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移动电源为何要采用同步整流?

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yidu01|  楼主 | 2013-10-14 16:29 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
首先解释整流这个概念,其实很简单,就是实现电流的单向导通,防止移动电源输出的5V电压反过来给电池充电。要实现这个功能,最常用的器件就是二极管。我们知道,普通二极管的导通电压0.7V,在输出2A电流时,压降会上升到1V,此时的功耗为2W。而移动电源的输出功耗为,5V*2A=10W。因此,光整流这一部分的损耗,就达到了20%,实际上,此时最严重的已经不是损耗问题,而是2W的功耗会导致二极管直接烧毁。因此,在实际生产中,移动电源上用来进行整流的二极管都是选用优质的肖特基二极管。肖特基二极管的好处是,压降低,导通电压只需要0.2V。2A输出时优质肖特基二极管的压降,大约为0.4V,损耗约为1W。占到输出功率的8%,加上锂电保护MOS管(8205),升压开关MOS管(8205),电感,输出使能MOS管(8205),输出电流采样电阻的损耗,环路整体效率一般低于85%。

      同步整流,就是为了避免上述的二极管或者肖特基二极管整流带来的巨大损耗,改用一个MOS管来进行单向导通的控制,这个用来整流的MOS管,其开关控制信号必须与升压开关MOS管的控制信号进行同步。即升压开关MOS管导通时,整流MOS管必须关闭,升压开关MOS关闭时,整流MOS必须打开。因此,我们称之为同步整流。一般而言,整流PMOS的内阻为50mΩ,2A输出时的压降为0.1V,损耗约为0.2W,只占到输出功率的2%,效率比肖特基二极管整流的方式提升了6%,更重要的是解决了发热的问题。让移动电源更安全可靠。

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沙发
yidu01|  楼主 | 2013-10-14 17:04 | 只看该作者
硬件三合一存在诸多问题:例如:发热严重;不可做差异化功能,只能做标准品等等;
软件三合一 由于容易实现同步整流,效率高,发热低,而且功能变化灵活,已经成为发展趋势。
但是早期的软件三合一问题更大,因为要依靠adc来检测和控制dc-dc过程,如果不做特别的优化,一个主循环下来10ms很正常。而这个时间段内,如果负载突然接触不良,很可能发生烧机。因此,软件三合一必须要解决这个天生的软肋才有出路。为此,要彻底解决此问题。软件优化主要是把主循环的速度加快。硬件上,则通过集成专用比较器来实现快速控制,例如,在5.0v进行dc-dc比较,在5.5v进行无条件关闭pwm控制等。
         除了这个问题,软件三合一还存在主控制器本身的稳定性问题,例如,死机,复位,esd,eft等。当然这些mcu的顽疾,对于进行正向设计并长期积累的公司来说,已经得到了很好的解决,芯海科技的otp系列单片机,抗esd已经大于8kv,抗eft大于4kv。其软件三合一移动电源解决方案目前已经解决了这些问题,正在以其极高的性价比成为市场主流。

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板凳
yidu01|  楼主 | 2013-10-14 17:06 | 只看该作者
大家有对移动电源 软件三合一的疑问可以提出来  共同探讨

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地板
logicok| | 2013-10-14 18:21 | 只看该作者
移动电源的效率一方面是同步整流的MOS管导通电阻造成的损耗,另外的一方面还有电感的内阻的损耗。所以通常要把PWM的频率尽可能提高,但是太高了EMC难控制,通常PWM是450K为宜,这样一来,电感的感抗可以小一些,其内阻也小了,由它造成的损耗就小了。目前MCU的PWM速度如果有500K@7bit 分别率,那么PWM模组至少要64Mhz的频率输入。

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5
黄小俊| | 2013-10-14 19:29 | 只看该作者
学习了。

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6
McuPlayer| | 2013-10-15 01:01 | 只看该作者
HT的那个三合一好像是32M的,只能250K@7bit了

PWM高了可以使用更小的电感,但同时也提高了MOS管的开关损耗,还有一个EMC问题也要应对

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7
yidu01|  楼主 | 2013-10-15 17:53 | 只看该作者
McuPlayer 发表于 2013-10-15 01:01
HT的那个三合一好像是32M的,只能250K@7bit了

PWM高了可以使用更小的电感,但同时也提高了MOS管的开关损耗 ...

版主了解的全面啊

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8
赛元sc| | 2013-10-18 17:06 | 只看该作者
都是高手啊  学习了   难怪出口的移动电源公司要求都高呢   

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9
mgf006| | 2013-10-19 11:19 | 只看该作者
晕,看来我们做的32MZH 的PWM时钟源还是低了一些。。

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10
yidu01|  楼主 | 2013-10-22 14:45 | 只看该作者
不能单纯的追求数字   稳定性也很重要, 最终还要看效率,稳定性,BOM成本

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11
bowei181| | 2013-10-22 21:30 | 只看该作者
同步整流,就是为了避免上述的二极管或者肖特基二极管整流带来的巨大损耗,改用一个MOS管来进行单向导通的控制,这个用来整流的MOS管,其开关控制信号必须与升压开关MOS管的控制信号进行同步。即升压开关MOS管导通时,整流MOS管必须关闭,升压开关MOS关闭时,整流MOS必须打开。因此,我们称之为同步整流。一般而言,整流PMOS的内阻为50mΩ,2A输出时的压降为0.1V,损耗约为0.2W,只占到输出功率的2%,效率比肖特基二极管整流的方式提升了6%,更重要的是解决了发热的问题。让移动电源更安全可靠。
不错,学习了

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12
yidu01|  楼主 | 2013-10-23 08:22 | 只看该作者
bowei181 发表于 2013-10-22 21:30
同步整流,就是为了避免上述的二极管或者肖特基二极管整流带来的巨大损耗,改用一个MOS管来进行单向导通的 ...

现在这块技术已经做得比较成熟了  

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13
yidu01|  楼主 | 2014-1-13 18:01 | 只看该作者
McuPlayer 发表于 2013-10-15 01:01
HT的那个三合一好像是32M的,只能250K@7bit了

PWM高了可以使用更小的电感,但同时也提高了MOS管的开关损耗 ...

马哥 我们最近处的3427- 3729 两款移动电源软件三合一芯片 PWM频率最高可达32M

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