preguntar: onde está o MOSFET escondido? Que papel xogou?

1. Axuste do lado primario (primario) e axuste do lado secundario (secundario).

A estabilidade da tensión de saída require unha ligazón de retroalimentación para enviar a súa información cambiante ao controlador principal PWM para axustar os cambios na tensión de entrada e na carga de saída. Segundo os diferentes métodos de mostraxe de retroalimentación, pódese dividir en axuste do lado primario (primario) e axuste do lado secundario (secundario), como se mostra nas figuras 1 e 2.

Rectificación de diodos do lado secundario (secundario).

O MOSFET de rectificación síncrona SSR colócase na parte inferior

O sinal de retroalimentación da regulación do lado primario (primario) non se toma directamente da tensión de saída, senón do enrolamento auxiliar ou do enrolamento primario primario que mantén unha certa relación proporcional coa tensión de saída. As súas características son:

① Método de retroalimentación indirecta, taxa de regulación de carga deficiente e escasa precisión;

②. Simple e de baixo custo;

③. Non é necesario un optoacoplador de illamento.

O sinal de retroalimentación para a regulación do lado secundario (secundario) tómase directamente da tensión de saída mediante un optoacoplador e TL431. As súas características son:

① Método de retroalimentación directa, boa taxa de regulación de carga, taxa de regulación lineal e alta precisión;

②. O circuíto de axuste é complexo e custoso;

③. É necesario illar o optoacoplador, que presenta problemas de envellecemento co paso do tempo.

2. Rectificación de díodos do lado secundario (secundario) eMOSFETrectificación síncrona SSR

O lado secundario (secundario) do conversor flyback adoita usar a rectificación de diodos debido á gran corrente de saída de carga rápida. Especialmente para carga directa ou carga flash, a corrente de saída é de ata 5 A. Para mellorar a eficiencia, úsase MOSFET en lugar do díodo como rectificador, que se denomina SSR de rectificación síncrona secundaria (secundaria), como se mostra nas figuras 3 e 4.

Rectificación síncrona MOSFET do lado secundario (secundario).

Características da rectificación do diodo secundario (secundario):

①. Simple, non se require ningún controlador de unidade adicional e o custo é baixo;

② Cando a corrente de saída é grande, a eficiencia é baixa;

③. Alta fiabilidade.

Características da rectificación síncrona MOSFET do lado secundario (secundario):

①. Complexo, que require controlador de unidade adicional e custo elevado;

②. Cando a corrente de saída é grande, a eficiencia é alta;

③. En comparación cos díodos, a súa fiabilidade é baixa.

En aplicacións prácticas, o MOSFET do SSR de rectificación síncrona adoita moverse do extremo superior ao extremo inferior para facilitar a condución, como se mostra na Figura 5.

As características do MOSFET de gama alta de rectificación síncrona SSR:

①. Require unidade de arranque ou unidade flotante, o que é caro;

②. Boa EMI.

As características da rectificación síncrona SSR MOSFET colocadas no extremo inferior:

① Unidade directa, unidade sinxela e baixo custo;

②. Pobre EMI.

3. Control do lado primario (primario) e control do lado secundario (secundario).

O controlador principal PWM colócase no lado primario (primario). Esta estrutura chámase control do lado primario (primario). Para mellorar a precisión da tensión de saída, a taxa de regulación de carga e a taxa de regulación lineal, o control do lado primario (primario) require un optoacoplador externo e TL431 para formar un enlace de retroalimentación. O ancho de banda do sistema é pequeno e a velocidade de resposta é lenta.

Se o controlador principal PWM colócase no lado secundario (secundario), o optoacoplador e o TL431 pódense eliminar e a tensión de saída pódese controlar e axustar directamente cunha resposta rápida. Esta estrutura chámase control secundario (secundario).

Características do control do lado primario (primario):

①. Requírese optoacoplador e TL431 e a velocidade de resposta é lenta;

②. A velocidade da protección da saída é lenta.

③. No modo continuo de rectificación síncrona CCM, o lado secundario (secundario) require un sinal de sincronización.

Características do control secundario (secundario):

①. A saída detéctase directamente, non se necesitan optoacopladores nin TL431, a velocidade de resposta é rápida e a velocidade de protección de saída é rápida;

②. O MOSFET de rectificación síncrona do lado secundario (secundario) acciona directamente sen necesidade de sinais de sincronización; Requírense dispositivos adicionais como transformadores de pulso, acopladores magnéticos ou acopladores capacitivos para transmitir os sinais de condución do MOSFET de alta tensión do lado primario (primario).

③. O lado primario (primario) necesita un circuíto de arranque, ou o lado secundario (secundario) ten unha fonte de alimentación auxiliar para o arranque.

