Синхронний випрямляч. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Синхронний випрямляч. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Перетворювачі напруги, випрямлячі, інвертори

Коментарі до статті

Падіння напруги на діодах випрямляча не дозволяє збільшити його ККД вище за деяку межу. Шунтуванням або заміною кожного діода електронним ключем можна перевершити цю межу. Однак через складність вузла управління електронними ключами синхронні випрямлячі знайшли застосування лише у професійній апаратурі електроживлення. У запропонованій статті описана нескладна конструкція синхронного випрямляча, доступна для повторення радіоаматорських умовах.

Одне з найважливіших завдань, що стоять перед конструкторами сучасних блоків живлення - досягнення високого ККД. Зазвичай випрямлячі виконують на кремнієвих діодах чи діодах Шоттки, рідше – на германієвих діодах. Типове падіння напруги на кремнієвих діодах – 1 В, на германієвих та діодах Шоттки – близько 0,5 В.

Істотно менше втрати енергії у синхронних випрямлячах на потужних ключових польових транзисторах, де діоди замінені польовими транзисторами. Опір відкритого каналу сучасних польових транзисторів знижено до одиниць міліом. Це дозволяє на порядок зменшити падіння напруги та, відповідно, тепловиділення. Але застосування польових транзисторів у випрямляча має ряд особливостей. Перша – наявність у польовому транзисторі внутрішнього діода. Якщо на польовий транзистор подати напругу зворотної полярності, відкриється внутрішній діод. При синхронній подачі на затвор транзистора щодо початку напруги полярності, що відкриває достатньої величини відкривається канал польового транзистора, підключений паралельно цьому діоду. Оскільки опір каналу відкритого польового транзистора значно менше опору відкритого діода, майже весь струм потече каналом.

Інша особливість польового транзистора - затримка включення та вимкнення, обумовлена наявністю ємностей затвор-витік та затвор-стік. Ці ємності сильно залежить від напруги. Вони великі при малій напрузі і зменшуються при його збільшенні. Щоб гарантовано відкрити транзистор, необхідно зарядити вхідну ємність до 10...12 В. Цей процес ускладнює ефект Міллера, що збільшує еквівалентну вхідну ємність. Докладніше про особливості потужних польових ключових транзисторів можна прочитати в книзі Б. Ю. Семенова "Силова електроніка: від простого до складного" (М: "СОЛОН-Прес", 2005).

Рис. 1 (натисніть , щоб збільшити)

На рис. 1 показана схема двонапівперіодного синхронного випрямляча, призначеного для випрямлення прямокутної та синусоїдальної напруги. Випрямляч підключають до вторинної обмотки трансформатора з відведенням від середини. Висновки 1 і 3 - до початку та кінця обмотки в довільному порядку, висновок 2 - до відведення обмотки. Для випрямлення використовуються транзистори VT1 та VT2 з внутрішніми діодами. Конденсатор C1 – згладжуючий.

Вузол формування керуючих імпульсів, що подаються на затвори транзисторів, зібраний на мікросхемах DA1, DA2, DD1, DA4, діодах VD1, VD2 та резисторах R1-R6. Цей вузол отримує напругу живлення 10 від стабілізатора напруги на мікросхемі DA3.

Якщо керуючі імпульси на затвори транзисторів не надходять, наприклад, якщо вузол формування імпульсів вимкнено, випрямляч працює як звичайний (асинхронний) на внутрішніх діодах транзисторів. Принцип формування керуючого імпульсу на затворі транзистора: напруга імпульсу має відкривати канал транзистора, коли напруга на катоді внутрішнього діода менша, ніж напруга на його аноді, який з'єднаний із загальним проводом - мінусом вихідної напруги. Тобто, коли напруга на катоді мінусової полярності, на затвор транзистора щодо його витоку повинна подаватися напруга плюсової полярності. В решту часу напруга між затвором і витоком має дорівнювати нулю, щоб транзистор був закритий. Дуже важливо, що імпульси, що відкривають, не повинні перекриватися в часі, щоб обидва транзистори не були відкриті одночасно.

Вузол формування імпульсів працює так. Напруга на стоках транзисторів відстежують компаратори DA1 та DA2. На мікросхемі DD1 зібраний вузол, що виключає перекриття імпульсів, що відкривають. Інвертори мікросхеми DA4 забезпечують вихідний струм до 1,5 А, який швидко заряджає вхідну ємність транзисторів незважаючи навіть на дію ефекту Міллера, що заважає.

Нехай на стоку транзистора VT1 діє позитивна напівхвиля напруги. Напруга +0,7 з діода VD1 подається на інвертуючий вхід компаратора DA1 щодо його неінвертуючого входу, в результаті чого на виході DA1 з'являється високий рівень. Це призводить до появи на виведенні 2 драйвера DA4 високого рівня напруги, а отже, на виході буде низький рівень напруги. Транзистор VT1 закритий. Нехай на стоку VT1 діє негативна напівхвиля напруги, що відкриває його внутрішній діод. На вході компаратора DA1, що не інвертує, напруга більша, ніж на інвертуючому, в результаті чого на виході компаратора буде напруга низького рівня. Це призведе до появи на виведенні 2 драйвера DA4 низького рівня, а на виході високого рівня напруги. Транзистор VT1 відкривається та шунтує свій внутрішній діод, внаслідок чого знижуються втрати енергії на випрямлення. Управління транзистором VT2 здійснюється аналогічно.

На мікросхемі DD1 виконано вузол контролю правильної роботи випрямляча. Вона містить чотири логічні елементи "що виключає АБО". Справа в тому, що в момент переходу синусоїдальної напруги через нуль на виходах компараторів DA1 і DA2 будуть одночасно присутні низькі рівні напруги. Якби ці виходи були з'єднані зі входами мікросхеми DA4, це призвело б до одночасного відкриття обох транзисторів VT1 і VT2, що неприпустимо через наскрізний струм через них. Тому між виходами компараторів DA1 та DA2 та входами мікросхеми DA4 включений вузол на мікросхемі DD1. Розглянемо його роботу. Нехай на виходах обох компараторів є низькі рівні напруги. Таке поєднання вхідних сигналів на вході елемента DD1. 1 відповідає низький рівень напруги з його виході. На елементі DD 1.2 виконаний інвертор, для чого висновок 13 подано напругу живлення (високий рівень). Таким чином, на виведенні 6 елемента DD1.3 та виведенні 9 елемента DD1.4 - високий рівень напруги, і вони також будуть працювати як інвертори.

В результаті на обох входах драйвера DA4 високий рівень напруги на затворах обох транзисторів VT1 і VT2 низький рівень, тому вони закриті. Наскрізного струму через них не буде. У випадку протифазних сигналів на виходах компараторів та відповідно на входах DD1.1 на виводі 3 DD1.1 діятиме високий рівень напруги. Після інверсії в логічному елементі DD1.2 низький рівень напруги переводить логічні елементи DD1.3 та DD1.4 у повторювачі сигналів. Тому сигнали з виходів компараторів DA1 та DA2 пройдуть без зміни на виходи драйвера DA1. Один із транзисторів буде відкритий, інший закритий.

Стабілізована напруга живлення 10 В виробляє мікросхема L4810CV (DA3), що має захист від перевантаження вихідного струму на рівні 1,5 А і вузол автоматичного відключення при зростанні температури вище гранично допустимого значення. Ця мікросхема зберігає режим стабілізації напруги при зменшенні різниці напруги між входом і виходом до 0,5 В. Вона отримує живлення від вихідної напруги випрямляча.

Синхронний випрямляч
Рис. 2

Синхронний випрямляч зібраний на друкованій платі з фольгованого з одного боку склотекстоліту товщиною 1,5 мм, її креслення показано на рис. 2. На ній встановлені всі деталі, крім конденсатора, що згладжує C1. Якщо транзистори VT1 і VT2 сильно розігріваються, їх встановлюють тепловідведення. Для їхнього розміщення на платі передбачено місце.

Автор використовує синхронний випрямляч для випрямлення напруги із вторинної обмотки електронного трансформатора Feron ET105. Вторинна обмотка намотана в ньому двома проводами, що полегшило завдання виконання відведення від її середини. Щоб зменшити пульсації напруги з подвоєною частотою мережі, на виході випрямного моста всередині електронного трансформатора встановлений оксидний конденсатор, що згладжує, ємністю 10мкФ і номінальною напругою 400 В. Частота вихідної напруги трансформатора - близько 45 кГц. Для цих трансформаторів лімітується мінімальна потужність, що необхідно врахувати задля забезпечення надійної роботи. Синхронний випрямляч дозволяє з цього електронного трансформатора отримати вихідну напругу 12 при струмі навантаження 9 А.

Згладжуючий конденсатор C1, вказаної на схемі ємності, використовується для випрямлення напруги частотою 45 кГц. Зрозуміло, синхронний випрямляч можна застосувати і для випрямлення напруги частотою 50 Гц, розрахувавши ємність конденсатора, що згладжує так само, як і для звичайного (асинхронного) двонапівперіодного випрямляча.

Автор: В. Калашник

Дивіться інші статті розділу Перетворювачі напруги, випрямлячі, інвертори.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Craob X - ноутбук без роз'ємів 02.02.2022

Перший у світі ноутбук без рознімань створений компанією Craob. Концепт з назвою Craob X відноситься до тонких та легких ноутбуків, які часом називають ультрабуками. Вага цієї моделі з екраном 13,3 дюйма – всього 0,861 кг, а товщина корпусу – 7 мм.

Craob X працює разом із фірмовим зарядним пристроєм, який без проводів заряджає вбудовану батарею ноутбука і дозволяє підключати до нього пристрої через роз'єми USB-C та USB-A, Thunderbolt, карти SD та дротові навушники. Цей пристрій кріпиться до кришки ноутбука завдяки магніту. Craob X отримав новий модуль Intel Wi-Fi 6E для підключення до бездротової мережі.

Ноутбук Craob X працює на основі процесора Intel Core i7-1280P із 12-го покоління чіпів, представленого у 2021 році. Intel Core i7-1280P споживає до 28 Вт енергії. 14 ядер у ньому працюють на частотах від 1,8 ГГц до 4,8 ГГц, у нього вбудований відеоадаптер Intel Iris Xe.

Ноутбук оснащений оперативною пам'яттю LPDDR5 (до 32 ГБ), SSD-накопичувачем PCIe 4.0 x4 (до 2 ТБ), а також екраном із роздільною здатністю 4K.

Інші цікаві новини:

▪ Радіомодем на основі CC1310

▪ Риби теж розмовляють

▪ Мікроконтролери Microchip PIC18F-Q41

▪ MSP430FR6989 - новий мікроконтролер для автономних вимірювачів

▪ Мікросхема, що поєднує USB Type-C і PD 2.0

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Будівельнику, домашньому майстру. Добірка статей

▪ стаття Худі пісні Солов'ю в пазурах у Кішки. Крилатий вислів

▪ стаття Чи є тварина вампір? Детальна відповідь

▪ стаття Аммі велика. Легенди, вирощування, способи застосування