HOMSEMI MOSFET在全數(shù)字式汽車HID安定器中的應(yīng)用和評(píng)測(cè)

HOMSEMI MOSFET在全數(shù)字式汽車HID安定器中的應(yīng)用和評(píng)測(cè)
本方案以高性能MCU為核心，配與成啟半導(dǎo)體(HOMSEMI)的MOSFET,單芯片實(shí)現(xiàn)燈的點(diǎn)燈控制，諧振控制，功率曲線控制和保護(hù)控制?；跀?shù)字化控制的精細(xì)過(guò)程管理，使得方案可以精確判斷燈在不同階段的工作特性，并且采取不同的處理措施，使得燈在不同階段都得到良好匹配，高速分析判斷燈的各種異常情況并且進(jìn)行快速保護(hù)。單芯片的模塊式設(shè)計(jì),使得外圍器件少，沒(méi)有模擬電路需要的繁瑣調(diào)試，可生產(chǎn)性好。
一,控制原理框圖
 
方案控制特點(diǎn)
本方案采用單芯片實(shí)現(xiàn)主功率諧振控制,配合成啟半導(dǎo)體(HOMSEMI)專門定制的MOSFET,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,產(chǎn)品工作效率高,保護(hù)性能好,可靠性能高,成本低.
目前常見(jiàn)的HID方案為反激硬開(kāi)關(guān)模式,變壓器一般工作于斷續(xù)模式或連續(xù)模式上.在斷續(xù)模式上,在變壓器在能量釋放完畢時(shí)出現(xiàn)高頻振蕩(即斷續(xù)模式),這個(gè)高頻振蕩對(duì)于MOS和續(xù)流管的影響非常大.(如右圖,黃色為MOS漏極電壓波形)往往要把變壓器的感量設(shè)計(jì)得比較大,這樣,變壓器工作于連續(xù)模式上.主MOS導(dǎo)通時(shí),MOS上漏極的電壓比較高,加大了變壓器MOS的損耗,降低了可靠性和效率.
我們的方案采用準(zhǔn)諧振設(shè)計(jì),MCU精確捕獲變壓器的臨界點(diǎn),當(dāng)變壓器的能量釋放完畢的瞬間導(dǎo)通MOS管,這樣,MOS管是在0電壓時(shí)導(dǎo)通,開(kāi)通時(shí)的損耗幾乎為零.同時(shí),整個(gè)的輸出電壓波形非常規(guī)整,對(duì)于續(xù)流二極管的要求也降低了.(如右圖,綠色為漏極電壓波形)

因?yàn)椴捎昧酥C振的控制方式,大大提高了方案的可靠性和性能.因此其可以使用普通的功率器件實(shí)現(xiàn)86% 以上的效率.
方案的工作過(guò)程
從控制原理框圖我們可以看出,電源負(fù)極首先經(jīng)過(guò)成啟半導(dǎo)體(HOMSEMI)MOSFET HS50N06的D極,從N-MOS的特性我們知道,當(dāng)電路接通,有一部份電流可以從S極流向D極,從而GS產(chǎn)生足夠的開(kāi)啟電壓,HS50N06完全導(dǎo)通.
當(dāng)防反接管HS50N06導(dǎo)通,MCU自檢正常,I/O口輸出一串PWM脈沖,在某時(shí)刻DC-DC管HS1010E導(dǎo)通,變壓器初級(jí)側(cè)、HS1010E、接地點(diǎn)構(gòu)成通路,在變壓器的初級(jí)側(cè)有電流,初級(jí)繞組存儲(chǔ)能量,次級(jí)由輸出電容給負(fù)載供電.

