Андрей Смирнов
Время чтения: ~21 мин.
Просмотров: 1

Двухполупериодный синхронный выпрямитель

16 июня 2017

Infineon_04_17.png

автомобильная электроникауправление питаниемпотребительская электроникаавтоматизацияответственные применениялабораторные приборыInfineonстатьядискретные полупроводникиMOSFET

infin.png

Применение синхронных выпрямителей – лучший способ снижения потерь во вторичных цепях преобразователей энергии. А полевые транзисторы из линейки OptiMOS™ производства Infineon с напряжением 30…150 В отлично подходят для этой цели.

Постоянное ужесточение требований к удельной мощности и энергосбережению преобразователей электрической энергии требует увеличения эффективности всех ступеней преобразования. Основным видом потерь во вторичных цепях преобразователей с гальванической развязкой являются потери проводимости выпрямительных диодов, которые можно уменьшить, используя синхронное выпрямление (рисунок 1). Замена диодов полевыми транзисторами (MOSFET) приводит к появлению новых задач – оптимизации эффективности системы и предотвращению выбросов перенапряжения.

Принципы синхронного выпрямления

Для правильного выбора транзисторов синхронного выпрямителя необходимо четкое понимание механизма возникновения потерь. В первую очередь необходимо различать потери проводимости (статические потери), зависящие от тока нагрузки, и потери переключения (динамические потери). Потери проводимости напрямую зависят от сопротивления транзисторов в открытом состоянии RDS(on) и падения напряжения на внутренних диодах VSD. Причем увеличение тока нагрузки приводит к увеличению потерь проводимости. Для предотвращения одновременного включения транзисторов синхронного выпрямителя, приводящего к токовым перегрузкам транзисторов, необходимо наличие некоторого времени задержки, при котором один транзистор должен быть гарантированно закрыт перед открытием другого. Именно в этот промежуток времени ток протекает через внутренний диод, и в нем возникают дополнительные потери. Но, поскольку этот период мал (50…100 нс), то в большинстве случаев, когда выходное напряжение значительно больше прямого падения напряжения на внутреннем диоде, данными потерями можно пренебречь.

ris_1-2-300x186.png

Рис. 1. Схемы диодного и синхронного выпрямителей

Динамические потери MOSFET также вносят большой вклад в общую картину. Они зависят от частоты коммутации fSW и выходного тока преобразователя IOUT. Для включения транзистора емкость затвора необходимо зарядить до величины Qg, а напряжение на затворе должно достигнуть порога переключения. Для выключения MOSFET емкость «затвор-исток» должна быть разряжена, что означает рассеивание заряда Qg на сопротивлении затвора и внутреннем сопротивлении драйвера. При существующей технологии производства потери управления для транзисторов с малым сопротивлением канала – больше, чем для высокоомных, поскольку увеличение размера кристалла приводит к увеличению заряда затвора Qg.

Другая важная часть динамических потерь связана с наличием выходной емкости Coss и зарядом обратного восстановления Qrr. При выключении транзистора заряд Qrr должен быть рассеян, а выходная емкость Coss заряжена до величины напряжения вторичной обмотки трансформатора VT. В результате этого процесса возникает импульс обратного тока, который протекает через индуктивности коммутируемой цепи, вследствие чего в выходную емкость транзистора передается энергия, приводящая к появлению на стоке транзистора импульса перенапряжения. Этот импульс запускает колебательный процесс в контуре, образованном индуктивностями проводников печатной платы и выходной емкостью транзистора Coss, который демпфируется паразитными сопротивлениями данного контура. Таким образом, энергия выключения зависит от величины емкости Coss MOSFET и, соответственно, от заряда Qoss, накопленного при заряде Coss до напряжения вторичной обмотки трансформатора. Аналогично заряду затвора Qg, заряд выходной емкости Qoss увеличивается с уменьшением сопротивления RDS(on). Таким образом, всегда можно найти баланс между потерями проводимости и потерями на переключение для достижения максимальной эффективности преобразования в целом.

