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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Raddrizzatore sincrono. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Convertitori di tensione, raddrizzatori, inverter La caduta di tensione ai diodi raddrizzatori non consente di aumentarne l'efficienza oltre un certo limite. Deviando o sostituendo ogni diodo con una chiave elettronica, questo limite può essere superato. Tuttavia, a causa della complessità dell'unità di controllo della chiave elettronica, i raddrizzatori sincroni hanno trovato applicazione solo nelle apparecchiature di alimentazione professionali. L'articolo proposto descrive un semplice progetto di un raddrizzatore sincrono, disponibile per la ripetizione in condizioni radioamatoriali. Uno dei compiti più importanti che devono affrontare i progettisti dei moderni alimentatori è raggiungere un'elevata efficienza. Tipicamente, i raddrizzatori sono realizzati su diodi al silicio o diodi Schottky, meno spesso su diodi al germanio. La tipica caduta di tensione sui diodi al silicio è di 1 V, sui diodi al germanio e Schottky - circa 0,5 V. Perdita di energia significativamente inferiore nei raddrizzatori sincroni su potenti transistor chiave ad effetto di campo, dove i diodi sono sostituiti da transistor ad effetto di campo. La resistenza del canale aperto dei moderni transistor ad effetto di campo è ridotta a pochi milliohm. Ciò consente di ridurre la caduta di tensione e, di conseguenza, la dissipazione del calore di un ordine di grandezza. Ma l'uso di transistor ad effetto di campo nei raddrizzatori ha una serie di caratteristiche. Il primo è la presenza di un diodo interno nel transistor ad effetto di campo. Se viene applicata una tensione di polarità inversa al transistor ad effetto di campo, il diodo interno si aprirà. Con un'alimentazione sincrona al gate del transistor relativa alla sorgente della tensione della polarità di apertura di valore sufficiente, si apre il canale del transistor ad effetto di campo, collegato in parallelo a questo diodo. Poiché la resistenza del canale di un transistor ad effetto di campo aperto è molto inferiore alla resistenza di un diodo aperto, quasi tutta la corrente scorrerà attraverso il canale. Un'altra caratteristica del transistor ad effetto di campo è il ritardo di accensione e spegnimento dovuto alla presenza delle capacità gate-source e gate-drain. Queste capacità dipendono fortemente dalla tensione. Sono grandi a bassa tensione e diminuiscono quando viene aumentata. Per garantire che il transistor si apra, è necessario caricare la capacità di ingresso a 10 ... 12 V. Questo processo è ostacolato dall'effetto Miller, che aumenta la capacità di ingresso equivalente. Maggiori dettagli sulle caratteristiche dei transistor chiave ad effetto di campo ad alta potenza possono essere trovati nel libro di B. Yu Semenov "Elettronica di potenza: dal semplice al complesso" (M.: "SOLON-Press", 2005).
Sulla fig. 1 mostra uno schema di un raddrizzatore sincrono a onda intera progettato per rettificare una tensione rettangolare e sinusoidale. Il raddrizzatore è collegato all'avvolgimento secondario del trasformatore con una presa dal centro. Pin 1 e 3 - all'inizio e alla fine dell'avvolgimento in qualsiasi ordine, pin 2 - all'uscita dell'avvolgimento. Per la rettifica vengono utilizzati transistor VT1 e VT2 con diodi interni. Condensatore C1 - livellamento. Il nodo per la formazione degli impulsi di controllo applicati alle porte dei transistor è assemblato sui microcircuiti DA1, DA2, DD1, DA4, diodi VD1, VD2 e resistori R1-R6. Questo nodo riceve una tensione di alimentazione di 10 V da un regolatore di tensione sul chip DA3. Se gli impulsi di controllo non vengono forniti alle porte dei transistor, ad esempio se l'unità di formazione degli impulsi è disabilitata, il raddrizzatore funziona come un normale raddrizzatore (asincrono) sui diodi interni dei transistor. Il principio di generazione di un impulso di controllo sul gate del transistor: la tensione dell'impulso dovrebbe aprire il canale del transistor quando la tensione sul catodo del diodo interno è inferiore alla tensione sul suo anodo, che è collegato a un filo comune - meno l'uscita voltaggio. Cioè, quando la tensione al catodo è di polarità negativa, deve essere applicata una tensione di apertura di polarità positiva al gate del transistor rispetto alla sua sorgente. Il resto del tempo, la tensione tra gate e source deve essere zero affinché il transistor sia spento. È molto importante che gli impulsi di apertura non si sovrappongano nel tempo in modo che entrambi i transistor non siano aperti contemporaneamente. L'unità di formazione dell'impulso funziona così. La tensione ai drain dei transistor è monitorata dai comparatori DA1 e DA2. Sul chip DD1 viene assemblato un nodo che esclude la sovrapposizione degli impulsi di apertura. Gli inverter sul chip DA4 forniscono fino a 1,5 A di corrente di uscita, che carica rapidamente la capacità di ingresso dei transistor nonostante l'interferenza dell'effetto Miller. Far agire una semionda di tensione positiva sul drain del transistor VT1. Una tensione di +0,7 V dal diodo VD1 viene applicata all'ingresso invertente del comparatore DA1 rispetto al suo ingresso non invertente, per cui appare un livello alto all'uscita DA1. Questo porta ad un livello di alta tensione al pin 2 del driver DA4, e quindi, la sua uscita sarà un livello di bassa tensione. Il transistor VT1 è chiuso. Far agire sul drain VT1 una semionda negativa di tensione, aprendone il diodo interno. All'ingresso non invertente del comparatore DA1, la tensione è maggiore di quella invertente, per cui l'uscita del comparatore avrà una bassa tensione. Ciò farà sì che il pin 2 del driver DA4 si abbassi e l'uscita diventi alta. Il transistor VT1 si apre e devia il suo diodo interno, con conseguente riduzione delle perdite di energia di rettifica. Il transistor VT2 è controllato in modo simile. Sul chip DD1 viene realizzata un'unità di controllo per il corretto funzionamento del raddrizzatore. Contiene quattro elementi logici "OR esclusivo". Il fatto è che nel momento in cui la tensione sinusoidale passa per lo zero, le uscite dei comparatori DA1 e DA2 avranno contemporaneamente bassi livelli di tensione. Se queste uscite fossero collegate agli ingressi del chip DA4, ciò porterebbe all'apertura simultanea di entrambi i transistor VT1 e VT2, il che è inaccettabile a causa della corrente passante che li attraversa. Pertanto, tra le uscite dei comparatori DA1 e DA2 e gli ingressi del chip DA4, è compreso un nodo sul chip DD1. Diamo un'occhiata al suo lavoro. Lascia che le uscite di entrambi i comparatori abbiano livelli di bassa tensione. Questa combinazione di segnali di ingresso all'ingresso dell'elemento DD1. 1 corrisponde ad un basso livello di tensione alla sua uscita. Un inverter è realizzato sull'elemento DD 1.2, per il quale la tensione di alimentazione (livello alto) viene applicata al pin 13. Pertanto, il pin 6 dell'elemento DD1.3 e il pin 9 dell'elemento DD1.4 hanno un livello di tensione elevato e funzioneranno anche come inverter. Di conseguenza, entrambi gli ingressi del driver DA4 hanno un livello di tensione elevato, i gate di entrambi i transistor VT1 e VT2 hanno un livello basso, quindi sono chiusi. Non ci sarà corrente attraverso di loro. Nel caso di segnali antifase alle uscite dei comparatori e, di conseguenza, agli ingressi di DD1.1, al pin 3 di DD1.1 opererà un livello di alta tensione. Dopo l'inversione nell'elemento logico DD1.2, un basso livello di tensione traduce gli elementi logici DD1.3 e DD1.4 in ripetitori di segnale. Pertanto, i segnali provenienti dalle uscite dei comparatori DA1 e DA2 passeranno invariati alle uscite del driver DA1. Uno dei transistor sarà aperto, l'altro chiuso. Una tensione di alimentazione stabilizzata di 10 V è generata dal microcircuito L4810CV (DA3), che ha una protezione da sovraccarico della corrente di uscita di 1,5 A e un'unità di spegnimento automatico quando la temperatura supera il valore massimo consentito. Questo microcircuito mantiene la modalità di stabilizzazione della tensione quando la differenza di tensione tra l'ingresso e l'uscita scende fino a 0,5 V. È alimentato dalla tensione di uscita del raddrizzatore.
Il raddrizzatore sincrono è assemblato su un circuito stampato in fibra di vetro spessa 1,5 mm sventato su un lato, il suo disegno è mostrato in fig. 2. Tutte le parti sono installate su di esso, ad eccezione del condensatore di livellamento C1. Se i transistor VT1 e VT2 sono molto caldi, vengono installati su dissipatori di calore. Viene fornito un posto per il loro posizionamento sul tabellone. L'autore utilizza un raddrizzatore sincrono per rettificare la tensione dall'avvolgimento secondario del trasformatore elettronico Feron ET105. L'avvolgimento secondario è avvolto in esso con due fili, il che ha facilitato il compito di eseguire un colpetto dal suo centro. Per ridurre il ripple di tensione al doppio della frequenza di rete, all'uscita del ponte raddrizzatore all'interno del trasformatore elettronico è installato un condensatore di ossido di livellamento con una capacità di 10 μF e una tensione nominale di 400 V. La frequenza della tensione di uscita del trasformatore è di circa 45 kHz. Questi trasformatori hanno un limite di potenza minimo che deve essere preso in considerazione per garantire un funzionamento affidabile. Un raddrizzatore sincrono consente a questo trasformatore elettronico di ottenere una tensione di uscita di 12 V con una corrente di carico di 9 A. Il condensatore di livellamento C1 della capacità indicata nel diagramma viene utilizzato per rettificare la tensione con una frequenza di 45 kHz. Naturalmente, un raddrizzatore sincrono può essere utilizzato anche per rettificare una tensione con una frequenza di 50 Hz calcolando la capacità del condensatore di livellamento allo stesso modo di un raddrizzatore a onda intera convenzionale (asincrono). Autore: V. Kalashnik
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