當(dāng)HS1010E關(guān)斷、緩沖電路工作、變壓器釋放所儲(chǔ)能量.緩沖電路電容抑制HS1010E電壓上升速度,降低關(guān)斷損耗;HS1010E電壓上升到一定值,儲(chǔ)存在初級(jí)繞組中的能量通過(guò)變壓器次級(jí)繞組釋放給負(fù)載,并給電容充電;同時(shí)緩沖電路吸收次級(jí)多余能量.
當(dāng)能量釋放完畢,緩沖電路充當(dāng)諧振電路,吸收電容和初級(jí)電感發(fā)生諧振,次級(jí)二極管經(jīng)歷反向恢復(fù)過(guò)程.
當(dāng)諧振到電壓最低點(diǎn),MCU再給出高脈沖,HS1010E開(kāi)通,實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通.準(zhǔn)諧振設(shè)計(jì)工作在變頻狀態(tài),當(dāng)其它參數(shù)固定之后,開(kāi)關(guān)頻率很大程度上取決于輸入電壓和負(fù)載條件. 控制芯片不停地分析和處理開(kāi)關(guān)損耗問(wèn)題.在空載時(shí),通過(guò)降低工作頻率以減少開(kāi)關(guān)損耗.因此,在不同負(fù)載下采用不同的工作頻率以保持高效率.
MCU輸出2路全橋控制信號(hào),這樣實(shí)現(xiàn)全橋的精確控制,徹底解決全橋電路死區(qū)不足造成器件損壞問(wèn)題.可靠性高.
方案在啟動(dòng)時(shí)檢測(cè)燈上面的電流,將控制燈的啟動(dòng)電流,因?yàn)樵诶錈魡?dòng)時(shí),燈的流經(jīng)電流很大,會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)問(wèn)題:
1) 全橋MOS若Ron比較高,則會(huì)造成比較高損耗,降低MOS的安全性
2) 在低壓時(shí),造成MOS的驅(qū)動(dòng)電壓不足,導(dǎo)致燈熄滅或閃爍
因此控制燈電流可以很好解決上面的問(wèn)題,使其處于我們的全橋MOS安全的范圍之內(nèi)
方案基本業(yè)內(nèi)最優(yōu)秀的保護(hù)性能,在燈的不同階段采取不同的保護(hù)策略,因此其對(duì)異常的保護(hù)效果非常好,如短路保護(hù)時(shí),其動(dòng)作的速度讓一般的儀器無(wú)法察覺(jué).[!--empirenews.page--]
二,原理圖
 
方案性能參數(shù)
 效率：>86%（初步估算）
 輸出功率：35W±2W
 輸入電壓范圍：支持窄電壓和寬電壓工作
 目前只做了窄電壓的版本
 最低工作電壓9.5V,低壓回復(fù)電壓為10V
 最高工作電壓16V，高壓回復(fù)電壓為14.5V
三,DC-DC MOSFET工作波形圖
 
該系列全數(shù)字式汽車HID安定器方案，采用高速M(fèi)CU，并配合成啟半導(dǎo)體(HOMSEMI)半導(dǎo)體專門匹配的功率MOSFET,業(yè)內(nèi)創(chuàng)新準(zhǔn)諧振設(shè)計(jì).由于開(kāi)關(guān)器件HS1010E在零電壓或零電流條件下動(dòng)作,HS1010E動(dòng)態(tài)過(guò)程大為改觀,從而HS1010E可在高可靠性和高效率條件下工作,點(diǎn)燈更順暢,效率更高,工作更穩(wěn)定。
背景資料
廣州成啟半導(dǎo)體有限公司（HOMSEMI）：是研發(fā)和生產(chǎn)功率半導(dǎo)體（MOSFET、IGBT）的一家高新科技企業(yè)，其經(jīng)營(yíng)特點(diǎn)是產(chǎn)品均與應(yīng)用方案結(jié)合，針對(duì)具體不同的應(yīng)用進(jìn)行參數(shù)的匹配和優(yōu)化。
HS50N06：
●HOMSEMI TRENCH MOSFET
●VDS：60V
●ID：50A
●針對(duì)防反接優(yōu)化應(yīng)用。
HS1010E
●HOMSEMI TRENCH MOSFET
●VDS：60V
●ID：85A
●針對(duì)DC-DC優(yōu)化應(yīng)用。
HS830DD
●HOMSEMI PLANAR MOSFET
●VDS：500V
●ID：4A
● 針對(duì)HID全橋應(yīng)用優(yōu)化。