Синхронный выпрямитель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

 Комментарии к статье

Падение напряжения на диодах выпрямителя не позволяет увеличить его КПД выше некоторого предела. Шунтированием или заменой каждого диода электронным ключом можно превзойти этот предел. Однако из-за сложности узла управления электронными ключами синхронные выпрямители нашли применение лишь в профессиональной аппаратуре электропитания. В предлагаемой статье описана несложная конструкция синхронного выпрямителя, доступная для повторения в радиолюбительских условиях.

Одна из важнейших задач, стоящих перед конструкторами современных блоков питания, - достижение высокого КПД. Обычно выпрямители выполняют на кремниевых диодах или диодах Шоттки, реже - на германиевых диодах. Типовое падение напряжения на кремниевых диодах - 1 В, на германиевых и диодах Шоттки - около 0,5 В.

Существенно меньше потери энергии в синхронных выпрямителях на мощных ключевых полевых транзисторах, где диоды заменены полевыми транзисторами. Сопротивление открытого канала современных полевых транзисторов снижено до единиц миллиом. Это позволяет на порядок уменьшить падение напряжения и, соответственно, тепловыделение. Но применение полевых транзисторов в выпрямителях имеет ряд особенностей. Первая - наличие в полевом транзисторе внутреннего диода. Если на полевой транзистор подать напряжение обратной полярности, то откроется внутренний диод. При синхронной подаче на затвор транзистора относительно истока напряжения открывающей полярности достаточной величины открывается канал полевого транзистора, подключенный параллельно этому диоду. Так как сопротивление канала открытого полевого транзистора значительно меньше сопротивления открытого диода, практически весь ток потечет по каналу.

Другая особенность полевого транзистора - задержка включения и выключения, обусловленная наличием емкостей затвор-исток и затвор- сток. Эти емкости сильно зависят от напряжения. Они велики при малом напряжении и уменьшаются при его увеличении. Чтобы гарантированно открыть транзистор, необходимо зарядить входную емкость до 10...12 В. Этот процесс затрудняет эффект Миллера, увеличивающий эквивалентную входную емкость. Подробнее об особенностях мощных полевых ключевых транзисторов можно прочитать в книге Б. Ю. Семенова "Силовая электроника: от простого к сложному" (М.: "СОЛОН-Пресс", 2005).

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

На рис. 1 показана схема двухполупериодного синхронного выпрямителя, предназначенного для выпрямления прямоугольного и синусоидального напряжения. Выпрямитель подключают ко вторичной обмотке трансформатора с отводом от середины. Выводы 1 и 3 - к началу и концу обмотки в произвольном порядке, вывод 2 - к отводу обмотки. Для выпрямления используются транзисторы VT1 и VT2 с внутренними диодами. Конденсатор C1 - сглаживающий.

Узел формирования управляющих импульсов, подаваемых на затворы транзисторов, собран на микросхемах DA1, DA2, DD1, DA4, диодах VD1, VD2 и резисторах R1-R6. Этот узел получает напряжение питания 10 В от стабилизатора напряжения на микросхеме DA3.

Если управляющие импульсы на затворы транзисторов не поступают, например, если узел формирования импульсов отключен, выпрямитель работает как обычный (асинхронный) на внутренних диодах транзисторов. Принцип формирования управляющего импульса на затворе транзистора: напряжение импульса должно открывать канал транзистора, когда напряжение на катоде внутреннего диода меньше, чем напряжение на его аноде, который соединен с общим проводом - минусом выходного напряжения. То есть, когда напряжение на катоде минусовой полярности, на затвор транзистора относительно его истока должно подаваться открывающее напряжение плюсовой полярности. В остальное время напряжение между затвором и истоком должно быть равно нулю, чтобы транзистор был закрыт. Очень важно, что открывающие импульсы не должны перекрываться во времени, чтобы оба транзистора не были открыты одновременно.

