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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Rectificador síncrono. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Convertidores de tensión, rectificadores, inversores La caída de voltaje a través de los diodos rectificadores no permite aumentar su eficiencia por encima de un cierto límite. Al omitir o reemplazar cada diodo con un interruptor electrónico, se puede exceder este límite. Sin embargo, debido a la complejidad de la unidad de control de la llave electrónica, los rectificadores síncronos han encontrado aplicación solo en equipos de suministro de energía profesionales. Este artículo describe un diseño simple de un rectificador síncrono que se puede replicar en condiciones de radioaficionado. Una de las tareas más importantes a las que se enfrentan los diseñadores de fuentes de alimentación modernas es lograr una alta eficiencia. Por lo general, los rectificadores se fabrican con diodos de silicio o diodos Schottky, con menos frecuencia, con diodos de germanio. La caída de voltaje típica en los diodos de silicio es de 1 V, en los diodos de germanio y Schottky, aproximadamente 0,5 V. La pérdida de energía es significativamente menor en los rectificadores síncronos basados en potentes transistores de efecto de campo clave, donde los diodos se reemplazan por transistores de efecto de campo. La resistencia de canal abierto de los transistores de efecto de campo modernos se reduce a varios miliohmios. Esto permite reducir la caída de tensión y, en consecuencia, la generación de calor en un orden de magnitud. Pero el uso de transistores de efecto de campo en rectificadores tiene varias características. La primera es la presencia de un diodo interno en el transistor de efecto de campo. Si se aplica un voltaje de polaridad inversa al transistor de efecto de campo, el diodo interno se abrirá. Cuando se aplica sincrónicamente un voltaje de magnitud suficiente a la puerta del transistor con respecto a la fuente, se abre el canal del transistor de efecto de campo conectado en paralelo con este diodo. Dado que la resistencia del canal de un transistor de efecto de campo abierto es significativamente menor que la resistencia de un diodo abierto, casi toda la corriente fluirá a través del canal. Otra característica de un transistor de efecto de campo es el retardo de encendido y apagado causado por la presencia de condensadores de fuente de puerta y fuente de puerta. Estas capacitancias dependen en gran medida del voltaje. Son grandes a bajo voltaje y disminuyen a medida que aumenta. Para garantizar la apertura del transistor, es necesario cargar la capacitancia de entrada a 10...12 V. Este proceso se complica por el efecto Miller, que aumenta la capacitancia de entrada equivalente. Puede leer más sobre las características de los transistores de conmutación de efecto de campo de alta potencia en el libro de B. Yu. Semenov "Power Electronics: From Simple to Complex" (M.: "SOLON-Press", 2005).
En la Fig. La Figura 1 muestra un diagrama de un rectificador síncrono de onda completa diseñado para rectificar voltajes rectangulares y sinusoidales. El rectificador está conectado al devanado secundario del transformador con un grifo desde el medio. Pines 1 y 3: al principio y al final del devanado en orden aleatorio, pin 2: al grifo del devanado. Para la rectificación se utilizan transistores VT1 y VT2 con diodos internos. El condensador C1 es un condensador de suavizado. La unidad para generar pulsos de control suministrados a las puertas de los transistores se ensambla en los microcircuitos DA1, DA2, DD1, DA4, diodos VD1, VD2 y resistencias R1-R6. Este nodo recibe una tensión de alimentación de 10 V del estabilizador de tensión del chip DA3. Si los pulsos de control no llegan a las puertas de los transistores, por ejemplo, si la unidad de generación de pulsos está apagada, el rectificador funciona como uno normal (asíncrono) en los diodos internos de los transistores. El principio de formación de un pulso de control en la puerta de un transistor: el voltaje del pulso debe abrir el canal del transistor cuando el voltaje en el cátodo del diodo interno es menor que el voltaje en su ánodo, que está conectado al cable común: el menos del voltaje de salida. Es decir, cuando el voltaje en el cátodo es de polaridad negativa, se debe aplicar un voltaje de apertura de polaridad positiva a la puerta del transistor con respecto a su fuente. El resto del tiempo, el voltaje entre la puerta y la fuente debe ser cero para que el transistor se apague. Es muy importante que los pulsos de apertura no se superpongan en el tiempo para que ambos transistores no se abran al mismo tiempo. La unidad de generación de impulsos funciona así. El voltaje en los drenajes de los transistores es monitoreado por los comparadores DA1 y DA2. El chip DD1 contiene una unidad que evita la superposición de impulsos de apertura. Los inversores del chip DA4 proporcionan una corriente de salida de hasta 1,5 A, que carga rápidamente la capacitancia de entrada de los transistores a pesar del efecto perturbador del efecto Miller. Deje que actúe un voltaje positivo de media onda en el drenaje del transistor VT1. Se aplica un voltaje de +0,7 V del diodo VD1 a la entrada inversora del comparador DA1 en relación con su entrada no inversora, lo que da como resultado un nivel alto en la salida de DA1. Esto provoca la aparición de un nivel de voltaje alto en el pin 2 del controlador DA4 y, por lo tanto, su salida tendrá un nivel de voltaje bajo. El transistor VT1 está cerrado. Deje que una tensión negativa de media onda actúe sobre el drenaje de VT1, abriendo su diodo interno. El voltaje en la entrada no inversora del comparador DA1 es mayor que en la entrada inversora, lo que resulta en un voltaje bajo en la salida del comparador. Esto hará que aparezca un nivel bajo en el pin 2 del controlador DA4 y un nivel de voltaje alto en la salida. El transistor VT1 se abre y pasa por alto su diodo interno, lo que reduce las pérdidas de energía para la rectificación. El transistor VT2 se controla de forma similar. En el chip DD1 hay una unidad para monitorear el correcto funcionamiento del rectificador. Contiene cuatro puertas OR exclusivas. El hecho es que en el momento en que la tensión sinusoidal pasa por cero, habrá niveles bajos de tensión simultáneamente en las salidas de los comparadores DA1 y DA2. Si estas salidas estuvieran conectadas a las entradas del chip DA4, esto conduciría a la apertura simultánea de ambos transistores VT1 y VT2, lo cual es inaceptable debido a la corriente que pasa a través de ellos. Por lo tanto, entre las salidas de los comparadores DA1 y DA2 y las entradas del chip DA4, se conecta un nodo en el chip DD1. Miremos su trabajo. Que haya niveles bajos de voltaje en las salidas de ambos comparadores. Esta combinación de señales de entrada en la entrada del elemento DD1. 1 corresponde a un nivel de tensión bajo en su salida. Se fabrica un inversor en el elemento DD 1.2, para el cual se aplica voltaje de suministro (nivel alto) al pin 13. Así, en el pin 6 del elemento DD1.3 y en el pin 9 del elemento DD1.4 hay un nivel de voltaje alto, y también funcionarán como inversores. Como resultado, ambas entradas del controlador DA4 tienen un nivel de voltaje alto y las puertas de ambos transistores VT1 y VT2 tienen un nivel bajo, por lo que están cerradas. No habrá corriente a través de ellos. En el caso de señales antifase en las salidas de los comparadores y, en consecuencia, en las entradas de DD1.1, funcionará un nivel de alto voltaje en el pin 3 de DD1.1. Después de la inversión en el elemento lógico DD1.2, el nivel de baja tensión conmuta los elementos lógicos DD1.3 y DD1.4 en repetidores de señal. Por lo tanto, las señales de las salidas de los comparadores DA1 y DA2 pasarán sin cambios a las salidas del controlador DA1. Uno de los transistores estará abierto y el otro cerrado. El chip L10CV (DA4810) genera una tensión de alimentación estabilizada de 3 V, que tiene protección contra sobrecarga de corriente de salida de 1,5 A y una unidad de apagado automático cuando la temperatura supera el valor máximo permitido. Este microcircuito mantiene el modo de estabilización de voltaje cuando la diferencia de voltaje entre la entrada y la salida disminuye a 0,5 V. Recibe energía del voltaje de salida del rectificador.
El rectificador síncrono se ensambla sobre una placa de circuito impreso hecha de una lámina de fibra de vidrio de 1,5 mm de espesor por un lado, su dibujo se muestra en la Fig. 2. En él están instaladas todas las piezas, excepto el condensador de alisamiento C1. Si los transistores VT1 y VT2 se calientan mucho, se instalan en disipadores de calor. Se proporciona espacio para su colocación en el tablero. El autor utiliza un rectificador síncrono para rectificar el voltaje del devanado secundario del transformador electrónico Feron ET105. El devanado secundario está enrollado en él con dos cables, lo que simplificó la tarea de derivar desde el centro. Para reducir la ondulación del voltaje al doble de la frecuencia de la red, en la salida del puente rectificador dentro del transformador electrónico se instala un condensador de óxido suavizante con una capacidad de 10 μF y un voltaje nominal de 400 V. La frecuencia del voltaje de salida del transformador es aproximadamente 45 kHz. Estos transformadores tienen un límite mínimo de potencia, que debe tenerse en cuenta para garantizar un funcionamiento fiable. Un rectificador síncrono permite a este transformador electrónico obtener una tensión de salida de 12 V con una corriente de carga de 9 A. El condensador de suavizado C1 de la capacitancia indicada en el diagrama se utiliza para rectificar el voltaje con una frecuencia de 45 kHz. Por supuesto, también se puede utilizar un rectificador síncrono para rectificar una tensión con una frecuencia de 50 Hz, calculando la capacitancia del condensador de alisamiento de la misma forma que para un rectificador de onda completa convencional (asíncrono). Autor: V. Kalashnik
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