В первом приближении зарядом обратного восстановления Qrr для транзисторов серии OptiMOS™ можно пренебречь, поскольку его вклад в общие потери мощности незначителен. В нашем случае зарядом Qrr считается только заряд восстановления внутреннего диода MOSFET, в то время как величина заряда Qrr, которая указывается в документации, измеряется в соответствии со стандартами JEDEC, и поэтому содержит не только заряд восстановления внутреннего диода, но и некоторые составляющие выходного заряда транзистора. К тому же, при синхронном выпрямлении реальные значения заряда обратного восстановления диода Qrr – меньше значений, указанных в документации. В ней приводятся значения для максимально допустимого тока стока транзистора при условии, что диод находился в проводящем состоянии длительное время, более 500 мкс, и при ограниченной скорости изменения тока di/dt на уровне 100 А/мкс. В реальном устройстве токи транзистора обычно не превышают трети максимально допустимого тока стока, внутренний диод находится в проводящем состоянии 20…100 нс, а скорость изменения тока di/dt достигает 800 А/мкс.

Оптимизация выбора транзисторов синхронного выпрямителя

Оптимальный выбор транзисторов синхронного выпрямителя, направленный на максимальную эффективность, заключается в поиске сбалансированного соотношения потерь проводимости и переключения. При малом токе нагрузки потери проводимости играют второстепенную роль. В этом случае потери переключения, которые приблизительно постоянны во всем диапазоне нагрузок, являются доминирующими. При большом токе нагрузки потери проводимости максимальны и поэтому вносят наибольший вклад в общие потери мощности (рисунок 2).

Рис. 2. Зависимость потерь мощности от выходного тока

При выборе транзисторов особое внимание необходимо уделить выбору сопротивления в проводящем состоянии RDS(on). В качестве примера рассмотрим семейство транзисторов 60 В OptiMOS™, работающих при условиях, приведенных на рисунке 3. На нем видно, что отклонение сопротивления RDS(on) от точки оптимального выбора приводит к увеличению общих потерь пропорционально увеличению RDS(on). В тоже время в приведенном примере уменьшение сопротивления RDS(on) ниже 0,5 мОм приведет к существенному увеличению потерь, обусловленных увеличением выходной емкости. Более того, на рисунке 3 можно увидеть, что диапазон значений RDS(on), при которых значение потерь минимально, достаточно широк. В этом примере общие потери примерно одинаковы в диапазоне 0,75…2,8 мОм, следовательно, для данной ситуации лучше всего подходят транзисторы BSC016N06NS или BSC028N06NS. К тому же, поскольку потери остаются меньше 1 Вт в широком диапазоне (0,55…3,9 мОм), то возможен и выбор BSC039N06NS, хотя данный транзистор лучше использовать в приложениях или с меньшим током нагрузки, или с большей частотой преобразования.

Рис. 3. Зависимость потерь мощности от сопротивления RDS(on)

В любом случае необходимо помнить, что график на рисунке 3 был построен для конкретных условий, и ситуация может существенно поменяться при изменении частоты преобразования (рисунок 4в, г) или тока, протекающего через транзисторы (рисунок 4а, б).

Если взять в качестве примера рисунок 4а, где ток транзистора уменьшен до 5 А, а частота преобразования осталась 175 кГц, потери переключения теперь составляют значительную часть общих потерь и оптимальным является использование транзистора BSC039N06NS. В другом случае частота преобразования уменьшена до 100 кГц при сохранении тока транзистора на уровне 15 А (рисунок 4в). В этом случае оптимальным решением является выбор транзистора BSC016N06NS, при использовании которого обеспечивается минимальный уровень потерь.

Рис. 4. Зависимость потерь мощности от сопротивления RDS(on) при различных значениях частоты преобразования fsw и тока транзистора IMosfet

Еще одной важной проблемой оптимизации синхронных выпрямителей является правильный выбор корпуса транзистора. Действительно, повысить эффективность выпрямителя можно простым путем замены корпуса ТО-220 на SuperSO8. Причиной этого является уменьшение доли сопротивления корпуса в величине RDS(on). Уменьшение сопротивления RDS(on) при сохранении выходной емкости на том же уровне приводит к уменьшению произведения FOMQoss = RDS(on) х Qoss, которое является показателем эффективности технологии MOSFET. Уменьшение FOMQoss приведет к уменьшению потерь переключения и, таким образом, увеличит КПД выпрямителя.

При каком токе необходимо оптимизировать транзисторы?