4. Modo CCM continuo ou modo DCM discontinuo

O conversor flyback pode funcionar en modo CCM continuo ou en modo DCM discontinuo. Se a corrente no enrolamento secundario (secundario) chega a 0 ao final dun ciclo de conmutación, denomínase modo DCM discontinuo. Se a corrente do enrolamento secundario (secundario) non é 0 ao final dun ciclo de conmutación, denomínase modo CCM continuo, como se mostra nas figuras 8 e 9.

Pódese ver na figura 8 e na figura 9 que os estados de traballo do SSR de rectificación síncrona son diferentes nos diferentes modos de funcionamento do conversor flyback, o que tamén significa que os métodos de control do SSR de rectificación síncrona tamén serán diferentes.

Se se ignora o tempo morto, cando se traballa en modo CCM continuo, o SSR de rectificación síncrona ten dous estados:

①. O MOSFET de alta tensión do lado primario (primario) está activado e o MOSFET de rectificación síncrona do lado secundario (secundario) está desactivado;

②. O MOSFET de alta tensión do lado primario (primario) está desactivado e o MOSFET de rectificación síncrona do lado secundario (secundario) está activado.

Do mesmo xeito, se se ignora o tempo morto, o SSR de rectificación síncrona ten tres estados cando funciona en modo DCM discontinuo:

①. O MOSFET de alta tensión do lado primario (primario) está activado e o MOSFET de rectificación síncrona do lado secundario (secundario) está desactivado;

②. O MOSFET de alta tensión do lado primario (primario) está desactivado e o MOSFET de rectificación síncrona do lado secundario (secundario) está activado;

③. O MOSFET de alta tensión do lado primario (primario) está desactivado e o MOSFET de rectificación síncrona do lado secundario (secundario).

5. SSR de rectificación síncrona do lado secundario (secundario) en modo CCM continuo

Se o conversor flyback de carga rápida funciona no modo CCM continuo, o método de control do lado primario (primario), o MOSFET de rectificación síncrona do lado secundario (secundario) require un sinal de sincronización do lado primario (primario) para controlar o apagado.

Os dous métodos seguintes adoitan usarse para obter o sinal de condución síncrona do lado secundario (secundario):

(1) Use directamente o enrolamento secundario (secundario), como se mostra na Figura 10;

(2) Use compoñentes de illamento adicionais, como transformadores de pulso, para transmitir o sinal de accionamento síncrono do lado primario (primario) ao lado secundario (secundario), como se mostra na Figura 12.

Usando directamente o enrolamento secundario (secundario) para obter o sinal da unidade síncrona, a precisión do sinal da unidade síncrona é moi difícil de controlar e é difícil conseguir unha eficiencia e fiabilidade optimizadas. Algunhas empresas incluso usan controladores dixitais para mellorar a precisión do control, como se mostra na Figura 11 Mostra.

Usar un transformador de pulsos para obter sinais de condución síncronos ten unha alta precisión, pero o custo é relativamente alto.

O método de control do lado secundario (secundario) adoita empregar un transformador de pulso ou un método de acoplamento magnético para transmitir o sinal de accionamento síncrono do lado secundario (secundario) ao lado primario (primario), como se mostra na Figura 7.v.

Use directamente o enrolamento secundario (secundario) para obter o sinal da unidade síncrona

Use directamente o enrolamento secundario (secundario) para obter o sinal de condución síncrona + control dixital

6. SSR de rectificación síncrona do lado secundario (secundario) en modo DCM discontinuo

Se o conversor flyback de carga rápida funciona en modo DCM discontinuo. Independentemente do método de control do lado primario (primario) ou do método de control do lado secundario (secundario), as caídas de tensión D e S do MOSFET de rectificación síncrona pódense detectar e controlar directamente.

(1) Activar o MOSFET de rectificación síncrona

Cando a tensión de VDS do MOSFET de rectificación síncrona cambia de positivo a negativo, o díodo parasitario interno acende e, despois dun certo atraso, acéndese o MOSFET de rectificación síncrona, como se mostra na Figura 13.

(2) Desactivando o MOSFET de rectificación síncrona

Despois de activar o MOSFET de rectificación síncrona, VDS=-Io*Rdson. Cando a corrente do enrolamento secundario (secundario) diminúe a 0, é dicir, cando a tensión do sinal de detección de corrente VDS cambia de negativo a 0, o MOSFET de rectificación síncrona apágase, como se mostra na Figura 13.

Activación e desactivación de MOSFET de rectificación síncrona en modo DCM discontinuo

En aplicacións prácticas, o MOSFET de rectificación síncrona apágase antes de que a corrente do enrolamento secundario (secundario) chegue a 0 (VDS=0). Os valores de tensión de referencia de detección de corrente establecidos por diferentes chips son diferentes, como -20mV, -50mV, -100mV, -200mV, etc.

A tensión de referencia de detección de corrente do sistema é fixa. Canto maior sexa o valor absoluto da tensión de referencia de detección de corrente, menor será o erro de interferencia e mellor será a precisión. Non obstante, cando a corrente de carga de saída Io diminúe, o MOSFET de rectificación síncrona apagarase cunha corrente de saída maior e o seu díodo parasitario interno conducirá durante máis tempo, polo que a eficiencia redúcese, como se mostra na Figura 14.

