기본 전원 공급 장치 구조고속 충전QC는 플라이백 + 2차측(2차) 동기 정류 SSR을 사용합니다. 플라이백 컨버터의 경우 피드백 샘플링 방법에 따라 1차측(1차) 조정과 2차측(2차) 조정으로 나눌 수 있습니다. PWM 컨트롤러의 위치에 따라. 이는 1차측(1차) 제어와 2차측(2차) 제어로 나눌 수 있습니다. MOSFET과는 관련이 없는 것 같습니다. 그래서,올루키질문해야 합니다. MOSFET은 어디에 숨겨져 있나요? 어떤 역할을 했나요?
1. 1차측(1차) 조정과 2차측(2차) 조정
출력 전압의 안정성을 위해서는 변화하는 정보를 PWM 메인 컨트롤러로 보내 입력 전압과 출력 부하의 변화를 조정하는 피드백 링크가 필요합니다. 다양한 피드백 샘플링 방법에 따라 그림 1과 2에 표시된 것처럼 1차측(1차) 조정과 2차측(2차) 조정으로 나눌 수 있습니다.
1차측(1차) 조정의 피드백 신호는 출력 전압에서 직접 가져오는 것이 아니라 출력 전압과 특정 비례 관계를 유지하는 보조 권선 또는 1차 1차 권선에서 가져옵니다. 그 특성은 다음과 같습니다:
① 간접 피드백 방식, 부하 조절률이 낮고 정확도가 낮습니다.
②. 간단하고 저렴한 비용;
③. 절연 광커플러가 필요하지 않습니다.
2차측(2차측) 조정을 위한 피드백 신호는 옵토커플러와 TL431을 사용하여 출력 전압에서 직접 가져옵니다. 그 특성은 다음과 같습니다:
① 직접적인 피드백 방법, 우수한 부하 조절률, 선형 조절률 및 높은 정밀도;
②. 조정 회로는 복잡하고 비용이 많이 듭니다.
③. 시간이 지남에 따라 노후화 문제가 있는 광커플러를 분리해야 합니다.
2. 2차측(2차) 다이오드 정류 및MOSFET동기 정류 SSR
플라이백 컨버터의 2차측(2차측)은 고속 충전의 출력 전류가 크기 때문에 일반적으로 다이오드 정류를 사용합니다. 특히 직접 충전이나 플래시 충전의 경우 출력 전류가 5A에 달한다. 효율을 높이기 위해 다이오드 대신 MOSFET을 정류기로 사용하는데, 이를 2차(2차) 동기정류 SSR이라고 한다(그림 3, 4).
2차측(2차) 다이오드 정류의 특성:
①. 간단하고 추가 드라이브 컨트롤러가 필요하지 않으며 비용이 저렴합니다.
② 출력 전류가 크면 효율이 낮습니다.
③. 높은 신뢰성.
2차측(2차) MOSFET 동기 정류의 특징:
①. 복잡하고 추가 드라이브 컨트롤러가 필요하며 비용이 많이 듭니다.
②. 출력 전류가 크면 효율이 높습니다.
③. 다이오드에 비해 신뢰성이 낮습니다.
실제 응용 분야에서 동기 정류 SSR의 MOSFET은 일반적으로 그림 5와 같이 구동을 용이하게 하기 위해 하이 엔드에서 로우 엔드로 이동됩니다.
동기 정류 SSR의 고급 MOSFET의 특성:
①. 비용이 많이 드는 부트스트랩 드라이브나 플로팅 드라이브가 필요합니다.
②. 좋은 EMI.
로우엔드에 배치된 동기정류 SSR MOSFET의 특성은 다음과 같습니다.
① 직접 구동, 단순 구동 및 저렴한 비용;
②. 불쌍한 EMI.
3. 1차측(1차) 제어와 2차측(2차) 제어
PWM 메인 컨트롤러는 1차측(Primary)에 배치됩니다. 이 구조를 1차측(primary) 제어라고 합니다. 출력 전압, 부하 조정 속도 및 선형 조정 속도의 정확도를 향상시키기 위해 1차측(1차) 제어에는 피드백 링크를 형성하기 위한 외부 광커플러와 TL431이 필요합니다. 시스템 대역폭이 작고 응답 속도가 느립니다.
PWM 메인 컨트롤러를 2차측(2차측)에 배치하면 옵토커플러와 TL431을 제거할 수 있고 출력 전압을 빠른 응답으로 직접 제어 및 조정할 수 있습니다. 이 구조를 2차(2차) 제어라고 합니다.
1차측(1차) 제어 기능:
①. 옵토커플러와 TL431이 필요하며 응답 속도가 느립니다.
②. 출력 보호 속도가 느립니다.
③. 동기 정류 연속 모드 CCM에서는 2차측(2차측)에 동기화 신호가 필요합니다.
보조(보조) 제어 기능:
①. 출력은 직접 감지되며 광 커플러 및 TL431이 필요하지 않으며 응답 속도가 빠르고 출력 보호 속도가 빠릅니다.
