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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Моноблочный компьютер Shuttle X50V5 22.05.2016 Компания Shuttle до конца мая начнет продажи нового компьютера "все в одном" X50V5, рассчитанного на использование прежде всего в корпоративной среде. Моноблок получил 15,6-дюймовый дисплей с поддержкой сенсорного управления. Разрешение по современным меркам невысоко - 1366 х 768 пикселей. В рамку над экраном вмонтирована веб-камера с 2-мегапиксельной матрицей. В компьютере применен 14-нанометровый процессор Intel Celeron 3855U с двумя вычислительными ядрами, работающими на тактовой частоте 1,6 ГГц. Видеоподсистема полагается на интегрированный контроллер Intel HD Graphics 510. Чип довольствуется пассивной системой охлаждения. Моноблок поддерживает установку до 16 Гбайт оперативной памяти DDR3L-1333/1600. Внутри корпуса с размерами 391,7 х 328,5 х 42,6 мм есть место для одного накопителя формата 2,5 дюйма. В оснащение входят адаптеры беспроводной связи Wi-Fi 802.11ac и Bluetooth 4.0, гигабитный сетевой контроллер, стереофонические динамики мощностью 2 Вт каждый, ридер SD-карт, порты USB 2.0 (х2), USB 3.0 (х2), HDMI и D-Sub. Приобрести компьютер Shuttle X50V5 можно будет по ориентировочной цене от 350 евро.

Другие интересные новости:

▪ Набор модулей памяти G.Skill Ripjaws 4 DDR4-2800

▪ Полеты в космос вызывают проблемы с глазами

▪ Улей для диких пчел

▪ Горы и пустыни Марса

▪ Toyota поможет построить безопасные говорящие дороги

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цифровая техника. Подборка статей

▪ статья Моральное перевооружение. Крылатое выражение

▪ статья Кто изобрел спички? Подробный ответ

▪ статья Стоматолог. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Еще одна антенна с емкостной нагрузкой. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Выбор промежуточной частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025