Tensión de referencia de detección de corrente e tempo de apagado de MOSFET de rectificación síncrona

Ademais, se o valor absoluto da tensión de referencia de detección de corrente é demasiado pequeno. Os erros do sistema e as interferencias poden facer que o MOSFET de rectificación síncrona se apague despois de que a corrente do enrolamento secundario (secundario) supere 0, o que provoca unha corrente de entrada inversa, afectando á eficiencia e á fiabilidade do sistema.

Os sinais de detección de corrente de alta precisión poden mellorar a eficiencia e fiabilidade do sistema, pero o custo do dispositivo aumentará. A precisión do sinal de detección actual está relacionada cos seguintes factores:
①. Precisión e deriva da temperatura da tensión de referencia de detección de corrente;
②. A tensión de polarización e a tensión de compensación, a corrente de polarización e a corrente de compensación e a deriva da temperatura do amplificador de corrente;
③. A precisión e a deriva da temperatura do Rdson en tensión do MOSFET de rectificación síncrona.

Ademais, desde a perspectiva do sistema, pódese mellorar a través do control dixital, cambiando a tensión de referencia de detección de corrente e cambiando a tensión de condución de MOSFET de rectificación síncrona.

Cando a corrente de carga de saída Io diminúe, se a tensión de conducción do MOSFET de potencia diminúe, a tensión de aceso do MOSFET correspondente Rdson aumenta. Como se mostra na Figura 15, é posible evitar o apagado anticipado do MOSFET de rectificación síncrona, reducir o tempo de condución do díodo parasitario e mellorar a eficiencia do sistema.

Redución da tensión de condución VGS e desactivación do MOSFET de rectificación síncrona

Na figura 14 pódese ver que cando a corrente de carga de saída Io diminúe, a tensión de referencia de detección de corrente tamén diminúe. Deste xeito, cando a corrente de saída Io é grande, utilízase unha tensión de referencia de detección de corrente máis alta para mellorar a precisión do control; cando a corrente de saída Io é baixa, utilízase unha tensión de referencia de detección de corrente máis baixa. Tamén pode mellorar o tempo de condución do MOSFET de rectificación síncrona e mellorar a eficiencia do sistema.

Cando o método anterior non se pode usar para mellorar, os díodos Schottky tamén se poden conectar en paralelo nos dous extremos do MOSFET de rectificación síncrona. Despois de que o MOSFET de rectificación síncrona se apague previamente, pódese conectar un díodo Schottky externo para rodar libremente.

7. Modo híbrido CCM+DCM de control secundario (secundario).

Actualmente, hai basicamente dúas solucións de uso común para a carga rápida de teléfonos móbiles:

(1) Control do lado primario (primario) e modo de traballo DCM. O MOSFET de rectificación síncrona do lado secundario (secundario) non require un sinal de sincronización.

(2) Control secundario (secundario), modo operativo mixto CCM+DCM (cando a corrente de carga de saída diminúe, de CCM a DCM). O MOSFET de rectificación síncrona do lado secundario (secundario) acciona directamente e os seus principios lóxicos de acendido e apagado móstranse na Figura 16:

Activación do MOSFET de rectificación síncrona: cando a tensión de VDS do MOSFET de rectificación síncrona cambia de positivo a negativo, o seu díodo parasitario interno acende. Despois dun certo atraso, acéndese o MOSFET de rectificación síncrona.

Desactivando o MOSFET de rectificación síncrona:

① Cando a tensión de saída é inferior ao valor establecido, o sinal de reloxo síncrono úsase para controlar o apagado do MOSFET e traballar en modo CCM.

② Cando a tensión de saída é maior que o valor definido, o sinal do reloxo síncrono está protexido e o método de traballo é o mesmo que o modo DCM. O sinal VDS=-Io*Rdson controla o apagado do MOSFET de rectificación síncrona.

O lado secundario (secundario) controla o apagado MOSFET de rectificación síncrona

Agora, todo o mundo sabe o papel que xoga o MOSFET en todo o control de calidade de carga rápida.

Sobre Olukey

O equipo principal de Olukey centrouse nos compoñentes durante 20 anos e ten a súa sede en Shenzhen. Negocio principal: MOSFET, MCU, IGBT e outros dispositivos. Os principais produtos axentes son WINSOK e Cmsemicon. Os produtos son amplamente utilizados na industria militar, control industrial, novas enerxías, produtos médicos, 5G, Internet das cousas, casas intelixentes e varios produtos electrónicos de consumo. Baseándose nas vantaxes do axente xeral global orixinal, estamos baseados no mercado chinés. Usamos os nosos servizos vantaxosos para presentar aos nosos clientes diversos compoñentes electrónicos avanzados de alta tecnoloxía, axudar aos fabricantes a producir produtos de alta calidade e ofrecer servizos completos.