②. 2차측(2차) 동기 정류 MOSFET은 동기화 신호 없이 직접 구동됩니다. 1차측(1차) 고전압 MOSFET의 구동 신호를 전송하려면 펄스 변압기, 자기 커플링 또는 용량성 커플러와 같은 추가 장치가 필요합니다.
③. 1차 측(1차)에는 시동 회로가 필요하거나 2차 측(2차)에는 시동을 위한 보조 전원 공급 장치가 있습니다.
4. 연속 CCM 모드 또는 불연속 DCM 모드
플라이백 컨버터는 연속 CCM 모드 또는 불연속 DCM 모드에서 작동할 수 있습니다. 스위칭 사이클이 끝날 때 2차(2차) 권선의 전류가 0에 도달하는 경우 이를 불연속 DCM 모드라고 합니다. 스위칭 사이클이 끝날 때 2차(2차) 권선의 전류가 0이 아닌 경우 그림 8과 9에 표시된 것처럼 연속 CCM 모드라고 합니다.
그림 8과 그림 9에서 볼 수 있듯이 동기 정류 SSR의 작동 상태는 플라이백 컨버터의 작동 모드에 따라 다르며 이는 동기 정류 SSR의 제어 방법도 다르다는 것을 의미합니다.
데드 타임이 무시되면 연속 CCM 모드에서 작동할 때 동기 정류 SSR에는 두 가지 상태가 있습니다.
①. 1차측(1차) 고전압 MOSFET이 켜지고 2차측(2차) 동기 정류 MOSFET이 꺼집니다.
②. 1차측(1차) 고전압 MOSFET은 꺼지고, 2차측(2차) 동기 정류 MOSFET은 켜집니다.
마찬가지로 데드 타임을 무시하면 동기 정류 SSR은 불연속 DCM 모드에서 작동할 때 세 가지 상태를 갖습니다.
①. 1차측(1차) 고전압 MOSFET이 켜지고 2차측(2차) 동기 정류 MOSFET이 꺼집니다.
②. 1차측(1차) 고전압 MOSFET이 꺼지고 2차측(2차) 동기 정류 MOSFET이 켜집니다.
③. 1차측(1차) 고전압 MOSFET이 꺼지고, 2차측(2차) 동기 정류 MOSFET이 꺼집니다.
5. 연속 CCM 모드의 2차측(2차) 동기 정류 SSR
고속 충전 플라이백 컨버터가 연속 CCM 모드에서 작동하는 경우 1차측(1차) 제어 방식인 2차측(2차) 동기 정류 MOSFET은 셧다운을 제어하기 위해 1차측(1차)의 동기화 신호가 필요합니다.
2차측(2차측)의 동기 구동 신호를 얻기 위해 일반적으로 다음 두 가지 방법이 사용됩니다.
(1) 그림 10과 같이 2차(2차) 권선을 직접 사용합니다.
(2) 그림 12와 같이 펄스 변압기와 같은 추가 절연 부품을 사용하여 1차측(1차)에서 2차측(2차)으로 동기 구동 신호를 전송합니다.
동기 구동 신호를 얻기 위해 2차(2차) 권선을 직접 사용하면 동기 구동 신호의 정확도를 제어하기가 매우 어렵고 최적화된 효율성과 신뢰성을 달성하기도 어렵습니다. 일부 회사에서는 그림 11에 표시된 것처럼 제어 정확도를 높이기 위해 디지털 컨트롤러를 사용하기도 합니다.
동기 구동 신호를 얻기 위해 펄스 변압기를 사용하면 정확도가 높지만 비용이 상대적으로 높습니다.
2차측(2차) 제어 방식은 그림 7.v와 같이 일반적으로 펄스 트랜스포머나 자기 결합 방식을 사용해 2차측(2차)에서 1차측(1차)으로 동기 구동 신호를 전송하는 방식이다.
6. 불연속 DCM 모드의 2차측(2차) 동기 정류 SSR
고속 충전 플라이백 컨버터가 불연속 DCM 모드에서 작동하는 경우. 1차측(1차) 제어 방식이나 2차측(2차) 제어 방식에 관계없이 동기 정류 MOSFET의 D 및 S 전압 강하를 직접 감지하고 제어할 수 있습니다.
(1) 동기정류 MOSFET을 ON한다
그림 13과 같이 동기 정류 MOSFET의 VDS 전압이 양에서 음으로 변경되면 내부 기생 다이오드가 켜지고 일정 지연 후에 동기 정류 MOSFET이 켜집니다.
(2) 동기정류 MOSFET을 끄기
동기 정류 MOSFET이 켜진 후 VDS=-Io*Rdson입니다. 2차측(2차측) 권선 전류가 0으로 감소하면, 즉 전류 검출 신호 VDS의 전압이 마이너스에서 0으로 변하면 그림 13과 같이 동기 정류 MOSFET이 턴오프된다.
실제 애플리케이션에서 동기 정류 MOSFET은 2차측(2차측) 권선 전류가 0(VDS=0)에 도달하기 전에 꺼집니다. 서로 다른 칩에 의해 설정된 전류 감지 기준 전압 값은 -20mV, -50mV, -100mV, -200mV 등과 같이 다릅니다.