Узел формирования импульсов работает так. Напряжение на стоках транзисторов отслеживают компараторы DA1 и DA2. На микросхеме DD1 собран узел, исключающий перекрытие открывающих импульсов. Инверторы микросхемы DA4 обеспечивают выходной ток до 1,5 А, который быстро заряжает входную емкость транзисторов несмотря даже на мешающее действие эффекта Миллера.

Пусть на стоке транзистора VT1 действует положительная полуволна напряжения. Напряжение +0,7 В с диода VD1 подается на инвертирующий вход компаратора DA1 относительно его неинвертирующего входа, в результате чего на выходе DA1 появляется высокий уровень. Это приводит к появлению на выводе 2 драйвера DA4 высокого уровня напряжения, а следовательно, на выходе его будет низкий уровень напряжения. Транзистор VT1 закрыт. Пусть на стоке VT1 действует отрицательная полуволна напряжения, открывающая его внутренний диод. На неинвертирующем входе компаратора DA1 напряжение больше, чем на инвертирующем, в результате чего на выходе компаратора будет напряжение низкого уровня. Это приведет к появлению на выводе 2 драйвера DA4 низкого уровня, а на выходе - высокого уровня напряжения. Транзистор VT1 открывается и шунтирует свой внутренний диод, в результате чего снижаются потери энергии на выпрямление. Управление транзистором VT2 осуществляется аналогично.

На микросхеме DD1 выполнен узел контроля правильной работы выпрямителя. Она содержит четыре логических элемента "исключающее ИЛИ". Дело в том, что в момент перехода синусоидального напряжения через нуль на выходах компараторов DA1 и DA2 будут присутствовать одновременно низкие уровни напряжения. Если бы эти выходы были бы соединены со входами микросхемы DA4, это привело бы к одновременному открытию обоих транзисторов VT1 и VT2, что недопустимо из-за сквозного тока через них. Поэтому между выходами компараторов DA1 и DA2 и входами микросхемы DA4 включен узел на микросхеме DD1. Рассмотрим его работу. Пусть на выходах обоих компараторов присутствуют низкие уровни напряжения. Такому сочетанию входных сигналов на входе элемента DD1. 1 соответствует низкий уровень напряжения на его выходе. На элементе DD 1.2 выполнен инвертор, для чего на вывод 13 подано напряжение питания (высокий уровень). Таким образом, на выводе 6 элемента DD1.3 и выводе 9 элемента DD1.4 - высокий уровень напряжения, и они также будут работать как инверторы.

В результате на обоих входах драйвера DA4 высокий уровень напряжения, на затворах обоих транзисторов VT1 и VT2 низкий уровень, поэтому они закрыты. Сквозного тока через них не будет. В случае противофазных сигналов на выходах компараторов и соответственно на входах DD1.1 на выводе 3 DD1.1 будет действовать высокий уровень напряжения. После инверсии в логическом элементе DD1.2 низкий уровень напряжения переводит логические элементы DD1.3 и DD1.4 в повторители сигналов. Поэтому сигналы с выходов компараторов DA1 и DA2 пройдут без изменения на выходы драйвера DA1. Один из транзисторов будет открыт, другой закрыт.

Стабилизированное напряжение питания 10 В вырабатывает микросхема L4810CV (DA3), имеющая защиту от перегрузки по выходному току на уровне 1,5 А и узел автоматического отключения при росте температуры выше предельно допустимого значения. Эта микросхема сохраняет режим стабилизации напряжения при уменьшении разности напряжения между входом и выходом вплоть до 0,5 В. Она получает питание от выходного напряжения выпрямителя.

Рис. 2

Синхронный выпрямитель собран на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, ее чертеж показан на рис. 2. На ней установлены все детали, кроме сглаживающего конденсатора C1. Если транзисторы VT1 и VT2 сильно разогреваются, их устанавливают на теплоотводы. Для их размещения на плате предусмотрено место.

Автор использует синхронный выпрямитель для выпрямления напряжения с вторичной обмотки электронного трансформатора Feron ET105. Вторичная обмотка намотана в нем двумя проводами, что облегчило задачу по выполнению отвода от ее середины. Чтобы уменьшить пульсации напряжения с удвоенной частотой сети, на выходе выпрямительного моста внутри электронного трансформатора установлен сглаживающий оксидный конденсатор емкостью 10мкФ и номинальным напряжением 400 В. Частота выходного напряжения трансформатора - около 45 кГц. Для этих трансформаторов лимитируется минимальная мощность, что необходимо учесть для обеспечения надежной работы. Синхронный выпрямитель позволяет с этого электронного трансформатора получить выходное напряжение 12 В при токе нагрузки 9 А.

Сглаживающий конденсатор C1 указанной на схеме емкости используется для выпрямления напряжения частотой 45 кГц. Разумеется, синхронный выпрямитель можно применить и для выпрямления напряжения частотой 50 Гц, рассчитав емкость сглаживающего конденсатора так же, как и для обычного (асинхронного) двухполупериодного выпрямителя.

Автор: В. Калашник

Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Эффективные вертикальные солнечные системы для парковок 22.04.2023 Немецкий производитель модулей Luxor Solar и японская AirWater продают вертикальные фотоэлектрические системы для парковочных зон, которые, как сообщается, могут обеспечивать такой же энергозатраты, как и обычные фотоэлектрические навесы для автомобилей, но занимают меньше места. Японский поставщик медицинского оборудования AirWater и Luxor Solar KK, японское подразделение немецкого производителя солнечных модулей Luxor Solar GmbH, разработали новую вертикальную фотоэлектрическую систему для урбанизированных территорий. "Нашу систему можно развернуть на парковочных площадках, не уменьшая емкость парковочных мест", - сказал генеральный директор Luxor Solar KK Уве Либшер. "Высота от поверхности земли до дна модуля составляет более 2 метров. Это обеспечивает электробезопасность благодаря своей высоте, а также предлагает более безопасное решение для водителей, требуя минимального пространства на земле". Две компании утверждают, что система идеальна для мест с сильным снегопадом. "Это также предлагает конкурентоспособные затраты на установку, легкую очистку и техническое обслуживание", - сказал Либшер. Система продается в единицах мощностью 920 Вт размером 2280 мм x 4633 мм, объединяющих два двухсторонних модуля мощностью 460 Вт. Агрегат может быть сконфигурирован в систему из 13 агрегатов общей выходной мощностью 35,88 кВт. "Нет существенной разницы в годовой выработке электроэнергии по сравнению с плоским и наклонным типами, регулируемыми пиками мощности и использованием отраженного света", - сказал Либшер, ссылаясь на то, что фотоэлектрические системы потенциально предлагают лучшие выходы электроэнергии на более высоких широтах. AirWater и Luxor Solar KK начнут продажи нового продукта в Японии в мае. Они строят свой первый демонстратор мощностью 25,2 кВт с оптимизаторами SolarEdge в Саппоро, Япония. "В Японии уже ощущается дефицит подходящей земли", - сказал Либшер. "С другой стороны, районы обильного снегопада, охватывающие 51% территории страны, считаются непригодными для производства солнечной энергии".

Другие интересные новости:

▪ Синтезированы альтернативные ДНК и РНК

▪ Сверхчеткий дисплей

▪ Наушники Studio Pro

▪ Внеземные галактические хиральные молекулы

▪ Космическая головная боль

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиолюбительские расчеты. Подборка статей

▪ статья Римский огурец. Крылатое выражение

▪ статья Какие водопады мира входят в первую десятку по среднему расходу воды? Подробный ответ

▪ статья Работа на пробельно-линеечных наборных машинах (автоматах). Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Десульфатирующее зарядное устройство для автомобиля. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Воздушные линии электропередачи напряжением до 1 кВ. Пересечения и сближения ВЛ с инженерными сооружениями. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026