Чтобы получить высокое значение КПД синхронного выпрямителя во всем диапазоне токов нагрузки необходимо правильно выбрать ток MOSFET, воспользовавшись четырехквадрантными оптимизирующими зависимостями. Оптимизация, выполненная для максимальной нагрузки, даст высокое значение КПД при больших выходных токах. Однако в этом случае при небольшой нагрузке выпрямителя значение КПД резко уменьшится, а количество параллельно соединенных транзисторов окажется недопустимо большим. Поэтому необходимо выбрать такое значение тока транзистора, при котором КПД будет иметь относительно постоянное значение во всем диапазоне токов.

Для иллюстрации этой проблемы на рисунке 5 показаны зависимости КПД синхронного выпрямителя с выходным напряжением Vout = 12 В, напряжением вторичной обмотки трансформатора 24 В, напряжением затвора 10 В и частотой преобразования 200 кГц, рассчитанные для различных вариантов оптимизации. Если обратиться к оптимизирующим зависимостям (о методике их использования будет рассказано далее) для 40 В OptiMos BSC010N04LS (рисунок 8), то при оговоренном выше режиме работы (V=  24 В, f = 200 кГц) и токе 20 А оптимальным будет применение одного транзистора. В этом случае, в соответствии с рисунком 5, максимум КПД будет располагаться в области небольших токов нагрузки. В случае оптимизации при токе транзистора 40 А оптимальным будет применение двух транзисторов. В этом случае максимум КПД сместится в область больших токов нагрузки. Обычно сбалансированное значение КПД достигается, если оптимизация выполняется при 20…30% от максимальной мощности выпрямителя. Если выпрямитель большую часть времени функционирует при небольших нагрузках – имеет смысл уменьшить ток, при котором выполняется оптимизация, до величины 10…20% от максимального выходного тока. Если же нагрузка такова, что большую часть времени выпрямитель работает при уровне мощности более половины от максимального, оптимизацию необходимо выполнять для тока значением до 60% от максимального выходного тока. Оптимизации для 100% нагрузки следует избегать, поскольку в этом случае с уменьшением нагрузки КПД выпрямителя существенно уменьшается, а количество параллельно соединенных транзисторов значительно возрастает.

Рис. 5. Зависимость КПД от тока нагрузки при различных значениях тока оптимизации

Выбор полевых транзисторов по четырехквадрантным оптимизирующим зависимостям для синхронного выпрямления

Для выбора транзисторов предлагаются оптимизирующие зависимости, которые позволяют легко отыскать наиболее подходящий полевой транзистор для синхронного выпрямителя с использованием всего трех параметров: напряжения вторичной обмотки трансформатора, частоты преобразования и среднего значения тока транзистора. Пример выбора транзистора показан на рисунке 6.

Рис. 6. Выбор транзистора по оптимизирующим зависимостям

На первом этапе необходимо выбрать один из транзисторов, присутствующих на графиках. Из точки на оси Х, которая соответствует напряжению вторичной обмотки трансформатора, проводят вертикальную линию вниз до пересечения с линией, соответствующей выбранному транзистору. Из этой точки проводят горизонтальную линию влево до точки пересечения с линией, соответствующей частоте преобразования. После этого проводят вертикальную линию вверх до пересечения с линией, соответствующей выбранному току транзистора. Далее из этой точки проводят горизонтальную линию вправо до пересечения с вертикальной линией, соответствующей выбранному транзистору, по которой можно определить оптимальное число параллельно соединенных транзисторов.

Хорошим соотношением будет уровень тока в 20…30% от полной нагрузки. Оптимальным значением RDS(on) для данного случая будет точка пересечения с положительной частью оси Y. Данную процедуру можно выполнить для разных моделей транзисторов. Наименьшие потери, а следовательно, и максимальное значение КПД выпрямителя будут при использовании тех транзисторов, для которых эквивалентное сопротивление RDS(on) будет наименьшим.

Данная методика рассчитана на работу транзисторов выпрямителя в режиме оптимального переключения. В любом другом случае, например, в случае динамического включения или лавинного пробоя, приведенные зависимости будут неточными. Наилучшие результаты были получены для топологий с жесткой коммутацией. Использование данной методики для резонансных схем с режимами мягкой коммутации приведет к большим расхождениям, поскольку в данном случае динамические потери будут ниже нуля. В этом случае оптимальное значение сопротивления RDS(on) будет меньше расчетного. Обратите внимание на то, что даже при работе первичной стороны в квазирезонансном режиме, например, при использовании мостового инвертора Phase Shift ZVS, синхронный выпрямитель может работать в режиме жесткого переключения и может быть оптимизирован с использованием приведенных зависимостей.

