Активное исправление - Active rectification

Падение напряжения на диоде и МОП-транзисторе. Низкое сопротивление в открытом состоянии MOSFET снижает омические потери по сравнению с диодным выпрямителем (в данном случае ниже 32 А), который демонстрирует значительное падение напряжения даже при очень низких уровнях тока. Параллельное соединение двух полевых МОП-транзисторов (розовая кривая) еще больше снижает потери, в то время как параллельное соединение нескольких диодов не приведет к значительному снижению прямого падения напряжения.

Активное исправление, или же синхронное выпрямление, это метод повышения эффективности исправление заменив диоды с активно управляемыми переключателями, обычно силовые МОП-транзисторы или же силовые БЮТ.[1] В то время как обычные полупроводниковые диоды имеют примерно фиксированное падение напряжения около 0,5–1 вольт, активные выпрямители ведут себя как сопротивление и могут иметь произвольно низкое падение напряжения.

Исторически сложилось так, что переключатели с приводом от вибратора или двигателем коммутаторы также использовались для механические выпрямители и синхронное выпрямление.[2]

Активное исправление имеет множество применений. Часто используется для массивов фотоэлектрический панели, чтобы избежать обратного тока, который может вызвать перегрев с частичным затемнением, обеспечивая минимальные потери мощности. Он также используется в импульсные источники питания (SMPS).[1]

Мотивация

График зависимости рассеиваемой мощности от тока в 4 устройствах.

Постоянное падение напряжения эталона p-n переход диод обычно составляет от 0,7 В до 1,7 В, вызывая значительные потери мощности в диоде. Электроэнергия зависит от тока и напряжения: потери мощности растут пропорционально как току, так и напряжению.

В низком напряжении конвертеры (около 10вольт и менее), падение напряжения на диоде (обычно от 0,7 до 1 В для кремниевого диода при его номинальном токе) отрицательно влияет на эффективность. Одно классическое решение заменяет стандартные кремниевые диоды на Диоды Шоттки, которые демонстрируют очень низкие падения напряжения (всего 0,3 В). Однако даже выпрямители Шоттки могут давать значительно больше потерь, чем выпрямители синхронного типа, особенно при больших токах и низких напряжениях.

При работе с преобразователями очень низкого напряжения, такими как понижающий преобразователь блок питания для компьютера ЦПУ (с выходным напряжением около 1 вольт, и многие амперы выходного тока) выпрямление Шоттки не обеспечивает адекватного КПД. В таких приложениях становится необходимым активное исправление.[1]

Описание

Замена диода на активно управляемый переключающий элемент, такой как полевой МОП-транзистор, является основой активного выпрямления. МОП-транзисторы имеют постоянное очень низкое сопротивление при проводимости, известное как сопротивление в открытом состоянии (RDS (вкл.)). Они могут быть изготовлены с сопротивлением в открытом состоянии от 10 мОм или даже ниже. В этом случае падение напряжения на транзисторе намного ниже, что означает снижение потерь мощности и повышение эффективности. Тем не мение, Закон Ома регулирует падение напряжения на полевом МОП-транзисторе, а это означает, что при высоких токах падение может превышать падение напряжения на диоде. Это ограничение обычно устраняется либо путем параллельного размещения нескольких транзисторов, тем самым уменьшая ток через каждый отдельный, либо путем использования устройства с большей активной площадью (на полевых транзисторах, эквивалент параллельного устройства).

В схеме управления для активного выпрямления обычно используется компараторы для измерения напряжения на входе переменного тока и открытия транзисторов в правильное время, чтобы позволить току течь в правильном направлении. Синхронизация очень важна, так как необходимо избегать короткого замыкания на входе питания, которое может быть легко вызвано включением одного транзистора до выключения другого. Активные выпрямители тоже явно нуждаются в сглаживании. конденсаторы присутствует в пассивных примерах.

Использование активного ректификации для реализации Преобразование переменного / постоянного тока позволяет конструкции подвергаться дальнейшим улучшениям (с большей сложностью) для достижения коррекция активного коэффициента мощности, который заставляет форму волны тока источника переменного тока следовать форме волны напряжения, устраняя реактивные токи и позволяя всей системе достичь большей эффективности.

Идеальный диод

Активно управляемый полевой МОП-транзистор действует как выпрямитель - активно включается, чтобы пропускать ток в одном направлении, но активно выключено, чтобы блокировать ток в другом направлении - иногда называют идеальным диодом. Использование идеальных диодов вместо стандартных диодов для солнечная электрическая панель байпас, защита от обратного заряда аккумулятора или мостовой выпрямитель уменьшает количество мощности, рассеиваемой этими диодами, повышая эффективность и уменьшая размер печатной платы и вес радиатора, необходимого для борьбы с этим рассеиваемой мощностью.[3][4][5][6][7][8]

Такой идеальный диод на основе MOSFET не следует путать с операционным усилителем. супер диод.

Строительство

Видеть H-мост.

Рекомендации

  1. ^ а б c Али Эмади (2009). Интегрированные силовые электронные преобразователи и цифровое управление. CRC Press. С. 145–146. ISBN  978-1-4398-0069-0.
  2. ^ Морис Агнус Уден (1907). Стандартные многофазные аппараты и системы (5-е изд.). Ван Ностранд. п.236. синхронный выпрямительный коммутатор.
  3. ^ «Идеальный диод для обхода солнечной панели».
  4. ^ «Идеальный контроллер диодного моста».
  5. ^ «Идеальный контроллер диодного моста сводит к минимуму потери мощности и нагрев устройств с питанием от PoE»
  6. ^ «Защита цепей обратного тока».
  7. ^ «Схема защиты от обратного тока / аккумулятора».
  8. ^ «Защита от обратной мощности с использованием силовых полевых МОП-транзисторов».

дальнейшее чтение