Синхронный выпрямитель своими руками

БП с синхронным выпрямителем.

Всем привет! Пришла мне как-то идея, сделать себе домой сетевое хранилище. Так как без дела лежала древняя материнка Р3 800Мгц, и пару винтов, оставалось дело только за блоком питания. Найти ATX блок питания было не проблема, но так как я легких путей не искал, решил создать проблем себе на одно место, а именно сделать блок самому да не простой, а с пассивным охлаждением.

Хотелось, чтоб вся конструкция издавала минимальное количество шума, поэтому на материнку был установлен куллер с регулировкой оборотов в зависимости от температуры. При испытании выяснилось, что процессор 800Мгц греется незначительно (40-50°С) и куллер в 80% времени вообще не вращается.

Блок питания, тут немного сложнее, при некотором размышлении была выбрана следующая модель:  Рис1.

Идея такова, основа AC-DC преобразователь вход 220в выход 12в 10А, итого 120Вт, далее два DC-DC преобразователя c 12в на 5в 10А, и с тех же 12в на 3,3в 10А.

Далее мной более подробно будет рассмотрена схема AC-DC преобразователя из 220в в 12в, а именно его контроллера. Топология была выбрана полумост, по-моему, идеально подходившая для данной задачи.  В чем же прикол? А прикол в том чтобы добиться минимального нагрева блока, чтобы не пришлось его охлаждать принудительно. Но добиться минимального нагрева можно только увеличив КПД.

В импульсных источниках питания с выходами работающим на больших токах, основные потери приходятся на выпрямительные диоды, так как падение напряжения на диоде составляет в среднем  0.6В, то, при выходном токе в 10А, потери будут составлять аж 6Вт! Ух, жарко! Да, вот с этой жарой и приходиться бороться вентиляторам. А как же бороться нам…  С помощью СИНХРОННОГО выпрямления.

Суть синхронного выпрямления — это использование мощных полевых транзисторов,  работающих параллельно с выпрямительными диодами.

Они открываются всякий раз, когда выпрямителю нужно проводить ток, тем самым уменьшая падение прямого напряжения до менее, чем 0,1в.

Здесь главной проблемой является управление этими транзисторами, так как они должны открываться с задержкой относительно транзисторов первичной части, и закрываться чуть раньше, чтобы не вызывать сквозных токов и исключать опасные режимы работы.  

На сегодняшний день, на рынке электронных компонентов имеется достаточно большой выбор ШИМ-контролеров с  синхронным выпрямлением, правда не всегда имеется возможность купить их в магазинах, да и цены на них не сильно интересные.

После некоторого времени напряжения моих не многочисленных извилин, была придумана довольно простая схема для реализации синхронного выпрямления на довольно доступных элементах.

Полностью электрическую принципиальную схему я приводить не буду а только отдельные узлы, скажем так, самые интересные.

  Рис2.

На рис 2 представлена силовая часть преобразователя, схема классическая за исключением выпрямителя, здесь выпрямительные диоды расположены по «минусу», сделано это специально чтобы можно было подключить к ним N-канальные полевики, которые имеют сопротивление канала пониже чем у аналогичных P-канальников, да и стоят поменьше, и управлять ими в нашем случае попроще.

  Рис3

Контроллер выполнен на базе довольно популярной микросхемы sg3525.Питание на микросхему подается от вспомогательного источника через параметрический стабилизатор. Выходное напряжение преобразователя подается на первую ногу микросхемы через делитель напряжения, на вторую ногу заводится опорное напряжение с 16-й ножки.

Остальные элементы нужны для софтстарта, установки частоты генератора у меня она, кстати, составляет 140 кГц и компенсации обратной связи. В общем все стандартно из д.ш. за исключением стабилизатора 78l05 питающего выходной каскад микросхемы.

Зачем так сделано, это уже интереснее, а надо это для следующего узла, формирующего импульсы для управления полумостом, ну и наконец, транзисторами синхронного выпрямления. 

  Рис4.

Работу этого узла разберем по подробней, немного напряжем мозг, и посмотрим, что же здесь происходит, для этого обратим внимание на диаграмму.

  Рис5.

На верхнем графике показан управляющий импульс приходящий от контроллера SG3525 от одного из его плеч, обозначенным как А. Амплитуда его составляет 5в, так как питание каскада осуществляется от стабилизатора 78l05, длительность нас сильно не интересует.

При его появлении происходит следующее: конденсатор C1 через диод D2 и резистор R1 начинает заряжаться, что видно на графике в точке А1. При достижении порогового значения напряжения на входе 1 логического элемента 2-И (микросхемы 74hc08), происходит его переключение точка E1, временной интервал t1-t2 зависит от значения цепочки R1C1.

Емкость конденсатора C1 должна быть небольшой в пределах 1-10nF, что бы она максимально быстро разряжалась через диод D1 когда значение импульса принимает нулевое значение временной интервал t3.

