同步整流器。方案、说明

同步整流器。无线电电子电气工程百科全书

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整流器二极管两端的电压降不允许将其效率提高到一定限度以上。通过用电子钥匙分流或替换每个二极管，可以突破该限制。然而，由于电子钥匙控制单元的复杂性，同步整流器仅在专业供电设备中得到应用。所提出的文章描述了同步整流器的简单设计，可用于业余无线电条件下的重复。

现代电源设计人员面临的最重要任务之一是实现高效率。通常，整流器采用硅二极管或肖特基二极管制成，较少采用锗二极管。硅二极管的典型压降为 1 V，锗二极管和肖特基二极管的典型压降约为 0,5 V。

强大的关键场效应晶体管上的同步整流器的能量损失显着减少，其中二极管被场效应晶体管取代。现代场效应晶体管的开路电阻已降至几毫欧。这使得可以减少电压降，并相应地减少一个数量级的散热。但在整流器中使用场效应晶体管有许多特点。第一个是场效应晶体管中存在内部二极管。如果向场效应晶体管施加反极性电压，则内部二极管将打开。通过相对于具有足够值的开启极性的电压源向晶体管的栅极同步供电，场效应晶体管的沟道打开，与该二极管并联连接。由于开路场效应晶体管的沟道电阻远小于开路二极管的电阻，因此几乎所有电流都会流经沟道。

场效应晶体管的另一个特点是由于栅极-源极和栅极-漏极电容的存在而导致的导通和关断延迟。这些电容高度依赖于电压。它们在低电压时很大，并且在电压升高时减小。为了确保晶体管打开，需要将输入电容充电至 10 ... 12 V。此过程会受到米勒效应的阻碍，米勒效应会增加等效输入电容。关于高功率场效应关键晶体管的特性的更多细节可以在B. Yu. Semenov所著的《电力电子学：从简单到复杂》（M.：“SOLON-Press”，2005）一书中找到。

米。 1（点击放大）

上图。图1示出了设计用于整流矩形和正弦电压的全波同步整流器的图。整流器通过中间的抽头连接到变压器的次级绕组。引脚 1 和 3 - 以任意顺序连接到绕组的开头和结尾，引脚 2 - 连接到绕组出口。使用带有内部二极管的晶体管 VT1 和 VT2 进行整流。电容器C1——平滑。

用于形成施加到晶体管栅极的控制脉冲的节点组装在微电路DA1、DA2、DD1、DA4、二极管VD1、VD2和电阻器R1-R6上。该节点从 DA10 芯片上的电压调节器接收 3 V 电源电压。

如果不向晶体管的栅极提供控制脉冲，例如，如果脉冲整形单元被禁用，则整流器作为晶体管的内部二极管上的正常（异步）整流器来操作。在晶体管栅极产生控制脉冲的原理：当内部二极管的阴极电压小于其连接到公共导线的阳极电压-减去输出时，脉冲电压应打开晶体管通道电压。也就是说，当阴极电压为负极性时，晶体管的栅极必须相对于其源极施加正极性的开启电压。其余时间，栅极和源极之间的电压必须为零才能使晶体管截止。非常重要的是，打开脉冲不能在时间上重叠，以便两个晶体管不会同时打开。

脉冲整形单元的工作原理如下。晶体管漏极的电压由比较器 DA1 和 DA2 监控。在 DD1 芯片上，组装了一个排除开路脉冲重叠的节点。 DA4芯片上的反相器提供高达1,5A的输出电流，尽管存在米勒效应的干扰，仍可以快速为晶体管的输入电容充电。

让正电压半波作用在晶体管VT1的漏极上。来自二极管VD0,7的+1V电压被施加到比较器DA1相对于其非反相输入的反相输入，结果在DA1输出处出现高电平。这导致 DA2 驱动器的引脚 4 处出现高电压电平，因此其输出将为低电压电平。晶体管VT1截止。让负半波电压作用在漏极VT1上，使其内部二极管打开。 DA1 比较器的同相输入端的电压高于反相输入端的电压，因此比较器输出将为低电压。这将导致 DA2 驱动器的引脚 4 变低，输出变高。晶体管 VT1 打开并分流其内部二极管，从而减少整流能量损耗。晶体管VT2的控制方式类似。

在DD1芯片上，制作了整流器正确运行的控制单元。它包含四个逻辑元素“异或”。事实是，在正弦电压过零的时刻，比较器DA1和DA2的输出将同时具有低电压电平。如果这些输出连接到DA4芯片的输入，这将导致晶体管VT1和VT2同时打开，由于有直通电流通过它们，这是不可接受的。因此，在比较器DA1和DA2的输出与DA4芯片的输入之间，包括DD1芯片上的节点。我们来看看他的作品吧。让两个比较器的输出都具有低电压电平。该输入信号的组合位于元件DD1的输入端。 1 对应于其输出处的低电压电平。在 DD 1.2 元件上制作反相器，电源电压（高电平）施加到引脚 13。因此，DD6元件的引脚1.3和DD9元件的引脚1.4具有高电压电平，并且它们也将用作反相器。

这样，DA4驱动器的两个输入端都为高电平，晶体管VT1和VT2的栅极都为低电平，因此它们都截止。不会有直通电流通过它们。如果比较器的输出端以及相应的 DD1.1 输入端存在反相信号，则 DD3 的引脚 1.1 上将运行高电压电平。在逻辑元件DD1.2反转之后，低电压电平将逻辑元件DD1.3和DD1.4转换为信号中继器。因此，来自比较器DA1和DA2的输出的信号将不改变地传递至驱动器DA1的输出。其中一个晶体管将打开，另一个关闭。

L10CV (DA4810) 微电路产生 3 V 的稳定电源电压，该电路具有 1,5 A 输出电流过载保护功能，并在温度超过最大允许值时自动关闭装置。当输入和输出之间的电压差降至 0,5 V 时，该微电路保持稳压模式。它由整流器的输出电压供电。

同步整流器
图。 2

同步整流器安装在一面由1,5mm厚的玻璃纤维制成的印刷电路板上，其图纸如图2所示。 1. 除平滑电容器C1 外，所有部件均安装在其上。如果晶体管 VT2 和 VTXNUMX 变得非常热，则将它们安装在散热器上。板上提供了一个位置供它们放置。

笔者使用同步整流器对来自Feron ET105电子变压器次级绕组的电压进行整流。次级绕组用两根电线缠绕在其中，这方便了从中间执行抽头的任务。为了减少10倍工频电压纹波，在电子变压器内部整流桥的输出端安装了容量为400μF、额定电压为45V的平滑氧化电容器。约为12kHz。这些变压器具有最小功率限制，必须考虑该限制以确保可靠运行。同步整流器允许该电子变压器在 9 A 负载电流下获得 XNUMX V 输出电压。

图中所示电容的平滑电容器C1用于对频率为45kHz的电压进行整流。当然，同步整流器也可以通过与传统（异步）全波整流器相同的方式计算平滑电容器的电容来对频率为50Hz的电压进行整流。

作者：V.卡拉什尼克

查看其他文章 部分电压转换器、整流器、逆变器.

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