HOMSEMI MOSFET在全数字式汽车HID安定器中的应用和评测

HOMSEMI MOSFET在全数字式汽车HID安定器中的应用和评测
本方案以高性能MCU为核心，配与成启半导体(HOMSEMI)的MOSFET,单芯片实现灯的点灯控制，谐振控制，功率曲线控制和保护控制。基于数字化控制的精细过程管理，使得方案可以精确判断灯在不同阶段的工作特性，并且采取不同的处理措施，使得灯在不同阶段都得到良好匹配，高速分析判断灯的各种异常情况并且进行快速保护。单芯片的模块式设计,使得外围器件少，没有模拟电路需要的繁琐调试，可生产性好。
一,控制原理框图
 
方案控制特点
本方案采用单芯片实现主功率谐振控制,配合成启半导体(HOMSEMI)专门定制的MOSFET,电路结构简单,产品工作效率高,保护性能好,可靠性能高,成本低.
目前常见的HID方案为反激硬开关模式,变压器一般工作于断续模式或连续模式上.在断续模式上,在变压器在能量释放完毕时出现高频振荡(即断续模式),这个高频振荡对于MOS和续流管的影响非常大.(如右图,黄色为MOS漏极电压波形)往往要把变压器的感量设计得比较大,这样,变压器工作于连续模式上.主MOS导通时,MOS上漏极的电压比较高,加大了变压器MOS的损耗,降低了可靠性和效率.
我们的方案采用准谐振设计,MCU精确捕获变压器的临界点,当变压器的能量释放完毕的瞬间导通MOS管,这样,MOS管是在0电压时导通,开通时的损耗几乎为零.同时,整个的输出电压波形非常规整,对于续流二极管的要求也降低了.(如右图,绿色为漏极电压波形)

因为采用了谐振的控制方式,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实现86% 以上的效率.
方案的工作过程
从控制原理框图我们可以看出,电源负极首先经过成启半导体(HOMSEMI)MOSFET HS50N06的D极,从N-MOS的特性我们知道,当电路接通,有一部份电流可以从S极流向D极,从而GS产生足够的开启电压,HS50N06完全导通.
当防反接管HS50N06导通,MCU自检正常,I/O口输出一串PWM脉冲,在某时刻DC-DC管HS1010E导通,变压器初级侧、HS1010E、接地点构成通路,在变压器的初级侧有电流,初级绕组存储能量,次级由输出电容给负载供电.

当HS1010E关断、缓冲电路工作、变压器释放所储能量.缓冲电路电容抑制HS1010E电压上升速度,降低关断损耗;HS1010E电压上升到一定值,储存在初级绕组中的能量通过变压器次级绕组释放给负载,并给电容充电;同时缓冲电路吸收次级多余能量.
当能量释放完毕,缓冲电路充当谐振电路,吸收电容和初级电感发生谐振,次级二极管经历反向恢复过程.
当谐振到电压最低点,MCU再给出高脉冲,HS1010E开通,实现零电压导通.准谐振设计工作在变频状态,当其它参数固定之后,开关频率很大程度上取决于输入电压和负载条件. 控制芯片不停地分析和处理开关损耗问题.在空载时,通过降低工作频率以减少开关损耗.因此,在不同负载下采用不同的工作频率以保持高效率.
MCU输出2路全桥控制信号,这样实现全桥的精确控制,彻底解决全桥电路死区不足造成器件损坏问题.可靠性高.
方案在启动时检测灯上面的电流,将控制灯的启动电流,因为在冷灯启动时,灯的流经电流很大,会出现几个问题:
1) 全桥MOS若Ron比较高,则会造成比较高损耗,降低MOS的安全性
2) 在低压时,造成MOS的驱动电压不足,导致灯熄灭或闪烁
因此控制灯电流可以很好解决上面的问题,使其处于我们的全桥MOS安全的范围之内
方案基本业内最优秀的保护性能,在灯的不同阶段采取不同的保护策略,因此其对异常的保护效果非常好,如短路保护时,其动作的速度让一般的仪器无法察觉.
二,原理图
 
方案性能参数
 效率：>86%（初步估算）
 输出功率：35W±2W
 输入电压范围：支持窄电压和宽电压工作
 目前只做了窄电压的版本
 最低工作电压9.5V,低压回复电压为10V
 最高工作电压16V，高压回复电压为14.5V
三,DC-DC MOSFET工作波形图
 
该系列全数字式汽车HID安定器方案，采用高速MCU，并配合成启半导体(HOMSEMI)半导体专门匹配的功率MOSFET,业内创新准谐振设计.由于开关器件HS1010E在零电压或零电流条件下动作,HS1010E动态过程大为改观,从而HS1010E可在高可靠性和高效率条件下工作,点灯更顺畅,效率更高,工作更稳定。
背景资料
广州成启半导体有限公司（HOMSEMI）：是研发和生产功率半导体（MOSFET、IGBT）的一家高新科技企业，其经营特点是产品均与应用方案结合，针对具体不同的应用进行参数的匹配和优化。
HS50N06：
●HOMSEMI TRENCH MOSFET
●VDS：60V
●ID：50A
●针对防反接优化应用。
HS1010E
●HOMSEMI TRENCH MOSFET
●VDS：60V
●ID：85A
●针对DC-DC优化应用。
HS830DD
●HOMSEMI PLANAR MOSFET
●VDS：500V
●ID：4A
● 针对HID全桥应用优化。