Подобное происходит и в точке А2, только в обратной последовательности, сначала конденсатор C3 через диод D5 очень быстро заряжается интервал t1, а затем уже через цепочку R3 D6 относительно плавно разряжается интервал t3-t4, при достижении порогового значения на  входе 9 логического элемента 2-И (микросхемы 74hc08), происходит его переключение в 0, точка C1 интервал времени t4. Далее управляющие сигналы с выходов логических элементов E1 и C1 поступают на драйверы, в моем случае это lm5111-1m. Вот так и формируются задержки, необходимые для транзисторов в нашем источнике о которых я упоминал выше.    

Немного о практическом использовании. У меня схема контроллера располагается на вторичной части источника, гальванически развязанная от первичной. Транзисторы полумоста управляются через разделительный трансформатор.

Сам контроллер питается от дежурного источника питания, логику 74hc08 можно заменить на аналогичную с 12в питанием, при этом соответственно добавить стабилизатор, например, LM7812 запитав выходной каскад ШИМ-контроллера и логику. Драйверы можно использовать различные главное совместимые по входу с предыдущим каскадом.

Входы логики подтянутые резистором R5 к «+» можно использовать для реализации защиты по току, не забывая задействовать 10 вывод микросхемы sg3525, кстати для ее запуска необходимо подтянуть этот вывод к «земле».

Кроме микросхемы sg3525 можно использовать похожие, только обязательно с двухтактным выходом (можно и однотактным дополнив его соответствующим драйвером). Времена задержки t1-t2 и t3-t4 необходимо выбирать в зависимости от скорости включения и отключения транзисторов, у меня они были установлены по 500 наносекунд.

Описывать работу других DC-DC преобразователей (12в-5в и 12в-3.3в), я не буду, так как это уже отдельная тема для статьи. Лучше приведу фотографии действующего устройства.

 

  • Файлы: 18.jpg
  • Все вопросы в Форум.

Фотографии блока питания сделаны рядом с материнской платой, чтобы можно было оценить его размеры. Фото платы контроллера, впаянной вертикально к силовой части блока. Модули DC-DC преобразователей на 5в и 3.3в. Здесь видны транзисторы полумоста. Слева от платы контроллера расположенны транзисторы выпрямителя, кстати irf3710 по два в параллель и без радиатора.Вот так!

Источник: https://www.radiokot.ru/circuit/power/supply/29/

11. Синхронные выпрямители

Диодный выпрямитель прямоугольного напряжения, выполненный на теоретически идеальных диодах, не может иметь КПД выше 94.6% если напряжение на нагрузке равно 5В. Такой же выпрямитель на реальных диодах с падением напряжения 0.

8В не позволяет получить КПД выше 86.2%. Диоды Шоттки с падением напряжения 0.5В позволяют получить КПД 0.909. Применение синхронного выпрямителя (СВ) на полевых МДП — транзисторах с падением напряжения 0.1…0.2В повышает КПД до 0.962 и более.

n=Uэф/(Uэф-Uси нас)

Входные ёмкости полевых МДП — транзисторов больше выходных, но значительно меньше чем у соответствующих биполярных транзисторов. Так, например, у КТ908 Свх=10нФ, в то время как у 75 — ваттного 2П904 Свх — не более 200пФ.

  • Характеристики переключения измеряются долями и единицами наносекунд, что на один — два порядка превосходит быстродействие биполярных транзисторов.
  • Недостатки:
    — значительная амплитуда входных отпирающих импульсов (от 5 до 15 В);
  • — спад крутизны S при больших токах стока.
  • Анализ вольт — амперных характеристик некоторых МДП транзисторов при Uзс=15В

позволяют сделать следующие выводы:

— при снижении тока, протекающего через транзистор, пропорционально снижается напряжение сток-исток, т.е. при параллельном включении дополнительно повышается КПД;
— потери мощности на управление незначительны, т.к. ток в цепи затвора близок к нулю;

  1. — на затвор необходимо подавать максимально возможный потенциал как прямом, так и в запирающем направлении.
  2. Основные требования к МДП — транзисторам для применения в СВ:
    — прибор должен быть полностью закрыт при нулевом потенциале затвора или при подаче на затвор запирающего потенциала;

— сток и исток прибора должны быть взаимозаменяемыми, т.е. прибор должен отпираться в обратном направлении так же хорошо, как и в прямом.

  • По способу управления схемы СВ с полевыми транзисторами делятся на две группы:
    — с управлением по цепи затвор — сток:
  • — с управлением по цепи затвор — исток:
  • В свою очередь по способу включения транзисторов СВ бывают: — прямого включения
  • — инверсного включения
  • Чаще используют схемы инверсного включения. Схемы

при выпрямленном напряжении 10…15 В (зависит от Uзи нас) можно упростить до вида

  1. соответственно.
  2. При работе СВ на нагрузку с ёмкостной реакцией необходимо управление транзисторами в зависимости от зарядного тока, что позволяет схема с трансформатором тока (с инверсным включением транзисторов и с управлением по цепи затвор — исток):
Читайте также:  Сундук с сокровищами своими руками

Пт как переменный электрически управляемый резистор

  • При относительно малых стоковых напряжениях (меньше Uси нас) открытые каналы ПТ ведут себя практически как линейные резисторы, проводимость которых зависит от напряжения затвора.
  • Проводимость транзистора с управляющим p-n переходом:
    Gк=Gко(1-Uзи/Uзи отс)
  • Проводимость МДП — транзистора с индуцированным каналом:
    Gк=b[Uзи — Uзи пор]
  • где b — постоянный коэффициент, зависящий от геометрических размеров и материала диэлектрика с размерностью A/B.
  • При смене полярности стокового напряжения линейность сопротивления (или проводимости ) не нарушается, поэтом полевой транзистор может использоваться как переменный электрически управляемый линейный резистор для
    постоянного и переменного токов.
  • В качестве примера на рисунке показан управляемый аттенюатор схемы АРУЗ магнитофона:
  • В качестве активного элемента можно использовать транзистор типа КП103К(Л,М) или набор транзисторов типа КР504НТ3В.

