同期整流器。スキーム、説明

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同期整流器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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整流ダイオードの両端の電圧降下により、効率を一定の制限を超えて向上させることができません。各ダイオードをバイパスするか、電子スイッチで置き換えることにより、この制限を超えることができます。ただし、電子キー制御ユニットの複雑さのため、同期整流器は業務用電源装置でのみ使用されてきました。この記事では、アマチュア無線環境で再現できる同期整流器の単純な設計について説明します。

最新の電源の設計者が直面している最も重要な課題の 1 つは、高効率を達成することです。通常、整流器はシリコンダイオードまたはショットキーダイオードで作られますが、ゲルマニウムダイオードで作られることはあまりありません。シリコンダイオードの標準的な電圧降下は 0,5 V、ゲルマニウムダイオードとショットキーダイオードでは約 XNUMX V です。

強力な主要な電界効果トランジスタをベースとした同期整流器では、ダイオードが電界効果トランジスタに置き換えられ、エネルギー損失が大幅に減少します。最新の電界効果トランジスタのオープンチャネル抵抗は、数ミリオームまで低減されています。これにより、電圧降下を低減し、それに応じて発熱を一桁減らすことができます。しかし、整流器での電界効果トランジスタの使用には多くの特徴があります。 1 つ目は、電界効果トランジスタの内部ダイオードの存在です。逆極性の電圧が電界効果トランジスタに印加されると、内部ダイオードが開きます。十分な大きさの電圧がソースに対してトランジスタのゲートに同期して印加されると、このダイオードと並列に接続された電界効果トランジスタのチャネルが開きます。オープン電界効果トランジスタのチャネル抵抗はオープンダイオードの抵抗よりも大幅に小さいため、ほとんどすべての電流がチャネルを流れます。

電界効果トランジスタのもう 10 つの特徴は、ゲート-ソース間およびゲート-ソース間コンデンサの存在によって生じるターンオンおよびターンオフの遅延です。これらの静電容量は電圧に大きく依存します。電圧が低いと大きくなり、電圧が高くなると減少します。トランジスタのオープンを保証するには、入力容量を 12 ～ 2005 V に充電する必要があります。このプロセスは、等価入力容量が増加するミラー効果によって複雑になります。高出力電界効果スイッチトランジスタの機能の詳細については、B. Yu. Semenov 著「パワーエレクトロニクス: シンプルから複雑へ」(M.: 「SOLON-Press」、XNUMX 年) を参照してください。

米。 1（クリックで拡大）

図では、図 1 は、方形波電圧と正弦波電圧を整流するように設計された全波同期整流器の図を示しています。整流器はトランスの二次巻線に途中からタップで接続されています。ピン 1 と 3 - ランダムな順序で巻線の最初と最後に、ピン 2 - 巻線のタップに。整流には、ダイオードを内蔵したトランジスタ VT1 と VT2 が使用されます。コンデンサＣ１は平滑コンデンサである。

トランジスタのゲートに供給される制御パルスを生成するユニットは、マイクロ回路DA1、DA2、DD1、DA4、ダイオードVD1、VD2、および抵抗R1〜R6で組み立てられます。このノードは、DA10 チップ上の電圧安定器から 3 V の電源電圧を受け取ります。

制御パルスがトランジスタのゲートに到達しない場合、たとえばパルス生成ユニットがオフになっている場合、整流器はトランジスタの内部ダイオード上で通常の (非同期) 整流器として動作します。トランジスタのゲートで制御パルスを形成する原理: 内部ダイオードのカソードの電圧が共通線に接続されているアノードの電圧よりも低い場合、パルス電圧はトランジスタのチャネルを開きます。出力電圧のマイナス。つまり、カソードの電圧がマイナス極性の場合、トランジスタのソースに対してプラス極性の開放電圧をトランジスタのゲートに印加する必要がある。残りの時間では、トランジスタがオフになるためには、ゲートとソース間の電圧がゼロでなければなりません。両方のトランジスタが同時にオープンしないように、オープンパルスが時間的に重ならないことが非常に重要です。

パルス発生部はこんな感じで動作します。トランジスタのドレインの電圧はコンパレータ DA1 および DA2 によって監視されます。 DD1チップには、オープニングパルスの重なりを防止するユニットが含まれています。 DA4 チップのインバータは最大 1,5 A の出力電流を提供し、ミラー効果の干渉効果にもかかわらず、トランジスタの入力容量を急速に充電します。

正の半波電圧がトランジスタ VT1 のドレインに作用するとします。ダイオード VD0,7 からの +1 V の電圧がコンパレータ DA1 の非反転入力に対する反転入力に印加され、DA1 の出力がハイレベルになります。これにより、DA2 ドライバのピン 4 に高電圧レベルが現れ、その出力は低電圧レベルになります。トランジスタ VT1 は閉じています。負の半波電圧が VT1 のドレインに作用し、内部ダイオードが開きます。コンパレータ DA1 の非反転入力の電圧は反転入力の電圧よりも高いため、コンパレータの出力の電圧は低くなります。これにより、DA2 ドライバのピン 4 に低レベルが表示され、出力に高電圧レベルが表示されます。トランジスタ VT1 が開いて内部ダイオードがバイパスされ、整流のためのエネルギー損失が減少します。トランジスタ VT2 も同様の方法で制御されます。

DD1 チップには、整流器の正しい動作を監視するユニットがあります。これには 1 つの排他的 OR ゲートが含まれています。実際には、正弦波電圧がゼロを通過する瞬間に、コンパレータ DA2 と DA4 の出力に低電圧レベルが同時に存在します。これらの出力が DA1 チップの入力に接続されている場合、トランジスタ VT2 と VT1 の両方が同時に開くことになりますが、これはトランジスタを通る貫通電流のため許容できません。したがって、コンパレータDA2およびDA4の出力とDA1チップの入力との間には、DD1チップ上のノードが接続される。彼の作品を見てみましょう。両方のコンパレータの出力に低電圧レベルがあるとします。要素 DD1 の入力における入力信号のこの組み合わせ。 1.2 は出力の低電圧レベルに対応します。インバータは DD 13 エレメント上に作成され、電源電圧 (ハイレベル) がピン 6 に印加されます。したがって、要素 DD1.3 のピン 9 と要素 DD1.4 のピン XNUMX には高電圧レベルがあり、これらはインバータとしても機能します。

その結果、DA4 ドライバの両方の入力は高電圧レベルになり、両方のトランジスタ VT1 と VT2 のゲートは低レベルになり、閉じられます。貫通電流は流れません。コンパレータの出力、したがって DD1.1 の入力における逆位相信号の場合、DD3 のピン 1.1 で高電圧レベルが動作します。論理要素 DD1.2 の反転後、低電圧レベルにより論理要素 DD1.3 および DD1.4 が信号リピータに切り替わります。したがって、コンパレータ DA1 および DA2 の出力からの信号は、変更されることなくドライバ DA1 の出力に渡されます。トランジスタの XNUMX つは開き、もう XNUMX つは閉じます。

10 V の安定した電源電圧は、4810 A の出力電流過負荷保護と、温度が最大許容値を超えて上昇した場合の自動シャットダウンユニットを備えた L3CV (DA1,5) チップによって生成されます。この超小型回路は、入力と出力の間の電圧差が 0,5 V まで減少しても電圧安定化モードを維持します。整流器の出力電圧から電力を受け取ります。

同期整流器
図。 2

同期整流器は、片面が厚さ 1,5 mm のガラス繊維ホイルで作られたプリント基板上に組み立てられています。その図を図に示します。 2. 平滑コンデンサC1を除くすべての部品が搭載されています。トランジスタ VT1 と VT2 が非常に高温になる場合、それらはヒートシンクに取り付けられます。ボード上にそれらを配置するためのスペースが提供されます。

著者は、同期整流器を使用して、Feron ET105 電子変圧器の二次巻線からの電圧を整流します。二次巻線には10本のワイヤが巻かれており、中間からタップする作業が簡単になりました。ネットワーク周波数の 400 倍での電圧リップルを低減するために、電子変圧器内の整流ブリッジの出力に容量 45 μF、定格電圧 12 V の平滑酸化物コンデンサが取り付けられています。 9kHz。これらの変圧器には最小電力制限があり、信頼性の高い動作を保証するために考慮する必要があります。同期整流器により、この電子トランスは XNUMX A の負荷電流で XNUMX V の出力電圧を得ることができます。

図に示した容量の平滑コンデンサC1は、周波数45kHzの電圧を整流するために使用されます。もちろん、同期整流器を使用して 50 Hz の周波数で電圧を整流することもでき、平滑コンデンサの容量は従来の (非同期) 全波整流器と同じ方法で計算されます。

著者：V。カラシニック

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