Все оптимизирующие зависимости, приведенные в данной статье (рисунки 7…14), были построены для идеализированных полевых транзисторов. На практике результаты расчетов по идеализированным зависимостям могут отличаться от реального значения потерь. Поэтому полученные результаты необходимо рассматривать не более чем как индикатор наилучшего возможного случая или предупреждение о выборе недостаточного или избыточного количества транзисторов. Если оптимальное количество параллельно соединенных транзисторов, полученное по графикам, находится между двумя значениями, следует помнить, что выбор меньшего количества транзисторов увеличит КПД выпрямителя при меньших токах нагрузки, а большего – при больших. Кроме того, необходимо учитывать наличие снабберных цепей, включенных параллельно транзисторам, которые также могут влиять на выбор транзисторов.

Оптимизация во всем диапазоне токов нагрузки не может быть выполнена с помощью расчета при одном значении выходного тока. Для этого необходимо выполнить несколько тестовых расчетов при различных токах нагрузки, и, анализируя полученные результаты, осуществить выбор модели и количества транзисторов в соответствии с требованиями, предъявляемыми к выпрямителю.

Рис. 7. Выбор транзистора по оптимизирующим зависимостям OptiMOS™ 30 В

Рис. 8. Выбор транзистора по оптимизирующим зависимостям OptiMOS™ 40 В

Рис. 9. Выбор транзистора по оптимизирующим зависимостям OptiMOS™ 60 В

Рис. 10. Выбор транзистора по оптимизирующим зависимостям OptiMOS™ 75 В

Рис. 11. Выбор транзистора по оптимизирующим зависимостям OptiMOS™ 80 В

Рис. 12. Выбор транзистора по оптимизирующим зависимостям OptiMOS™ 100 В

Рис. 13. Выбор транзистора по оптимизирующим зависимостям OptiMOS™ 120 В

Рис. 14. Выбор транзистора по оптимизирующим зависимостям OptiMOS™ 150 В

•••<tabltd>

<divv>

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форумеРадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Добавить тег

БП с синхронным выпрямителем.

Автор: vantik Опубликовано 20.09.2011 Создано при помощи КотоРед.

Всем привет! Пришла мне как-то идея, сделать себе домой сетевое хранилище. Так как без дела лежала древняя материнка Р3 800Мгц, и пару винтов, оставалось дело только за блоком питания. Найти ATX блок питания было не проблема, но так как я легких путей не искал, решил создать проблем себе на одно место, а именно сделать блок самому да не простой, а с пассивным охлаждением.

Хотелось, чтоб вся конструкция издавала минимальное количество шума, поэтому на материнку был установлен куллер с регулировкой оборотов в зависимости от температуры. При испытании выяснилось, что процессор 800Мгц греется незначительно (40-50°С) и куллер в 80% времени вообще не вращается.

Блок питания, тут немного сложнее, при некотором размышлении была выбрана следующая модель: Рис1.

Идея такова, основа AC-DC преобразователь вход 220в выход 12в 10А, итого 120Вт, далее два DC-DC преобразователя c 12в на 5в 10А, и с тех же 12в на 3,3в 10А.

Далее мной более подробно будет рассмотрена схема AC-DC преобразователя из 220в в 12в, а именно его контроллера. Топология была выбрана полумост, по-моему, идеально подходившая для данной задачи.  В чем же прикол? А прикол в том чтобы добиться минимального нагрева блока, чтобы не пришлось его охлаждать принудительно. Но добиться минимального нагрева можно только увеличив КПД.

В импульсных источниках питания с выходами работающим на больших токах, основные потери приходятся на выпрямительные диоды, так как падение напряжения на диоде составляет в среднем  0.6В, то, при выходном токе в 10А, потери будут составлять аж 6Вт! Ух, жарко! Да, вот с этой жарой и приходиться бороться вентиляторам. А как же бороться нам…  С помощью СИНХРОННОГО выпрямления.

Суть синхронного выпрямления — это использование мощных полевых транзисторов,  работающих параллельно с выпрямительными диодами. Они открываются всякий раз, когда выпрямителю нужно проводить ток, тем самым уменьшая падение прямого напряжения до менее, чем 0,1в. Здесь главной проблемой является управление этими транзисторами, так как они должны открываться с задержкой относительно транзисторов первичной части, и закрываться чуть раньше, чтобы не вызывать сквозных токов и исключать опасные режимы работы.  

На сегодняшний день, на рынке электронных компонентов имеется достаточно большой выбор ШИМ-контролеров с  синхронным выпрямлением, правда не всегда имеется возможность купить их в магазинах, да и цены на них не сильно интересные. После некоторого времени напряжения моих не многочисленных извилин, была придумана довольно простая схема для реализации синхронного выпрямления на довольно доступных элементах. Полностью электрическую принципиальную схему я приводить не буду а только отдельные узлы, скажем так, самые интересные.

  Рис2.

На рис 2 представлена силовая часть преобразователя, схема классическая за исключением выпрямителя, здесь выпрямительные диоды расположены по «минусу», сделано это специально чтобы можно было подключить к ним N-канальные полевики, которые имеют сопротивление канала пониже чем у аналогичных P-канальников, да и стоят поменьше, и управлять ими в нашем случае попроще.

  Рис3

Контроллер выполнен на базе довольно популярной микросхемы sg3525.Питание на микросхему подается от вспомогательного источника через параметрический стабилизатор. Выходное напряжение преобразователя подается на первую ногу микросхемы через делитель напряжения, на вторую ногу заводится опорное напряжение с 16-й ножки. Остальные элементы нужны для софтстарта, установки частоты генератора у меня она, кстати, составляет 140 кГц и компенсации обратной связи. В общем все стандартно из д.ш. за исключением стабилизатора 78l05 питающего выходной каскад микросхемы. Зачем так сделано, это уже интереснее, а надо это для следующего узла, формирующего импульсы для управления полумостом, ну и наконец, транзисторами синхронного выпрямления. 

  Рис4.

Работу этого узла разберем по подробней, немного напряжем мозг, и посмотрим, что же здесь происходит, для этого обратим внимание на диаграмму.

  Рис5.

На верхнем графике показан управляющий импульс приходящий от контроллера SG3525 от одного из его плеч, обозначенным как А. Амплитуда его составляет 5в, так как питание каскада осуществляется от стабилизатора 78l05, длительность нас сильно не интересует. При его появлении происходит следующее: конденсатор C1 через диод D2 и резистор R1 начинает заряжаться, что видно на графике в точке А1. При достижении порогового значения напряжения на входе 1 логического элемента 2-И (микросхемы 74hc08), происходит его переключение точка E1, временной интервал t1-t2 зависит от значения цепочки R1C1. Емкость конденсатора C1 должна быть небольшой в пределах 1-10nF, что бы она максимально быстро разряжалась через диод D1 когда значение импульса принимает нулевое значение временной интервал t3. Подобное происходит и в точке А2, только в обратной последовательности, сначала конденсатор C3 через диод D5 очень быстро заряжается интервал t1, а затем уже через цепочку R3 D6 относительно плавно разряжается интервал t3-t4, при достижении порогового значения на  входе 9 логического элемента 2-И (микросхемы 74hc08), происходит его переключение в 0, точка C1 интервал времени t4. Далее управляющие сигналы с выходов логических элементов E1 и C1 поступают на драйверы, в моем случае это lm5111-1m. Вот так и формируются задержки, необходимые для транзисторов в нашем источнике о которых я упоминал выше.    

Немного о практическом использовании. У меня схема контроллера располагается на вторичной части источника, гальванически развязанная от первичной. Транзисторы полумоста управляются через разделительный трансформатор. Сам контроллер питается от дежурного источника питания, логику 74hc08 можно заменить на аналогичную с 12в питанием, при этом соответственно добавить стабилизатор, например, LM7812 запитав выходной каскад ШИМ-контроллера и логику. Драйверы можно использовать различные главное совместимые по входу с предыдущим каскадом. Входы логики подтянутые резистором R5 к «+» можно использовать для реализации защиты по току, не забывая задействовать 10 вывод микросхемы sg3525, кстати для ее запуска необходимо подтянуть этот вывод к «земле».

