Синхронный выпрямитель - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Инженерные решения

13497
Синхронный выпрямитель
 Синхронный выпрямитель

Как известно, значительная тепловая мощность выделяется на диодах выпрямителя, что заметно снижает КПД мощных устройств. Причиной выделения тепла в выпрямителях является падение напряжения на р-n-переходе силового диода, которое составляет величину в пределах 0,5…1 В. Устранить его невозможно. Для уменьшения рассеиваемой мощности используют синхронные выпрямители.

В синхронном выпрямителе диоды заменяют полевыми транзисторами. Сопротивление канала полевых транзисторов может составлять единицы миллиом. Это позволяет на порядок снизить падение напряжения и, соответственно, тепловыделение. Однако при применении полевых транзисторов в выпрямителях есть одна особенность. Полевые транзисторы для силовой электроники изготавливают со встроенным обратным диодом. Поэтому в синхронном выпрямителе полевые транзисторы включаются в инверсном режиме.

Если на полевой транзистор подать напряжение обратной полярности, то откроется обратный диод. Подав синхронно на затвор транзистора открывающее напряжение, мы откроем канал полевого транзистора, который окажется подключенным параллельно обратному диоду. Так как сопротивление канала открытого полевого транзистора значительно меньше сопротивления открытого диода, то весь ток потечет по каналу.

При подаче на полевой транзистор напряжения в обычной полярности, на затвор подается запирающее канал напряжение. Таким образом, будет обеспечено надежное закрытие канала. На рис.1 (см. прикрепленные данные) показана принципиальная электрическая схема синхронного выпрямителя. Выпрямитель предназначен для выпрямления синусоидального напряжения. Поэтому для формирования управляющих сигналов используются компараторы DA1 и DA2. Они формируют открывающее напряжение на полевые транзисторы VT1, VT2 в момент, когда напряжение на аноде полевого транзистора, выступающего в роли диода, превышает напряжение на его катоде. Это важно при емкостной нагрузке выпрямителя или наличии собственной ЭДС нагрузки. На микросхемах DA3 и DA4 выполнены инвертирующие триггеры Шмитта. Они позволяют получить импульсы тока затвора до 0 мA, что гарантирует быстрое переключение. Работает синхронный выпрямитель следующим образом. Пусть на стоке транзистора VT1 действует положительная полуволна напряжения. На диоде VD1 будет положительное напряжение 0,7 В, которое подается на инвертирующий вход компаратора DA1.

Компаратор DA1 сравнивает это напряжение с 0 В. В результате на выходе компаратора DA1 появляется высокий уровень, который затем подается на вход ИМС DA3, включенной инвертором. Низкий уровень с выхода DA3 поступает на затвор транзистора VT1. Транзистор VT1 закрыт (заметим, что его обратный диод открывается отрицательной полуволной напряжения). Пусть на стоке транзистора VT1 действует отрицательная полуволна напряжения. Открывается обратный диод транзистора. На неинвертирущем входе компаратора DA1 напряжение будет больше, чем на инвертирующем, в результате чего на выходе компаратора будет низкий уровень. Это приведет к появлению высокого уровня на выходе DA3 и открыванию транзистора VT1. Цепочка R5C3 устанавливает ИМС DA3 и DA4 в момент включения в исходное состояние так, что на выходе присутствует низкий уровень. Пока на входе «сброс» (вывод 4 ИМС DA3 и DA4) действует низкий уровень, на выходах микросхем поддерживается низкое напряжение. После заряда конденсатора С3 ИМС DA3, DA4 начинают работать в обычном режиме. Работа второго канала аналогична работе первого.

Обратите внимание на то, как нестандартно включены нагрузочные сопротивления компараторов DA1 и DA2. Вывод 9 компараторов DA1, DA2 подключен к источнику питания, а выходной сигнал снимается с вывода 2. В результате выходной сигнал совпадает по фазе с входным. Конденсаторы С1 и С2 позволяют устранить пачки высокочастотных импульсов на выходах компараторов, возникающие из-за медленных изменений входного сигнала. Питается синхронный выпрямитель от отдельного источника 12 В. Ток потребления не превышает 0,5 А. Если выходное напряжение выпрямителя превышает 15 В, то питание выпрямителя можно осуществлять от выходного напряжения через стабилизатор напряжения напряжением 12 В. Полевые транзисторы выбирают в соответствии с выпрямляемым напряжением и величиной тока нагрузки. Например, это могут быть транзисторы типа IRFZ46N, IRL2505, IRF35.

Указанный на схеме транзистор IRL2505 имеет сопротивление канала (в открытом состоянии) 5 мОм. При температуре кристалла 25°С он допускает ток 104 А. Максимальная рассеиваемая им мощность составляет 0 Вт. Максимальное напряжение сток-исток – 55 В.

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus