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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Процессор для Интернета вещей TZ1041MBG с поддержкой Bluetooth v4.1 17.09.2015 Toshiba добавляет в серию ApP Lite процессор для Интернета вещей TZ1041MBG с поддержкой Bluetooth v4.1. Развитие интернета вещей и носимых устройств увеличивает потребность в соответствующей элементной базе. Важными чертами процессоров приложений для указанной области применения можно считать низкое энергопотребление и поддержку передовых беспроводных интерфейсов. Оба эти качества свойственны процессору TZ1041MBG, который компания Toshiba добавила в серию ApP Lite. По словам производителя, новинка подходит для использования в носимых устройствах, включая мониторы физической активности, умные часы и другие устройства в виде браслетов и очков. Она соответствует спецификации Bluetooth v4.1 и, поддерживая функции концентратора Bluetooth, формирует универсальную среду обмена данными для устройств интернета вещей и носимых устройств. Другими словами, Toshiba TZ1041MBG подходит на роль концентратора датчиков. Помимо контроллера Bluetooth, в конфигурацию TZ1041MBG входит процессорное ядро ARM Cortex-M4F, цифровой процессор сигналов и блок вычислений с плавающей запятой. Список интерфейсов ввода-вывода включает I2C, UART и SPI. Есть 24-разрядный сигма-дельта АЦП высокого разрешения с быстродействующим коммутатором для подключения трех входных каналов, 256 КБ оперативной памяти типа SRAM и 8 Мбит флэш-памяти типа NOR. В TZ1041MBG применена технология снижения энергопотребления, уже опробованная в других устройствах серии TZ1000, которая позволяет менять напряжение питания в зависимости от тактовой частоты. Размеры TZ1041MBG - 6,70 x 8,00 x 1,59 мм. Ознакомительные образцы новинки должны появиться в октябре этого года, а запуск серийного производства запланирован на начало следующего года.

Другие интересные новости:

▪ MSP-EXP430FR6989 - расширенная отладочная плата для MSP430 с FRAM

▪ Новые линейные регуляторы постоянного тока

▪ Складной смартфон Microsoft Surface Duo 2

▪ Нанолазер для фотоники

▪ Революционное открытие для производства пива

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоприем. Подборка статей

▪ статья Шота Руставели. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему нам иногда кажется, что у едущего автомобиля колеса вращаются в обратную сторону? Подробный ответ

▪ статья Солерос. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Массы для поделок. Простые рецепты и советы

▪ статья УKB приемник - в пачке MARLBORO. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026