МДП-транзисторы в схемах синхронных выпрямителей

Эффективность ИВЭП, а также его тепловой режим в значительной мере определяются потерей мощности в диодных элементах выпрямителей, питающих низковольтную нагрузку (Рис. 4.64).

Падение напряжения на диодах на интервале проводимости определяет статические потери мощности:

(4.102)

где \/_O, R_DIF — пороговое напряжение и дифференциальное сопротивление диода, аппроксимирующие прямую ветвь ВАХ;

I_AV — среднее значение тока за период;

I_EF — действующее значение тока за период;

Т— период рабочего цикла.

Дополнительные потери мощности связаны с динамическими характеристиками диода и пропорциональны рабочей частоте переключения. В выпрямительных схемах ИВЭП с частотой коммутации десятки—сотни кГц применяются только высокочастотные диоды. Обычные ВЧ диоды с р-n-переходом изготовленные на основе кремния, имеют относительно высокие прямые напряжения (0.5...1 В), что для схем с низковольтным выходным напряжением (единицы вольт) и токами нагрузки в десятки ампер создает значительные трудности как по эффективности выпрямления, так и по потерям. Не решает проблемы и использование параллельных сборок, поскольку в ВЧ-диодах прямое напряжение определяется главным образом пороговой составляющей при малых дифференциальных сопротивлениях.

Большей эффективностью обладают схемы на основе диодов Шоттки, в которых отсутствует явление инжекции. Кроме лучших частотных свойств данные диоды имеют и меньшие прямые напряжения (0.3...0.6 В) из-за пониженной высоты потенциального барьера (рис. 4.65). Это позволяет увеличивать допустимую плотность прямого тока, чему способствуют и хорошие свойства теплопередачи выпрямляющего металлического контакта диодов Шоттки.

Новым техническим решением является использование в выпрямительных схемах ключевых транзисторов с пониженным выходным напряжением до долей вольта и синхронным переключением в такт с высокочастотным входным сигналом (так называемые синхронные выпрямители). На рис. 4.66 представлена схема выпрямителя на биполярных транзисторах.

Ограничением применения биполярных транзисторов является условие:

(4.103)

где V_ВЕ(mах) – максимально допустимое обратное напряжение на эмиттерном переходе (для современных транзисторов 3...7 В);

V_OUT – выходное напряжение выпрямителя.

Наиболее эффективным для выпрямителей с выходным напряжением 5В; 3.3В и менее оказалось применение низковольтных силовых МДП-транзисторов, когда в качестве выпрямляющего диода используется внутренний обратный р-n-переход структуры ключа.

Встроенный диод обладает предельными параметрами тока и напряжения, соответствующими основному ключу. Прямое падение напряжения на диоде может быть существенно уменьшено при одновременной подаче положительного смещения на затвор транзистора (рис. 4.67). По частотным характеристикам встроенные диоды приближаются к современным ВЧ-аналогам дискретного типа. Поскольку прямое напряжение на внутреннем обратном диоде пропорционально омическому сопротивлению проводящего канала наименьшие значения достигаются в низковольтных структурах МДП-транзисторов типа OptiMOS (фирма «Infineon Technologies») или «StripFET» (фирма «IR»).

Рис. 4.65 Рис. 4.66

Основной проблемой при построении синхронных выпрямителей является правильное формирование управляющих напряжений на затворах силовых МДП-ключей. Обычным решением является режим самосинхронизации с использованием напряжения на вторичных обмотках ВЧ-трансформатора. На рис. 4.68 показана структурная схема импульсного (источника питания частотой 200 кГц на выходную мощность 200 Вт (разработка фирмы «InfineonTechnologies», использующая схему обычного и синхронного выпрямления).

Рис. 4.67

Рис. 4.68

Date: 2015-05-09; view: 1914; Нарушение авторских прав