Кроме микросхемы sg3525 можно использовать похожие, только обязательно с двухтактным выходом (можно и однотактным дополнив его соответствующим драйвером). Времена задержки t1-t2 и t3-t4 необходимо выбирать в зависимости от скорости включения и отключения транзисторов, у меня они были установлены по 500 наносекунд.

Описывать работу других DC-DC преобразователей (12в-5в и 12в-3.3в), я не буду, так как это уже отдельная тема для статьи. Лучше приведу фотографии действующего устройства.

  Фотографии блока питания сделаны рядом с материнской платой, чтобы можно было оценить его размеры.

Фото платы контроллера, впаянной вертикально к силовой части блока.Модули DC-DC преобразователей на 5в и 3.3в.Здесь видны транзисторы полумоста.Слева от платы контроллера расположенны транзисторы выпрямителя, кстати irf3710 по два в параллель и без радиатора.Вот так!

Файлы:18.jpg

Все вопросы в Форум.

—>

Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

23 1 5
2 3

</divv></td>—> —> SELECTORNEWS — покупка, обмен и продажа трафика —> —>toozpickЭлектроникаДобавлено 7 комментариев Приветствую, Самоделкины!Сегодня мы сделаем шаг на ступень выше в электронике, а именно, соберем синхронный выпрямитель. Устройство не новое, но еще не сильно популярное.1553513227_bandicam-2019-03-25-14-17-19-566.jpgАвтором данной самоделки является Роман (автор YouTube канала «Open Frime TV»).Как известно, в любом блоке питания на выходе стоит выпрямительный диод. В последнее время широко используют диоды шоттки, так как у них меньше падение напряжения и, следовательно, они меньше греются. Но нагрев все-таки есть и при больших мощностях он внушительный.Если ставить диод ultrafast, то там ситуация еще хуже, так как падение напряжения больше, и отсюда появляется одна из важнейших проблем — это радиаторы.

