Olukey: Atong hisgutan ang bahin sa papel sa MOSFET sa batakang arkitektura sa paspas nga pag-charge

Ang sukaranan nga istruktura sa suplay sa kuryente sapaspas nga pag-chargeAng QC naggamit sa flyback + secondary side (secondary) synchronous rectification SSR. Para sa flyback converters, sumala sa feedback sampling method, kini mahimong bahinon sa: primary side (primary) regulation ug secondary side (secondary) regulation; sumala sa nahimutangan sa PWM controller. Mahimong bahinon kini sa: panguna nga bahin (panguna) nga kontrol ug ikaduha nga bahin (ikaduha) nga kontrol. Morag walay labot sa MOSFET. Busa,Olukeykinahanglan mangutana: Asa ang MOSFET gitago? Unsay papel niini?

1. Primary nga bahin (primary) adjustment ug secondary side (secondary) adjustment

Ang kalig-on sa output boltahe nanginahanglan usa ka link sa feedback aron ipadala ang nagbag-o nga kasayuran sa PWM main controller aron ma-adjust ang mga pagbag-o sa input boltahe ug output load. Sumala sa lain-laing mga pamaagi sa sampling feedback, kini mahimong bahinon ngadto sa nag-unang bahin (panguna) adjustment ug ikaduha nga kilid (ikaduha) adjustment, sama sa gipakita sa Figures 1 ug 2.

Secondary side (secondary) diode rectification

Ang SSR synchronous rectification MOSFET gibutang sa ubos

Ang feedback signal sa nag-unang kilid (panguna) nga regulasyon dili direkta nga gikuha gikan sa output boltahe, apan gikan sa auxiliary winding o ang nag-unang nag-unang winding nga nagmintinar sa usa ka piho nga proporsyonal nga relasyon sa output boltahe. Ang mga kinaiya niini mao ang:

① Dili direkta nga paagi sa feedback, dili maayo nga rate sa regulasyon sa pagkarga ug dili maayo nga katukma;

②. Yano ug ubos nga gasto;

③. Dili kinahanglan alang sa isolation optocoupler.

Ang feedback signal alang sa secondary side (secondary) nga regulasyon gikuha direkta gikan sa output boltahe gamit ang optocoupler ug TL431. Ang mga kinaiya niini mao ang:

① Direktang paagi sa feedback, maayo nga load regulation rate, linear regulation rate, ug high precision;

②. Ang adjustment circuit komplikado ug mahal;

③. Gikinahanglan nga ihimulag ang optocoupler, nga adunay mga problema sa pagkatigulang sa paglabay sa panahon.

2. Secondary side (secondary) diode rectification ugMOSFETsynchronous rectification SSR

Ang ikaduha nga kilid (ikaduha) sa flyback converter kasagaran naggamit sa diode rectification tungod sa dako nga output nga kasamtangan sa paspas nga pag-charge. Ilabi na alang sa direkta nga pag-charge o flash charging, ang output nga kasamtangan sama ka taas sa 5A. Aron mapauswag ang kahusayan, gigamit ang MOSFET imbes nga ang diode ingon ang rectifier, nga gitawag nga sekondarya (ikaduha) nga synchronous rectification SSR, ingon sa gipakita sa Mga Figure 3 ug 4.

Secondary side (secondary) MOSFET synchronous rectification

Mga kinaiya sa ikaduha nga kilid (ikaduha) nga pagtul-id sa diode:

①. Yano, walay dugang nga drive controller ang gikinahanglan, ug ang gasto mao ang ubos;

② Kung ang output karon dako, ang kahusayan gamay;

③. Taas nga kasaligan.

Mga bahin sa ikaduha nga kilid (ikaduha) MOSFET kasabay nga pagtul-id:

①. Komplikado, nanginahanglan dugang nga drive controller ug taas nga gasto;

②. Kung ang output karon dako, ang kahusayan taas;

③. Kung itandi sa mga diode, ang ilang pagkakasaligan gamay.