시스템의 전류 감지 기준 전압은 고정되어 있습니다. 전류 검출 기준 전압의 절대값이 클수록 간섭 오차가 작아지고 정확도가 높아집니다. 그러나 출력 부하 전류 Io가 감소하면 동기 정류 MOSFET은 더 큰 출력 전류에서 꺼지고 내부 기생 다이오드는 더 오랜 시간 동안 도통되므로 그림 14에 표시된 것처럼 효율이 감소합니다.
또한, 전류 검출 기준 전압의 절대값이 너무 작은 경우. 시스템 오류 및 간섭으로 인해 2차측(2차측) 권선 전류가 0을 초과한 후 동기 정류 MOSFET이 꺼지고 역유입 전류가 발생하여 효율성과 시스템 신뢰성에 영향을 미칠 수 있습니다.
고정밀 전류 감지 신호는 시스템의 효율성과 신뢰성을 향상시킬 수 있지만 장치 비용이 증가합니다. 전류 감지 신호의 정확도는 다음 요소와 관련됩니다.
①. 전류 감지 기준 전압의 정확도 및 온도 드리프트;
②. 바이어스 전압 및 오프셋 전압, 바이어스 전류 및 오프셋 전류, 전류 증폭기의 온도 드리프트;
③. 동기 정류 MOSFET의 온 전압 Rdson의 정확도 및 온도 드리프트.
또한 시스템 관점에서는 디지털 제어, 전류 검출 기준 전압 변경, 동기 정류 MOSFET 구동 전압 변경을 통해 개선할 수 있습니다.
출력 부하 전류 Io가 감소할 때 파워 MOSFET의 구동 전압이 감소하면 해당 MOSFET 턴온 전압 Rdson이 증가합니다. 그림 15에서 볼 수 있듯이 동기 정류 MOSFET의 조기 셧다운을 방지하고 기생 다이오드의 전도 시간을 단축하며 시스템 효율을 향상시킬 수 있습니다.
그림 14에서 볼 수 있듯이 출력 부하 전류 Io가 감소하면 전류 감지 기준 전압도 감소합니다. 이러한 방식으로 출력 전류 Io가 큰 경우 더 높은 전류 감지 기준 전압을 사용하여 제어 정확도를 향상시킵니다. 출력 전류 Io가 낮을 때 더 낮은 전류 감지 기준 전압이 사용됩니다. 또한 동기 정류 MOSFET의 전도 시간을 개선하고 시스템 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
위 방법을 사용하여 개선할 수 없는 경우에는 동기 정류 MOSFET의 양단에 쇼트키 다이오드를 병렬로 연결할 수도 있습니다. 동기 정류 MOSFET을 미리 끈 후 프리휠링을 위해 외부 쇼트키 다이오드를 연결할 수 있습니다.
7. 보조(2차) 제어 CCM+DCM 하이브리드 모드
현재 휴대폰 고속 충전에는 기본적으로 일반적으로 사용되는 두 가지 솔루션이 있습니다.
(1) 1차측(1차) 제어 및 DCM 작동 모드. 2차측(2차) 동기 정류 MOSFET에는 동기화 신호가 필요하지 않습니다.
(2) 2차(2차) 제어, CCM+DCM 혼합 작동 모드(출력 부하 전류가 CCM에서 DCM으로 감소하는 경우). 2차측(2차) 동기 정류 MOSFET은 직접 구동되며, 켜기 및 끄기 논리 원리는 그림 16에 나와 있습니다.
동기 정류 MOSFET 켜기: 동기 정류 MOSFET의 VDS 전압이 양에서 음으로 변경되면 내부 기생 다이오드가 켜집니다. 일정 지연 후 동기 정류 MOSFET이 켜집니다.
동기 정류 MOSFET 끄기:
① 출력 전압이 설정 값보다 낮을 때 동기 클록 신호를 사용하여 MOSFET의 턴오프를 제어하고 CCM 모드로 작동합니다.
② 출력 전압이 설정 값보다 크면 동기 클록 신호가 차폐되며 작동 방법은 DCM 모드와 동일합니다. VDS=-Io*Rdson 신호는 동기 정류 MOSFET의 차단을 제어합니다.
이제 전체 고속 충전 QC에서 MOSFET이 어떤 역할을 하는지 모두가 알고 있습니다!
올루키 소개
Olukey의 핵심 팀은 20년 동안 부품에 주력해 왔으며 본사는 선전에 있습니다. 주요 사업: MOSFET, MCU, IGBT 및 기타 디바이스. 주요 대리점 제품은 WINSOK, Cmsemicon입니다. 제품은 군사 산업, 산업 제어, 신에너지, 의료 제품, 5G, 사물 인터넷, 스마트 홈 및 다양한 가전 제품에 널리 사용됩니다. 독창적인 글로벌 총대리점의 장점을 살려 중국 시장을 기반으로 하고 있습니다. 우리는 포괄적인 유리한 서비스를 사용하여 고객에게 다양한 첨단 첨단 전자 부품을 소개하고 제조업체가 고품질 제품을 생산하도록 지원하며 포괄적인 서비스를 제공합니다.
게시 시간: 2023년 12월 14일
