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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Датчик изображения с глобальным органическим затвором 22.02.2018 Функция глобального затвора основана на использовании органической светопроводящей пленки (organic photoconductive film, OPF). Как утверждается, это первый в отрасли датчик такого рода. Компания Panasonic представила интересную разработку в области датчиков изображения. Специалистами японской компании создан датчик изображения с глобальным затвором, способный формировать видео 8K (36 Мп) с кадровой частотой 60 к/с По словам производителя, разделение в датчике OPF CMOS фотоэлектрического преобразования и остальных цепей позволило реализовать высокоэффективную технологию подавления шумов. Наличие глобального затвора позволяет устранить эффект роллинг-шаттера. Поскольку светочувствительность пленки зависит от приложенного напряжения, можно воспроизвести эффект фильтра нейтральной плотности.

Другие интересные новости:

▪ Охлаждение микросхем плазменным веером

▪ Крыша вместо бензобака

▪ Светодиодный светофор

▪ Безвентиляторный блок питания SilverStone Nightjar NJ600

▪ Раскрыт секрет дружелюбия собак

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Освещение. Подборка статей

▪ статья В мои лета не должно сметь... Крылатое выражение

▪ статья Какие страны мира входят в первую десятку самых маленьких по численности населения? Подробный ответ

▪ статья Большой Каньон. Чудо природы

▪ статья Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Автомат-переключатель полярности напряжения для зарядного устройства. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026