Следует заметить, что на обратное напряжение стока накладываются дополнительные ограничения.

Для ПТ с управляющим p-n переходом необходимо, что бы [Uси] =< [Uзи] + 0.5В, в противном случае при воздействии обратного стокового напряжения участок управляющего p-n перехода возле стока окажется открытым настолько, что в стоковом цепи потечёт значительный прямой ток затвора, нарушающий линейность резистора.

  1. Если подложка МДП — транзистора имеет отдельный вывод, диапазон обратных стоковых напряжений можно увеличить, подав на подложку относительно истока запирающее напряжение.
  2. Для ПТ с управляющим p-n переходом минимальное значение регулируемого сопротивления соответствует полностью открытому каналу (при Uзи=0), максимальное теоретически равное бесконечности, но на практике ограниченное условием [Uси] =< [Uси нас]/2
  3. Дальнейшее увеличение сопротивления канала путём увеличения Uзи приводит к уменьшению Uси нас, из-за чего нарушается линейность резистора для прямых стоковых напряжений.
  4. Начальные участки семейства стоковых характеристик полевого транзистора с управляющим p-n переходом:
  5. Начальные участки семейства стоковых характеристик МДП — транзистора:
  6. Зависимость сопротивления канала от напряжения затвора для транзистора типа КП102:
  7. Зависимость сопротивления канала от напряжения затвора для транзистора типа КП303:
  8. для этой схемы включения:
  9. В качестве электрически управляемого резистора ПТ используют в управляемых RC — фильтрах, генераторах, аттенюаторах для осуществления автоматической регулировки усиления (АРУ) и других устройствах.
  10. Электрически управляемый RC — генератор с трёхзвенной фазосдвигающей цепочкой в цепи обратной связи:

Каждое звено цепочки создаёт сдвиг по фазе на 60°, при этом суммарный сдвиг составляет 180°, т.е. возникает положительная ОС на частоте
f=(3^0.5)RC/2=0.85RC

  • где R — сопротивление звеньев фазосдвигающей цепи.
  • Необходимо учесть, что коэффициент передачи трёхзвенной фазосдвигающей цепи равен 1/29, поэтому коэффициент усиления активного элемента должен быть К=>29.
  • Применение отражателя тока в гетеродине повышает стабильность частоты примерно на порядок по сравнению с обычным генератором:
  • Простой генератор качающейся частоты (от 300Гц до 3.4кГц):

Период качания от 0.15 до 0.5 с устанавливают резистором R2. На транзисторах VT1 — VT3 и конденсаторе С2 собран генератор пилообразного напряжения,
амплитуда которого, а соответственно и верхняя частота качания регулируются резистором R6. Нижнюю частоту устанавливают резистором R18. С помощью переключателя S1 можно установить необходимые дискретные частоты.

Простой индикатор скрытой проводки:

Вдали от токоведущих частей он издаёт короткий звуковой сигнал частотой около 3кГц и периодом следования около 2 с, длительность которого определяется элементами R1, R2, C1.

По мере приближения к токоведущим частям частота следования звуковых сигналов повышается.

В качестве датчика использован конденсатор в виде кружка из двустороннего стеклотекстолита, одна обкладка которого припаяна к гильзе — корпусу и подключена к подложке ПТ, а вторая — к затвору.

  1. Вариант прибора со световой индикацией:
  2. Пример усилителя с регулируемым коэффициентом передачи:

Коэффициент передачи можно изменять в пределах от 1 до 1000, при этом искажения малы вплоть до ограничения сигнала напряжением питания. Уменьшению искажений способствует линеаризирующая цепочка R2C1.

Другие способы компенсации нелинейности:

Частным случаем усилительного режима является ключевой режим, характеризующийся двумя крайними состояниями. Достоинством электронного ключа на ПТ является высокое быстродействие и практически полное отсутствие расхода мощности коммутируемого сигнала. Для примера, ослабление ключа, представленного на этом рисунке:

  • — более 80дБ на частоте 100МГц.
  • Пример упрощённого аналогового ключа:
  • Инжекционно — полевой транзистор (ИТП) представляет собой прибор с отрицательным дифференциальным сопротивлением на основе биполярного и полевого транзисторов — так называемого негатрона. Эквивалентная схема негатрона:
  • Вольт — амперная характеристика ИПТ:
  • Пример реализации генератора импульсов:
  • После подачи напряжения питания на генератор конденсатор C1 заряжается до напряжения Umax , после чего происходит лавинообразное включение ИПТ, который вызывает разряд конденсатора до напряжения Umin, после чего ИПТ выключается и процесс повторяется.