Sa praktikal nga mga aplikasyon, ang MOSFET sa synchronous rectification SSR kasagaran gibalhin gikan sa taas nga tumoy ngadto sa ubos nga tumoy aron mapadali ang pagmaneho, sama sa gipakita sa Figure 5.

Ang mga kinaiya sa high-end nga MOSFET sa synchronous rectification SSR:

①. Nagkinahanglan kini og bootstrap drive o floating drive, nga mahal;

②. Maayong EMI.

Ang mga kinaiya sa synchronous rectification SSR MOSFET gibutang sa ubos nga tumoy:

① Direkta nga pagmaneho, yano nga pagmaneho ug mubu nga gasto;

②. Kabus nga EMI.

3. Panguna nga kiliran (primary) nga pagkontrol ug segundaryong kilid (ikaduha) nga pagkontrol

Ang PWM main controller gibutang sa nag-unang bahin (primary). Kini nga istruktura gitawag nga panguna nga bahin (panguna) nga kontrol. Aron mapauswag ang katukma sa output boltahe, load regulation rate, ug linear regulation rate, ang panguna nga kiliran (primary) nga kontrol nanginahanglan usa ka eksternal nga optocoupler ug TL431 aron maporma ang usa ka link sa feedback. Ang bandwidth sa sistema gamay ug ang katulin sa pagtubag hinay.

Kung ang PWM main controller ibutang sa secondary side (secondary), ang optocoupler ug TL431 mahimong tangtangon, ug ang output boltahe mahimong direktang kontrolado ug adjust sa paspas nga tubag. Kini nga istruktura gitawag nga sekondarya (secondary) nga kontrol.

Panguna nga bahin (primary) nga pagkontrol

Mga bahin sa panguna nga bahin (panguna) nga pagkontrol:

①. Ang Optocoupler ug TL431 gikinahanglan, ug ang katulin sa pagtubag hinay;

②. Ang katulin sa pagpanalipod sa output hinay.

③. Sa dungan nga pagtul-id padayon nga mode CCM, ang sekondaryang bahin (ikaduha) nanginahanglan usa ka signal sa pag-synchronize.

Mga bahin sa sekondarya (secondary) nga pagkontrol:

①. Ang output direkta nga nakit-an, walay optocoupler ug TL431 ang gikinahanglan, ang katulin sa pagtubag paspas, ug ang gikusgon sa pagpanalipod sa output paspas;

②. Ang ikaduha nga kilid (ikaduha) kadungan nga pagtul-id MOSFET direkta nga gimaneho nga wala kinahanglana ang mga signal sa pag-synchronize; dugang nga mga himan sama sa mga pulse transformer, magnetic couplings o capacitive couplers gikinahanglan aron mapasa ang mga signal sa pagmaneho sa panguna nga bahin (panguna) nga taas nga boltahe nga MOSFET.

③. Ang panguna nga bahin (panguna) nanginahanglan usa ka pagsugod nga sirkito, o ang ikaduha nga bahin (ikaduha) adunay usa ka auxiliary nga suplay sa kuryente alang sa pagsugod.

4. Padayon nga CCM mode o discontinuous DCM mode

Ang flyback converter mahimong mulihok sa padayon nga CCM mode o discontinuous DCM mode. Kung ang kasamtangan sa secondary (secondary) winding moabot sa 0 sa katapusan sa switching cycle, gitawag kini nga discontinuous DCM mode. Kung ang kasamtangan sa secondary (secondary) winding dili 0 sa katapusan sa switching cycle, kini gitawag nga padayon nga CCM mode, sama sa gipakita sa Figures 8 ug 9.

Makita gikan sa Figure 8 ug Figure 9 nga ang working states sa synchronous rectification SSR lahi sa lain-laing mga operating mode sa flyback converter, nga nagpasabot usab nga ang mga pamaagi sa pagkontrol sa synchronous rectification SSR magkalahi usab.

Kung ang patay nga oras wala panumbalinga, sa diha nga nagtrabaho sa padayon nga CCM mode, ang synchronous rectification SSR adunay duha ka estado:

①. Ang nag-una nga bahin (panguna) nga taas nga boltahe nga MOSFET gi-on, ug ang ikaduha nga kilid (ikaduha) nga kasabay nga pagtul-id nga MOSFET gipalong;

②. Ang panguna nga bahin (panguna) nga taas nga boltahe nga MOSFET gipalong, ug ang ikaduha nga kilid (ikaduha) nga kasabay nga pagtul-id nga MOSFET gi-on.

Sa susama, kung ang patay nga oras wala panumbalinga, ang synchronous rectification SSR adunay tulo ka estado sa diha nga naglihok sa discontinuous DCM mode:

①. Ang nag-una nga bahin (panguna) nga taas nga boltahe nga MOSFET gi-on, ug ang ikaduha nga kilid (ikaduha) nga kasabay nga pagtul-id nga MOSFET gipalong;

②. Ang nag-una nga kilid (panguna) nga taas nga boltahe nga MOSFET gipalong, ug ang ikaduha nga kilid (ikaduha) nga kasabay nga pagtul-id nga MOSFET gi-on;

③. Ang nag-una nga kilid (panguna) nga taas nga boltahe nga MOSFET gipalong, ug ang ikaduha nga kilid (ikaduha) nga kasabay nga pagtul-id nga MOSFET gipalong.

5. Secondary side (secondary) synchronous rectification SSR sa padayon nga CCM mode

Kung ang paspas nga bayad nga flyback converter naglihok sa padayon nga CCM mode, ang panguna nga bahin (panguna) nga pamaagi sa pagkontrol, ang ikaduha nga bahin (ikaduha) nga dungan nga pagtul-id nga MOSFET nanginahanglan usa ka signal sa pag-synchronize gikan sa panguna nga bahin (panguna) aron makontrol ang pagsira.

Ang mosunod nga duha ka mga pamaagi kasagarang gigamit aron makuha ang synchronous drive signal sa secondary side (secondary):

(1) Direkta nga gamiton ang sekondarya (secondary) winding, ingon sa gipakita sa Figure 10;

(2) Gamita ang dugang nga isolation components sama sa pulse transformers aron ipadala ang synchronous drive signal gikan sa primary side (primary) ngadto sa secondary side (secondary), sama sa gipakita sa Figure 12.

Direkta nga gigamit ang sekondarya (secondary) winding aron makuha ang synchronous drive signal, ang katukma sa synchronous drive signal lisud kaayo kontrolon, ug lisud nga makab-ot ang na-optimize nga kahusayan ug kasaligan. Ang ubang mga kompaniya naggamit pa gani ug digital controllers aron mapalambo ang pagkontrolar sa katukma, sama sa gipakita sa Figure 11 Show.

Ang paggamit sa usa ka pulse transformer aron makakuha og kasabay nga mga signal sa pagmaneho adunay taas nga katukma, apan ang gasto medyo taas.

Ang ikaduha nga kilid (ikaduha) nga pamaagi sa pagkontrol kasagaran naggamit sa usa ka pulse transformer o magnetic coupling nga pamaagi aron ipadala ang synchronous drive signal gikan sa ikaduhang kilid (secondary) ngadto sa nag-unang kilid (primary), ingon sa gipakita sa Figure 7.v

Direkta nga gamiton ang sekondarya (secondary) winding aron makuha ang synchronous drive signal

Direkta nga gamiton ang sekondarya (secondary) winding aron makuha ang synchronous drive signal + digital control

6. Secondary side (secondary) synchronous rectification SSR sa discontinuous DCM mode

Kung ang paspas nga bayad nga flyback converter naglihok sa wala’y pagpadayon nga DCM mode. Dili igsapayan ang panguna nga bahin (panguna) nga pamaagi sa pagkontrol o ang ikaduha nga bahin (ikaduha) nga pamaagi sa pagkontrol, ang D ug S nga pag-ubos sa boltahe sa dungan nga pagtul-id nga MOSFET mahimong direkta nga makit-an ug makontrol.

(1) Pag-on sa dungan nga pagtul-id nga MOSFET

Kung ang boltahe sa VDS sa dungan nga pagtul-id MOSFET mausab gikan sa positibo ngadto sa negatibo, ang internal nga parasitic diode mo-on, ug human sa usa ka paglangan, ang synchronous rectification MOSFET mo-on, sama sa gipakita sa Figure 13.

(2) Pagpalong sa dungan nga pagtul-id MOSFET

Human ma-on ang synchronous rectification MOSFET, VDS=-Io*Rdson. Kung ang sekondarya (ikaduha) nga winding current mikunhod ngadto sa 0, nga mao, kung ang boltahe sa kasamtangan nga detection signal VDS mausab gikan sa negatibo ngadto sa 0, ang synchronous rectification MOSFET mopalong, sama sa gipakita sa Figure 13.

Pag-on ug pagpalong sa kadungan nga pagtul-id nga MOSFET sa discontinuous DCM mode

Sa praktikal nga mga aplikasyon, ang synchronous rectification MOSFET mapalong sa dili pa ang secondary (secondary) winding current moabot sa 0 (VDS=0). Ang kasamtangan nga detection reference boltahe nga mga bili nga gitakda sa lain-laing mga chips lahi, sama sa -20mV, -50mV, -100mV, -200mV, etc.

Ang kasamtangan nga detection reference boltahe sa sistema gitakda. Kon mas dako ang hingpit nga bili sa kasamtangan nga detection reference voltage, mas gamay ang interference error ug mas maayo ang katukma. Apan, sa diha nga ang output load kasamtangan nga Io mikunhod, ang synchronous rectification MOSFET mopalong sa usa ka mas dako nga output kasamtangan, ug ang iyang internal nga parasitic diode magpahigayon alang sa usa ka mas taas nga panahon, mao nga ang efficiency pagkunhod, sama sa gipakita sa Figure 14.

Current sensing reference voltage ug synchronous rectification MOSFET turn-off time

Dugang pa, kon ang hingpit nga bili sa kasamtangan nga detection reference boltahe gamay ra kaayo. Ang mga kasaypanan sa sistema ug pagpanghilabot mahimong hinungdan nga ang kadungan nga pagtul-id sa MOSFET mapatay pagkahuman sa sekondarya (ikaduha) nga winding current nga molapas sa 0, nga moresulta sa reverse inflow nga kasamtangan, makaapekto sa kahusayan ug kasaligan sa sistema.

Ang high-precision nga kasamtangan nga detection signal makapauswag sa kahusayan ug kasaligan sa sistema, apan ang gasto sa device motaas. Ang katukma sa kasamtangan nga signal sa detection nalangkit sa mosunod nga mga hinungdan:
①. Katumpakan ug temperatura drift sa kasamtangan nga detection reference boltahe;
②. Ang bias boltahe ug offset boltahe, bias kasamtangan ug offset kasamtangan, ug temperatura drift sa kasamtangan nga amplifier;
③. Ang katukma ug temperatura drift sa on-voltage Rdson sa synchronous rectification MOSFET.

Dugang pa, gikan sa perspektibo sa sistema, kini mahimong mapauswag pinaagi sa digital control, pagbag-o sa kasamtangan nga detection reference voltage, ug pag-usab sa synchronous rectification MOSFET driving voltage.

Sa diha nga ang output load kasamtangan Io mikunhod, kon ang nagmaneho boltahe sa gahum MOSFET mikunhod, ang katugbang nga MOSFET turn-on boltahe Rdson pagtaas. Ingon sa gipakita sa Figure 15, posible nga malikayan ang sayo nga pagsira sa dungan nga pagtul-id nga MOSFET, pagpakunhod sa oras sa pagpadagan sa parasitic diode, ug pagpauswag sa kahusayan sa sistema.

Ang pagkunhod sa boltahe sa pagmaneho VGS ug pagpalong sa dungan nga pagtul-id nga MOSFET

Kini makita gikan sa Figure 14 nga sa diha nga ang output load kasamtangan Io mikunhod, ang kasamtangan nga detection reference boltahe usab mikunhod. Sa niini nga paagi, sa diha nga ang output kasamtangan nga Io mao ang dako, ang usa ka mas taas nga kasamtangan nga detection reference boltahe gigamit sa pagpalambo sa kontrol tukma; sa diha nga ang output kasamtangan nga Io mao ang ubos, usa ka ubos nga kasamtangan nga detection reference boltahe gigamit. Mahimo usab nga mapaayo ang oras sa pagpadagan sa dungan nga pagtul-id nga MOSFET ug mapaayo ang kahusayan sa sistema.

Kung ang pamaagi sa ibabaw dili magamit alang sa pag-uswag, ang Schottky diodes mahimo usab nga konektado nga managsama sa duha ka tumoy sa synchronous rectification MOSFET. Human nga ang kadungan nga pagtul-id nga MOSFET gipalong daan, ang usa ka eksternal nga Schottky diode mahimong konektado alang sa freewheeling.

7. Secondary (secondary) control CCM + DCM hybrid mode

Sa pagkakaron, adunay duha ka sagad nga gigamit nga solusyon alang sa paspas nga pag-charge sa mobile phone:

(1) Panguna nga bahin (panguna) nga kontrol ug DCM working mode. Ang ikaduha nga kilid (ikaduha) nga kasabay nga pagtul-id sa MOSFET wala magkinahanglan usa ka signal sa pag-synchronize.

(2) Secondary (secondary) control, CCM + DCM mixed operating mode (sa diha nga ang output load kasamtangan mikunhod, gikan sa CCM ngadto sa DCM). Ang ikaduha nga kilid (ikaduha) kadungan nga pagtul-id MOSFET direkta nga gimaneho, ug ang turn-on ug turn-off nga mga prinsipyo sa lohika gipakita sa Figure 16:

Pag-on sa synchronous rectification MOSFET: Kung ang boltahe sa VDS sa synchronous rectification MOSFET mausab gikan sa positibo ngadto sa negatibo, ang internal parasitic diode niini mo-on. Human sa usa ka paglangan, ang dungan nga pagtul-id MOSFET mo-on.

Pag-off sa dungan nga pagtul-id nga MOSFET:

① Kung ang output boltahe mas ubos sa gitakda nga kantidad, ang synchronous nga signal sa orasan gigamit aron makontrol ang pagpalong sa MOSFET ug magtrabaho sa CCM mode.

② Kung ang output boltahe mas dako kaysa sa gitakda nga kantidad, ang synchronous nga signal sa orasan gipanalipdan ug ang pamaagi sa pagtrabaho parehas sa DCM mode. Ang VDS=-Io*Rdson signal nagkontrol sa pagsira sa synchronous rectification MOSFET.

Ang ikaduha nga kilid (ikaduha) nagkontrol sa dungan nga pagtul-id sa MOSFET turn-off

Karon, nahibal-an na sa tanan kung unsa ang papel sa MOSFET sa tibuuk nga paspas nga pag-charge sa QC!

Mahitungod kang Olukey

Ang core team ni Olukey naka-focus sa mga component sulod sa 20 ka tuig ug naka-headquarter sa Shenzhen. Panguna nga negosyo: MOSFET, MCU, IGBT ug uban pang mga aparato. Ang nag-unang ahente nga mga produkto mao ang WINSOK ug Cmsemicon. Ang mga produkto kaylap nga gigamit sa industriya sa militar, pagkontrol sa industriya, bag-ong enerhiya, mga produktong medikal, 5G, Internet of Things, mga balay nga intelihente, ug lain-laing mga produkto sa consumer electronics. Nagsalig sa mga bentaha sa orihinal nga global general agent, gibase kami sa merkado sa China. Gigamit namon ang among komprehensibo nga mapuslanon nga mga serbisyo aron ipakilala ang lainlaing mga advanced nga high-tech nga mga sangkap sa elektroniko sa among mga kostumer, pagtabang sa mga tiggama sa paghimo og mga de-kalidad nga produkto ug paghatag komprehensibo nga serbisyo.