По-хорошему, нельзя устанавливать высокую сторону и низкую на один радиатор, так как может случиться пробой и на выход попадет высокое напряжение. Значит нужно разделять горячую и холодную сторону на разные радиаторы. Но не у всех есть нужное количество радиаторов чтобы все охладить. Да и при больших мощностях уже не обойтись без принудительного охлаждения.Умные люди начали думать над данной проблемой и нашли простой выход — использовать вместо диодов полевые транзисторы.
У них сопротивление открытого канала очень маленькое и, следовательно, ток, протекающий через них, будет меньше выделять тепла. На первый взгляд все просто, но нет. Для корректной работы транзисторам необходимо правильное управление. Тут тоже поработали умные люди и создали микросхемы для управления транзисторами в синхронном выпрямителе. 1553513249_bandicam-2019-03-25-14-18-48-149.jpgНам же остается просто собрать схему и разобраться, как она работает. Сама схема перед вами:1553513226_bandicam-2019-03-25-14-18-53-352.jpgКак видим, деталей тут всего ничего. Микросхема выпрямителя есть только в smd корпусе.
Из этого получается, что схема управления много места не займет, а кпд вырастет в разы. Итак, попробуем разобраться, как это работает. Первое, что бросается в глаза, это то, что средняя точка будет плюсом, а боковые минусом.1553513201_bandicam-2019-03-25-14-19-25-898.jpgВсе потому, что транзисторы включаются в обратном направлении.1553513199_bandicam-2019-03-25-14-19-32-154.jpgРаботает выпрямитель таким образом: допустим, во время первого импульса мы имеем такие знаки на обмотках.1553513239_bandicam-2019-03-25-14-19-38-146.jpgМикросхема это отслеживает и открывает нижний транзистор.1553513255_bandicam-2019-03-25-14-19-43-906.jpgТок в это время течет по вот такой цепи:1553513256_bandicam-2019-03-25-14-19-47-068.jpgДалее следует второй импульс. 1553513280_bandicam-2019-03-25-14-19-51-082.jpgТеперь открывается верхний транзистор и пропускает ток в нагрузку. Опытные электронщики сразу же вспомнят внутренний диодик в транзисторе, но если еще раз посмотреть на знаки напряжений, то становится понятно зачем транзистор включен в обратном направлении.1553513265_bandicam-2019-03-25-14-19-58-454.jpgВ то время, когда один транзистор открыт, второй подперт высоким напряжением и диод априори не может пропустить ток.1553513272_bandicam-2019-03-25-14-20-10-956.jpgНо каждое действие имеет последствия, в нашем случае это проявляется в том, что к транзистору приложены две амплитуды напряжения. Как вы поняли это плохо. Подробнее об этом узнаем при реальном расчете.1553513252_bandicam-2019-03-25-14-20-21-685.jpgТеперь, что касается остальных элементов схемы. Стабилитрон нужен для ограничения питания микросхемы, так как оно не должно превышать 20В.Конденсатор сглаживает напряжение питания микросхемы.Резистор, идущий на землю, можно выбирать в пределах от 25 до 150 кОм, он влияет на скорость открытие транзистора. Автор выбрал резистор на 30 кОм, этого вполне достаточно.Также на скорость открытия влияет затворный резистор, его номинал может быть от 10 до 30 Ом, можно и больше расширить предел, это уже на ваше усмотрение.Для проверки работоспособности данной схемы пришлось нарисовать печатку. Это чисто плата синхронного выпрямителя. Скачать схему и печатку можно ЗДЕСЬ.Ее можно встроить в любой полумостовой блок питания и забыть про перегрев выходной части. Как видим печатка получилась компактной. Ширина силовых дорожек небольшая, но как уже говорилось ранее, это макет.Когда плату вытравили, запаиваем ее. Сложности могут возникнуть только с микросхемой, но если постараться, то все получится. В итоге получаем вот такое красивое устройство:Теперь давайте более детальней поговорим про расчет. Так как это у автора пробный вариант, и он не оснащен задающей частью, то для запуска воспользуемся внешним трансформатором от какого-то старого проекта. Задающая часть тут IR2153. На выходе должны получать около 24В. Расчеты этого блока перед вами:Нас интересует такой параметр, как амплитудное значение напряжения вторичной обмотки, оно у нас 28В. И теперь умножаем это значение на 2, почему, уже говорилось выше. И вот на полученное напряжение нам нужно выбирать транзистор. Заходим в каталог транзисторов радиорынка и начинаем смотреть, что имеется в наличии. И вот тут всплывают минусы синхронного выпрямителя, проявляются они в соотношении цены, напряжения транзистора и сопротивления открытого канала. Как видим, чем больше напряжение, тем больше и сопротивление, а если сопротивление низкое, то цена на данный транзистор довольно большая. Но тут уже каждый будет решать нужен ему такой выпрямитель или нет. Для того, чтобы оптимально выбрать транзистор, нам нужно понимать сколько же мощности на нем рассеется. В этом нам поможет закон дедушки Ома.Транзистор выбираем по двойной амплитуде. Соотношение цена-сопротивление канала, выбор пал на 75nf75.Произведя расчет для тока в 10А, получаем выделяемую мощность в 1,1Вт. Сравним теперь синхронный выпрямитель с диодом шоттки. При тех же 10А получим 4Вт. Результат налицо.В общем, смысл такого выпрямителя в следующем, на низких напряжениях он в разы лучше диода, а вот с повышением напряжения уже картина становится не такой красивой. Цена на компоненты большая, а кпд выше на пару процентов. Посмотрим, как работает устройство. Подключаем вторичку проводами прямо к плате и смотрим напряжение на выходе, оно примерно 24В, что соответствует ранее посчитанному.Это означает, что плата работает в штатном режиме. Тест на нагрев проводить пока не целесообразно, так как задающая часть слабовата. Сейчас мы только проверяем работоспособность.Теперь можем для демонстрации работы встать щупом осциллографа на затвор транзистора и посмотреть, как он открывается.
Как видим, импульс немного завален. Это означает, что к нагреву добавятся еще коммутационные потери, но они не такие значительные.Да, и еще, во время построения данного выпрямителя можно с легкостью наступить на грабли. Проявляются они в виде неоригинальных транзисторов, у которых сопротивление открытого канала намного больше заявлено в даташите. Это сейчас очень актуальная тема.Ну а на этом пора заканчивать. Благодарю за внимание. До новых встреч! Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь. Используемые источники:

  • https://www.compel.ru/lib/82036
  • https://www.radiokot.ru/circuit/power/supply/29/
  • https://usamodelkina.ru/14065-sinhronnyj-vyprjamitel-svoimi-rukami.html

</tr></tabltd>

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации