Aktivní náprava - Active rectification

Pokles napětí přes diodu a MOSFET. Vlastnost MOSFET s nízkým odporem snižuje ohmické ztráty ve srovnání s diodovým usměrňovačem (v tomto případě pod 32 A), který vykazuje výrazný pokles napětí i při velmi nízkých úrovních proudu. Paralelizace dvou MOSFETů (růžová křivka) dále snižuje ztráty, zatímco paralelizace několika diod významně nesnižuje pokles dopředného napětí.

Aktivní nápravanebo synchronní oprava, je technika pro zlepšení efektivity náprava nahrazením diody s aktivně ovládanými spínači, obvykle výkonové MOSFETy nebo výkonové BJT.[1] Zatímco normální polovodičové diody mají zhruba pevný pokles napětí kolem 0,5 - 1 voltu, aktivní usměrňovače se chovají jako odpory a mohou mít libovolně nízký pokles napětí.

Historicky spínače poháněné vibrátory nebo poháněné motorem komutátory byly také použity pro mechanické usměrňovače a synchronní náprava.[2]

Aktivní náprava má mnoho aplikací. Často se používá pro pole fotovoltaické panely, aby se zabránilo zpětnému toku proudu, který by mohl způsobit přehřátí s částečným zastíněním při minimální ztrátě energie. Používá se také v spínané napájecí zdroje (SMPS).[1]

Motivace

Plot rozptýleného výkonu vs. proudu ve 4 zařízeních.

Konstantní pokles napětí standardu p-n křižovatka dioda je obvykle mezi 0,7 V a 1,7 V, což způsobuje významnou ztrátu výkonu v diodě. Elektrická energie závisí na proudu a napětí: ztráta energie stoupá úměrně proudu i napětí.

Při nízkém napětí převaděče (kolem 10voltů a méně), pokles napětí diody (obvykle kolem 0,7 až 1 voltu pro křemíkovou diodu při jmenovitém proudu) má nepříznivý vliv na účinnost. Jedno klasické řešení nahrazuje standardní křemíkové diody Schottkyho diody, které vykazují velmi nízké poklesy napětí (až 0,3 voltu). Avšak i Schottkyho usměrňovače mohou být výrazně více ztrátové než synchronní typy, zejména při vysokých proudech a nízkých napětích.

Při adresování velmi nízkonapěťových převodníků, například a převodník bucků napájení počítače procesor (s napěťovým výstupem kolem 1 voltu a mnoho ampéry výstupního proudu), Schottkyho náprava neposkytuje dostatečnou účinnost. V takových aplikacích je nutná aktivní náprava.[1]

Popis

Výměna diody za aktivně ovládaný spínací prvek, jako je MOSFET, je srdcem aktivní nápravy. MOSFETy mají při vedení konstantní velmi nízký odpor, známý jako rezistence (RDS (zapnuto)). Mohou být vyrobeny s odporem od 10 mΩ nebo dokonce nižším. Pokles napětí na tranzistoru je pak mnohem nižší, což znamená snížení ztráty výkonu a zvýšení účinnosti. Nicméně, Ohmův zákon řídí pokles napětí na MOSFET, což znamená, že při vysokých proudech může pokles překročit pokles diody. Toto omezení se obvykle řeší buď umístěním několika tranzistorů paralelně, čímž se sníží proud každým jednotlivým tranzistorem, nebo použitím zařízení s aktivnější oblastí (na FET, ekvivalent zařízení paralelně).

Řídicí obvody pro aktivní usměrnění obvykle používají komparátory snímat napětí na vstupu AC a otevírat tranzistory ve správných časech, aby proud mohl proudit správným směrem. Načasování je velmi důležité, protože je třeba zabránit zkratu na vstupním výkonu a může být snadno způsoben zapnutím jednoho tranzistoru dříve, než se vypne jiný. Aktivní usměrňovače také zjevně stále potřebují vyhlazování kondenzátory v pasivních příkladech.

Pomocí aktivní nápravy implementovat AC / DC převod umožňuje designu podstoupit další vylepšení (složitější) k dosažení aktivní korekce účiníku, který nutí průběh proudu zdroje střídavého proudu sledovat průběh napětí, čímž eliminuje reaktivní proudy a umožňuje celému systému dosáhnout vyšší účinnosti.

Ideální dioda

MOSFET aktivně řízen, aby fungoval jako usměrňovač —Aktivně se zapíná, aby umožňoval proud v jednom směru, ale aktivně se vypíná, aby blokoval tok proudu v opačném směru - se někdy nazývá ideální dioda. Používání ideálních diod spíše než standardních diod pro solární elektrický panel bypass, ochrana proti zpětnému vybití baterie nebo můstkový usměrňovač snižuje množství energie rozptýlené v těchto diodách, zlepšuje účinnost a snižuje velikost desky PC a hmotnost chladiče potřebné k řešení tohoto ztrátového výkonu.[3][4][5][6][7][8]

Takovou ideální diodu založenou na MOSFET nelze zaměňovat s operačním zesilovačem super dioda.

Konstrukce

Vidět H-můstek.

Reference

  1. ^ A b C Ali Emadi (2009). Integrované výkonové elektronické převodníky a digitální ovládání. CRC Press. str. 145–146. ISBN  978-1-4398-0069-0.
  2. ^ Maurice Agnus Oudin (1907). Standardní vícefázové přístroje a systémy (5. vydání). Van Nostrand. p.236. komutátor synchronního usměrňovače.
  3. ^ „Ideální dioda pro obtok solárních panelů“.
  4. ^ "Ideální ovladač diodového můstku".
  5. ^ „Ideální ovladač diodového můstku minimalizuje ztráty energie a teplo v zařízeních napájených pomocí PoE“
  6. ^ "Ochrana proti zpětnému proudu".
  7. ^ "Obvody zpětného proudu / ochrany baterie".
  8. ^ „Ochrana proti zpětnému napájení pomocí výkonových MOSFETů“.

Další čtení