Период колебаний изменяется от 2 до 100 мс при изменении сопротивления резистора R1 от 1.7 до 100МОм.

Усовершенствованный генератор, коэффициент перестройки по частоте которого на порядок больше (Т=0.4…240мс при изменении R1 от 0.03 до 34 МОм):

  1. Каскодный аналог негатрона:
  2. может эффективно использоваться в генераторных устройствах, датчиках, фильтрах, компенсаторах затухания сигнала, в линиях связи, в устройствах задержки и памяти. Вольтамперная характеристика такого негатрона:
  3. Питание негатронов от одного или двух генераторов тока способствует улучшению стабильности характеристик и расширению их функциональных возможностей:
  4. Вольтамперная характеристика негатрона с генератором тока:
  5. При соответствующем выборе параметров элементов схемы
  6. вольтамперная характеристика может проходить через ноль тока и напряжения:
  7. Поэтому он может эффективно использоваться в компенсаторах затухания сигнала в линиях связи, для улучшения параметров широкополосных трансформаторов, в устройствах памяти.

Другая разновидность полевых транзисторов — ДМОП транзисторы, которые изготавливают методом двойной диффузии с горизонтальной структурой [n-p-n-n] и индуцированным каналом n — типа. Такой транзистор представляет собой интегральную схему, состоящую из множества МОП — транзисторных ячеек, соединённых параллельно.

Каждая из ячеек и в целом мощный полевой транзистор могут быть представлены эквивалентной схемой, включающей последовательно три полевых транзистора (обогащённый, обеднённый и с p-n переходом), шунтированные паразитным биполярным транзистором (также мощным), поскольку количество биполярных транзисторов, включённых параллельно, равно количеству ячеек.

Источник: http://zpostbox.ru/az10.htm

Синхронное выпрямление на вторичной стороне

  • Журнал РАДИОЛОЦМАН, май 2018
  • Frederik Dostal, Analog Devices
  • Analog Dialogue
  1. Вопрос:
  2. Как увеличить КПД моего изолированного источника питания?
  3. Ответ:

Для большинства типичных приложений с понижающими преобразователями использование активных ключей вместо диодов Шоттки является фактическим стандартом. Это позволяет существенно повысить КПД преобразования, особенно при низких выходных напряжениях. Использовать синхронное выпрямление для увеличения КПД можно и в тех приложениях, где требуется гальваническая развязка. На Рисунке 1 показана схема прямоходового преобразователя с синхронным выпрямлением на вторичной стороне.

Организовать управление ключами синхронного выпрямителя можно различными способами. Один из них, самый простой – управление через вторичную обмотку трансформатора. Именно этот вариант и представлен на Рисунке 1. В этом примере диапазон входных напряжений не может быть очень широким.

Минимального входного напряжения должно быть достаточно для поддержания на затворах SR1 и SR2 напряжения, обеспечивающего их надежное открывание.

А максимальное напряжение не должно быть слишком высоким, чтобы напряжение на затворах MOSFET SR1 и SR2 не превысило максимально допустимого значения.

Рисунок 1. Автономное синхронное выпрямление в прямоходовом преобразователе.

Во всех источниках питания с синхронным выпрямлением существуют условия для прохождения через схему отрицательного тока.

Например, если конденсатор на выходе схемы предварительно заряжен перед ее включением, ток может течь от выхода в сторону входа.

Отрицательный ток способен увеличить напряжения на MOSFET SR1 и SR2 до таких уровней, при которых произойдет повреждение транзисторов. Поэтому в таких случаях необходимо принимать меры для защиты коммутаторов.

Рисунок 2 демонстрирует способ реализации синхронного выпрямления, основанный на использовании микросхемы LT3900. Она выполняет функции контроллера управления ключами синхронного выпрямителя в преобразователях с прямоходовой топологией.

Рисунок 2. Синхронное выпрямление в прямоходовом преобразователе со специализированной микросхемой.

Эта схема работает вполне хорошо. Защиту внешних ключей от протекания обратного тока выполняет сама микросхема LTC3900. Она способна быстро определить появление отрицательного тока, а затем быстро выключить ключи SR1 и SR2. Это требуется для того, чтобы не допустить повреждения схемы во время запуска или во время возможного режима генерации пачек.

Рисунок 3. Синхронное выпрямление в схеме с прямоходовой топологией на основе полностью интегрированного решения ADP1074.

На Рисунке 3 показана очень изящная конструкция с новой микросхемой ADP1074. Информация о выходном напряжении считывается выводом обратной связи.

Для исключения риска протекания отрицательного тока через ключи SR1 и SR2, при определенных обстоятельствах, таких как наличие начального заряда выходного конденсатора, синхронное выпрямление не активируется. В это время функцию выпрямления выполняют паразитные диоды двух ключей.

Таким образом можно предотвратить повреждение коммутаторов. Безопасную работу ADP1074 без отрицательных токов гарантирует встроенная цифровая изоляция iCoupler.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices ADP1074
  2. Datasheet Analog Devices LTC3900

Источник: https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=532579

ВЫПРЯМИТЕЛИ

   В этой статье мы разберем какие бывают выпрямители, для какой цели служат, в чем заключаются особенности того или иного выпрямителя.

