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HOMSEMI MOSFET在全數字式汽車HID安定器中的應用和評測
2012/2/29 14:46:51

HOMSEMI MOSFET在全數字式汽車HID安定器中的應用和評測

 

本方案以高性能MCU為核心,配與成啟半導體(HOMSEMI)的MOSFET,單芯片實現燈的點燈控制,諧振控制,功率曲線控制和保護控制;跀底只刂频木氝^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行快速保護。單芯片的模塊式設計,使得外圍器件少,沒有模擬電路需要的繁瑣調試,可生產性好。
一,控制原理框圖


方案控制特點
     本方案采用單芯片實現主功率諧振控制,配合成啟半導體(HOMSEMI)專門定制的MOSFET,電路結構簡單,產品工作效率高,保護性能好,可靠性能高,成本低.
目前常見的HID方案為反激硬開關模式,變壓器一般工作于斷續模式或連續模式上.在斷續模式上,在變壓器在能量釋放完畢時出現高頻振蕩(即斷續模式),這個高頻振蕩對于MOS和續流管的影響非常大.(如右圖,黃色為MOS漏極電壓波形)往往要把變壓器的感量設計得比較大,這樣,變壓器工作于連續模式上.主MOS導通時,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.



      我們的方案采用準諧振設計,MCU精確捕獲變壓器的臨界點,當變壓器的能量釋放完畢的瞬間導通MOS管,這樣,MOS管是在0電壓時導通,開通時的損耗幾乎為零.同時,整個的輸出電壓波形非常規整,對于續流二極管的要求也降低了.(如右圖,綠色為漏極電壓波形)



      因為采用了諧振的控制方式,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現86% 以上的效率.
方案的工作過程
     從控制原理框圖我們可以看出,電源負極首先經過成啟半導體(HOMSEMI)MOSFET HS50N06的D極,從N-MOS的特性我們知道,當電路接通,有一部份電流可以從S極流向D極,從而GS產生足夠的開啟電壓,HS50N06完全導通.
     當防反接管HS50N06導通,MCU自檢正常,I/O口輸出一串PWM脈沖,在某時刻DC-DC管HS1010E導通,變壓器初級側、HS1010E、接地點構成通路,在變壓器的初級側有電流,初級繞組存儲能量,次級由輸出電容給負載供電.
     當HS1010E關斷、緩沖電路工作、變壓器釋放所儲能量.緩沖電路電容抑制HS1010E電壓上升速度,降低關斷損耗;HS1010E電壓上升到一定值,儲存在初級繞組中的能量通過變壓器次級繞組釋放給負載,并給電容充電;同時緩沖電路吸收次級多余能量.
     當能量釋放完畢,緩沖電路充當諧振電路,吸收電容和初級電感發生諧振,次級二極管經歷反向恢復過程.
     當諧振到電壓最低點,MCU再給出高脈沖,HS1010E開通,實現零電壓導通.準諧振設計工作在變頻狀態,當其它參數固定之后,開關頻率很大程度上取決于輸入電壓和負載條件. 控制芯片不停地分析和處理開關損耗問題.在空載時,通過降低工作頻率以減少開關損耗.因此,在不同負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,這樣實現全橋的精確控制,徹底解決全橋電路死區不足造成器件損壞問題.可靠性高.
    方案在啟動時檢測燈上面的電流,將控制燈的啟動電流,因為在冷燈啟動時,燈的流經電流很大,會出現幾個問題:
    1) 全橋MOS若Ron比較高,則會造成比較高損耗,降低MOS的安全性
    2) 在低壓時,造成MOS的驅動電壓不足,導致燈熄滅或閃爍
    因此控制燈電流可以很好解決上面的問題,使其處于我們的全橋MOS安全的范圍之內
方案基本業內最優秀的保護性能,在燈的不同階段采取不同的保護策略,因此其對異常的保護效果非常好,如短路保護時,其動作的速度讓一般的儀器無法察覺
二,原理圖


方案性能參數
 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,低壓回復電壓為10V
 最高工作電壓16V,高壓回復電壓為14.5V
三,DC-DC MOSFET工作波形圖



      該系列全數字式汽車HID安定器方案,采用高速MCU,并配合成啟半導體(HOMSEMI)半導體專門匹配的功率MOSFET,業內創新準諧振設計.由于開關器件HS1010E在零電壓或零電流條件下動作,HS1010E動態過程大為改觀,從而HS1010E可在高可靠性和高效率條件下工作,點燈更順暢,效率更高,工作更穩定。
背景資料
      廣州成啟半導體有限公司(HOMSEMI):是研發和生產功率半導體(MOSFET、IGBT)的一家高新科技企業,其經營特點是產品均與應用方案結合,針對具體不同的應用進行參數的匹配和優化。
HS50N06:
●HOMSEMI TRENCH MOSFET
●VDS:60V
●ID:50A
●針對防反接優化應用。
HS1010E
●HOMSEMI TRENCH MOSFET
●VDS:60V
●ID:85A
●針對DC-DC優化應用。
HS830DD
●HOMSEMI PLANAR MOSFET
●VDS:500V
●ID:4A
●針對HID全橋應用優化。
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