Читайте также:  Звукосниматель для гитары своими руками

Если мы решаем собрать какое-либо устройство или просто необходимо запитать готовое, то мы можем использовать питание от гальванических элементов (батареек), либо воспользоваться для этих целей аккумуляторами.

Но как быть, если радиоустройство не планируется носить с собой и оно потребляет значительный ток? В таких случаях запитывают устройство от сети 220 вольт.

Фото трансформаторный блок питания

   Напрямую запитать от 220 вольт, разумеется, мы не можем, напряжение слишком высокое и ток переменный, а для питания электронных устройств почти всегда необходим постоянный ток и более низкое напряжение. Необходим так называемый сетевой адаптер.

Фотография трансформатора

   Понизить напряжение мы можем с помощью трансформатора, о нем мы поговорим в одной из следующих статей, пока нам достаточно знать, что с помощью трансформатора мы можем понизить или повысить напряжение при переменном токе. Далее нам необходимо сделать из переменного тока постоянный, для этих целей и служит выпрямитель. Существуют три основных типа выпрямителей.

Однополупериодный выпрямитель

Схема однополупериодный выпрямитель

   Этот выпрямитель работает только в течение положительного полупериода синусоиды. Это можно видеть на следующем графике:

Выпрямленный ток после однополупериодного выпрямителя

   На выходе после диода мы получаем пульсирующее напряжение, нам нужно сделать из него постоянное, то есть из пульсирующего тока получить постоянный. Для этих целей служит электролитический конденсатор большой емкости, подключенный параллельно выходу питания в соответствии с полярностью. На фотографии ниже можно увидеть внешний вид подобного конденсатора:

Электролитический конденсатор большой емкости

    Такой конденсатор благодаря большой емкости разряжается в течении отрицательного полупериода синусоиды. Обычно для фильтрации напряжения в выпрямителях применяют электролитические конденсаторы от 2200 микрофарад. В усилителях и других устройствах, где важно чтобы напряжение не проседало при увеличении мощности нагрузки, ставят конденсаторы на большую емкость, чем 2200 микрофарад. Для устройств питающих бытовую аппаратуру обычно конденсаторов такой емкости бывает достаточно. На следующем графике (выделено красным), мы можем видеть, как конденсатор поддерживает напряжение стабильным во время прохождения отрицательной полуволны.

Выпрямленный ток в однополупериодном выпрямителе после конденсатора

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Схема двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

   Для этой схемы необходим трансформатор, с двумя вторичными обмотками. Напряжение на диодах в два раза выше, чем при включении схемы с однополупериодным выпрямителем или при включении мостовой схемы. В этой схеме попеременно работают оба полупериода.

В течении положительного полупериода работает одна часть схемы обозначенная В1, во время отрицательного полупериода работает вторая часть схемы обозначенная В2. Эта схема является менее экономичной, чем мостовая схема, в частности у неё более низкий коэффициент использования трансформатора.

В этой схеме после диодов получается также пульсирующее напряжение, но частота пульсаций в два раза выше. Что мы и можем видеть на следующем графике:

График двухполупериодного выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель, мостовая схема

Схема двухполупериодный выпрямитель мостовая схема

   И наконец, рассмотрим схему мостового выпрямителя, самую распространенную схему, по которой сделана большая часть всех выпущенных трансформаторных блоков питания. Сейчас объясню принцип работы диодного моста:

Диодный мост рисунок

   Ток у нас на выходе с трансформатора переменный, а переменный ток, как известно, в течение периода дважды меняет свое направление. Говоря другими словам, конечно же упрощенно, при переменном токе с частотой 50 герц, ток у нас 100 раз в секунду меняет свое направление. То есть сначала он течет от вывода диодного моста под цифрой один, ко второму, потом в течение другой полуволны он течет от вывода под номером два к первому. 

  • Объяснение работы диодного моста
  • График мостого выпрямителя
  • Еще одно изображение диодного моста
  • Фото импортного диодного моста

   Рассмотрим, что происходит с диодным мостом при подаче напряжения, мы видим, на рисунке обозначен красным путь тока, напрямую пройти к выводу диодного моста соединенного с переменным током не позволит диод, который получается у нас включенный в обратном включении, а в обратном включении, как мы помним, диоды не пропускают ток. Току остается только один путь (выделено на рисунке синим), через нагрузку и через диод уйти в провод соединенный с выводом переменного тока. Когда у нас ток меняет свое направление, то вступает в действие вторая часть диодного моста, которая действует аналогично той, что описал выше. В итоге у нас получается на выходе такой же график напряжения, как и у двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:    При сборке выпрямителя нужно учитывать полярность на выходе диодного моста, если мы подключим электролитический конденсатор неправильно, то рискуем испортить конденсатор и можно считать, что повезло, если этим все ограничится. Поэтому при сборке диодного моста важно помнить одно правило, плюс на выходе с моста всегда будет в точке соединения 2 катодов диодов, а минус в точке соединения анодов. Встречается и такое обозначение на схемах диодного моста:    Диодный мост можно собрать как из отдельных диодов, так и взять специальную сборку из 4 диодов, уже соединенных по мостовой схеме, и имеющий 4 вывода. В таком случае остается только подать переменный ток, идущий обычно с вторичной обмотки трансформатора на два вывода моста, а с оставшихся двух выводов снимать плюс и минус. Обычно на самой детали бывает обозначено, где какой вывод у моста. Так выглядит импортный диодный мост:    На фото далее изображен отечественный диодный мост КЦ405.

Фото диодный мост кц405

Трехфазные выпрямители

   Существуют и трехфазные трансформаторы. Обычным однофазным диодным мостом с такого трансформатора не получится на выходе постоянный ток. Конечно, если нагрузка небольшая можно подключиться к одной фазе и к нулевому проводу трансформатора, но экономичным такое решение не назовешь.

Фото трехфазного трансформатора

   Для трехфазного тока существуют специальные схемы выпрямителей, две таких схемы приведены на рисунках ниже. Первая, известная как схема Миткевича, имеет низкий коэффициент габаритной мощности трансформатора. Эта схема применяется при небольших мощностях нагрузки.

Схема Миткевича

   Вторая схема, известная как Схема Ларионова, нашла широкое применение в электротехнике, так как имеет лучшие технико-экономические показатели по сравнению со схемой Миткевича.

Схема Ларионова

   Схема Ларионова может использоваться как «звезда-Ларионов” и «треугольник-Ларионов”. Вид подключения зависит от схемы подключения трансформатора, либо генератора, с выходом которого соединен этот выпрямитель. Автор статьи — AKV.

   Форум

   Обсудить статью ВЫПРЯМИТЕЛИ

Источник: https://radioskot.ru/publ/nachinajushhim/vyprjamiteli/5-1-0-760

Инженерные решения

 

Как известно, значительная тепловая мощность выделяется на диодах выпрямителя, что заметно снижает КПД мощных устройств. Причиной выделения тепла в выпрямителях является падение напряжения на р-n-переходе силового диода, которое составляет величину в пределах 0,5…1 В. Устранить его невозможно. Для уменьшения рассеиваемой мощности используют синхронные выпрямители.

В синхронном выпрямителе диоды заменяют полевыми транзисторами. Сопротивление канала полевых транзисторов может составлять единицы миллиом. Это позволяет на порядок снизить падение напряжения и, соответственно, тепловыделение.

Однако при применении полевых транзисторов в выпрямителях есть одна особенность. Полевые транзисторы для силовой электроники изготавливают со встроенным обратным диодом.

Поэтому в синхронном выпрямителе полевые транзисторы включаются в инверсном режиме.

Если на полевой транзистор подать напряжение обратной полярности, то откроется обратный диод.

Подав синхронно на затвор транзистора открывающее напряжение, мы откроем канал полевого транзистора, который окажется подключенным параллельно обратному диоду.

Так как сопротивление канала открытого полевого транзистора значительно меньше сопротивления открытого диода, то весь ток потечет по каналу.

При подаче на полевой транзистор напряжения в обычной полярности, на затвор подается запирающее канал напряжение. Таким образом, будет обеспечено надежное закрытие канала. На рис.1 (см. прикрепленные данные) показана принципиальная электрическая схема синхронного выпрямителя. Выпрямитель предназначен для выпрямления синусоидального напряжения.

Поэтому для формирования управляющих сигналов используются компараторы DA1 и DA2. Они формируют открывающее напряжение на полевые транзисторы VT1, VT2 в момент, когда напряжение на аноде полевого транзистора, выступающего в роли диода, превышает напряжение на его катоде. Это важно при емкостной нагрузке выпрямителя или наличии собственной ЭДС нагрузки.

На микросхемах DA3 и DA4 выполнены инвертирующие триггеры Шмитта. Они позволяют получить импульсы тока затвора до 0 мA, что гарантирует быстрое переключение. Работает синхронный выпрямитель следующим образом. Пусть на стоке транзистора VT1 действует положительная полуволна напряжения.

На диоде VD1 будет положительное напряжение 0,7 В, которое подается на инвертирующий вход компаратора DA1.

Компаратор DA1 сравнивает это напряжение с 0 В. В результате на выходе компаратора DA1 появляется высокий уровень, который затем подается на вход ИМС DA3, включенной инвертором. Низкий уровень с выхода DA3 поступает на затвор транзистора VT1. Транзистор VT1 закрыт (заметим, что его обратный диод открывается отрицательной полуволной напряжения).

Пусть на стоке транзистора VT1 действует отрицательная полуволна напряжения. Открывается обратный диод транзистора. На неинвертирущем входе компаратора DA1 напряжение будет больше, чем на инвертирующем, в результате чего на выходе компаратора будет низкий уровень. Это приведет к появлению высокого уровня на выходе DA3 и открыванию транзистора VT1.

Цепочка R5C3 устанавливает ИМС DA3 и DA4 в момент включения в исходное состояние так, что на выходе присутствует низкий уровень. Пока на входе «сброс» (вывод 4 ИМС DA3 и DA4) действует низкий уровень, на выходах микросхем поддерживается низкое напряжение. После заряда конденсатора С3 ИМС DA3, DA4 начинают работать в обычном режиме.

Читайте также:  Предварительный усилитель своими руками

Работа второго канала аналогична работе первого.

Обратите внимание на то, как нестандартно включены нагрузочные сопротивления компараторов DA1 и DA2. Вывод 9 компараторов DA1, DA2 подключен к источнику питания, а выходной сигнал снимается с вывода 2. В результате выходной сигнал совпадает по фазе с входным.

Конденсаторы С1 и С2 позволяют устранить пачки высокочастотных импульсов на выходах компараторов, возникающие из-за медленных изменений входного сигнала. Питается синхронный выпрямитель от отдельного источника 12 В. Ток потребления не превышает 0,5 А.

Если выходное напряжение выпрямителя превышает 15 В, то питание выпрямителя можно осуществлять от выходного напряжения через стабилизатор напряжения напряжением 12 В. Полевые транзисторы выбирают в соответствии с выпрямляемым напряжением и величиной тока нагрузки.

Например, это могут быть транзисторы типа IRFZ46N, IRL2505, IRF35.

Указанный на схеме транзистор IRL2505 имеет сопротивление канала (в открытом состоянии) 5 мОм. При температуре кристалла 25°С он допускает ток 104 А. Максимальная рассеиваемая им мощность составляет 0 Вт. Максимальное напряжение сток-исток – 55 В.

Источник: http://electrician.com.ua/posts/595

Пускозарядное устройство для автомобиля с синхронным выпрямителем (с печатной платой)

При
использовании мощных поле­вых транзисторов в качестве управляемых вентилей в
синхронном вы­прямителе следует иметь в виду, что такие транзисторы содержат в
своей структуре диод подключенный между стоком и истоком в обратном направле­нии
и обычно называемый защитным Поэтому в выпрямителе полевые Tpaнзисторы включают
инверсно.

Пока ка­нал транзистора закрыт, ток выпрямляет защитный диод,
оставаясь закрытым при обратной для него полярности при­ложенного напряжения и
открываясь при прямой Чтобы устранить падение напряжения на открытом диоде необ­ходимо
синхронно с ним открывать канал транзистора — подавая на затвор открывающие
импульсы.

В результате почти весь ток потечет через канал, со­противление и
падение напряжения на котором значительно меньше, чем у открытого диода

Синхронный
выпрямитель для ус­пешной работы должен содержать уст­ройство, следящее за
полярностью приложенного к вентилям — полевым транзисторам напряжения и форми­рующего
управляющие сигналы, свое­временно открывающие и закрываю­щие их Это особенно
важно при работе на емкостную нагрузку или на нагрузку, обладающую собственной
ЭДС (акку­муляторную батарею).

На
рис. 1 показана схема пускозарядного
устройства на основе синхрон­ного выпрямителя Работает он следующим образом.
Пусть на стоках параллельно соединенных транзисторов VT2 и VT4 действует
положительная полу волна напряжения Защитные диоды транзисторов при такой
полярности напряжения закрыты.

Ограниченное диодом VD2 до +0,7В это напряжение
поступит на инвертирующий вход компаратора DA1. В результате на инверсном
«эмиттерном» выходе компаратора (выводе 1) уро­вень напряжения будет
высоким.

По­скольку триггер Шмитта построенный на микросхеме таймера DA3 инвертирует этот уровень, напряжение между затворами
и истоками транзисторов VT2 и VT4 близко к нулю, а сами транзи­сторы закрыты.

Во
время отрицательной полуволны напряжения между стоками и истоками транзисторов VT2
и VT4 открывается защитные диоды этих транзисторов.

Но поскольку напряжение на
инвертирующем входе компаратора DA1 теперь меньше чем на неинвертирующем
уровень на его выходе 1 станет низким, а на выходе микросхемы DA3 — высо­ким.

Каналы сток—исток транзисторов VT2 и VT3 откроются, зашунтировав за­щитные диоды,
и останутся в таком со­стоянии до смены полярности приложенного к ним
напряжения.

Аналогичным
образом происходит управление транзисторами VT3 и VT5 второго плеча
двухполупериодного выпрямителя. Применение таймеров КР1006ВИ1 с выходным током
до 200 mA в качестве драйверов обеспечивает быстрое
переключение транзисторов VT2—VT5, что дополнительно снижает рассеиваемую на
них мощность

Конденсаторы
С1 С2 устраняют высокочастотные пульсации напряже­ния, поступающего на входы
компараторов DA1 и DA2, обеспечивая их переключение.
Резисторы R8 и R9 — нагрузочные в цепях эмиттеров выходных транзисторов компараторов.

Коллекторы этих транзисторов соединены с плюсом питания. При его вклю­чении цепи
R10C4 устанавливает таймер DA3 и DA4 в исходное состояние с низким уровнем на
выходе.

По мере зарядки конденсатора С4 напряжение на нем увеличивается и микросхемы
начинают нормально работать.

Применение
двух транзисторов в каждом плече выпрямителя позволяет довести ток нагрузки до
200 А, конечно

при
достаточно мощном трансформато­ре Т1. Этого вполне достаточно, чтобы
«помочь» стартеру почти любого легко­вого автомобиля завести
двигатель, если аккумуляторная батарея заряжена недостаточно. Напряжение на
обмотках II и III трансформатора под нагрузкой должно быть около 10 В, а
габаритная мощность — не менее 800ВА.

Для
зарядки аккумуляторную батарею подключают к зажимам «Up» и
«Общий». Компаратор DA5 сравнивает ее напряже­ние с образцовым. Порог
сравнения устанавливают подстроечным резисто­ром R4. Пока напряжение батареи
ниже заданного, уровень на выходе 7 компа­ратора DA5 остается низким, а транзи­стор
VT1 открыт. Синхронный выпрями­тель заряжает батарею.

Поскольку
напряжение на выходе синхронного выпрямителя пульсирую­щее, по мере зарядки батареи
оно все большую часть полупериода превышает образцовое. Уровень напряжения на
выходе компаратора в этих интервалах времени становится высоким, а транзи­стор VT1
закрывается.

За счет этого средний ток зарядки уменьшается, а при полной заряженности
аккумулятор­ной батареи становится равным нулю (транзистор VT1 постоянно
закрыт). Блок управления синхронным вы­прямителем питается выпрямленным
напряжением через диод VD1.

Конден­саторы С5 и С6 сглаживают пульсации.

Чертеж
печатной платы блока управ­ления изображен на рис. 2, а ее внеш­ний вид — на рис.
3
. Вместо конденса­торов С5 и С6 здесь смонтирован один конденсатор
емкостью 4700 мкФ. Мо­дуль закрепленных на теплоотводах по­левых транзисторов VT1—VT5
показан на рис. 4.

Если
потребляемый от синхронного выпрямителя ток заведомо не превысит 100А, в каждом
его плече можно оста вить по одному транзистору. А если не­обходим ток больше
200 А, число па­раллельно соединенных транзисторов в каждом плече можно
соответственно увеличить либо заменить их более мощ­ными, в том числе IGBT. Например,
IGBT GA400GD25S рассчитаны на ток 400 А, GA600GD25S — 600 А.

Источник: Радио. 2010. №1.

Источник: http://kaknazlo.blogspot.com/2012/07/blog-post_7474.html

Синхронный выпрямитель на полевых транзисторах

Я, можно сказать, тоже уже включился в гонку технологий на тему блоков питания для аппаратуры. Предложу свое видение такого БП. Это линейный блок питания с синхронным выпрямителем на МОП транзисторах. Почему такой? Выпрямители на диодах Шоттки имеют потери 0,5 Вольта на каждом диоде и значительные шумы переключения.

Причиной шумов — обратный ток диодов.
Синхронный выпрямитель на полевых транзисторах управляемых контроллером (часто его называют идеальный диод)не имеет этих недостатков.

Крайне малое внутреннее сопротивление транзистора не создает потерь, а оптимизированное открытие и закрытие транзистора контроллером в нужное время формирует чистое выпрямленное напряжение без шумов.

Я уже заказал необходимые детали для такого блока питания. Хочу выяснить несколько пользовательских моментов. 1. какой разъём на проводе подходит для большинства аппаратов? надо ли делать различные съемные шнуры для разных аппаратов?
2. меня несколько смущает возможность пользователем переключать выходное напряжение.

Ведь если есть такая возможность, то будет и прецедент, когда для аппарата с 5 Вольт будет случайно или ошибочно выставлено 15 Вольт, с печальными последствиями. Может быть спрятать управление напряжением внутри БП, ведь не каждый день надо менять его. Выбрать надежность взамен удобству. Да и большинство будут получать БП с выставленным для его аппарата напряжением.

А если нужно перестроить, то открыл крышку,выставил значение по индикатору, закрыл крышку и в аппарат.

2 Симпатий

  1. от формфактора зависит
  2. я бы на микропереключателях сделал под съёмной крышкой (крышка на винтах)

По мне лучше купить БП получше, а значит подороже, но если со сменой девайса его придется продавать и покупать другой только из-за другого напряжения или разъема — это неудобно.

Новые девайсы сейчас появляются с достаточно быстро.

  1. Лучше сделать как обычно — двухпиновый вывод и сменный провод
  2. Лучше иметь возможность переключения, под крышкой или нет — не принципиально, главное что бы при коммутации случайно не переключалось.

1 Симпатия

Со съёмным шнуром лучше и удобнее. Бывает людям нужны разные длины проводов, или кто нибудь захочет поиграться с качеством этого провода.
Насчёт переключений — спорный момент… Я бы сделал переключатели, но под небольшой прозрачной крышкой. Чтобы и видно было что там выставлено, и перещёлкнуть там что то случайно нельзя было.
Лучше, конечно, без переключений.

А вообще — инициатива хорошая, однако всё не так просто как хотелось бы. Но результат, если он будет, было бы интересно узнать. Сам стабилизатор то на основе чего планируется сделать?

Стабилизатор буду брать готовый, чего изобретать тут? на LT1084. Лучше китайцев не сделать.
Есть даже на 3 таких чипах с током 15 А.

Источник: https://www.dastereo.ru/t/sinhronnyj-vypryamitel-na-polevyh-tranzistorah/13877

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector