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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Retificador síncrono. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Conversores de tensão, retificadores, inversores A queda de tensão nos diodos retificadores não permite aumentar sua eficiência acima de um determinado limite. Ao ignorar ou substituir cada diodo por uma chave eletrônica, esse limite pode ser excedido. No entanto, devido à complexidade da unidade de controle da chave eletrônica, os retificadores síncronos encontraram aplicação apenas em equipamentos profissionais de fonte de alimentação. Este artigo descreve um projeto simples de um retificador síncrono que pode ser replicado em condições de rádio amador. Uma das tarefas mais importantes que os projetistas de fontes de alimentação modernas enfrentam é alcançar alta eficiência. Normalmente, os retificadores são feitos em diodos de silício ou diodos Schottky, com menos frequência - em diodos de germânio. A queda de tensão típica nos diodos de silício é de 1 V, nos diodos de germânio e Schottky - cerca de 0,5 V. Há significativamente menos perda de energia em retificadores síncronos baseados em poderosos transistores de efeito de campo, onde os diodos são substituídos por transistores de efeito de campo. A resistência de canal aberto dos modernos transistores de efeito de campo é reduzida a vários miliohms. Isso permite reduzir a queda de tensão e, consequentemente, a geração de calor em uma ordem de grandeza. Mas o uso de transistores de efeito de campo em retificadores possui vários recursos. A primeira é a presença de um diodo interno no transistor de efeito de campo. Se uma tensão de polaridade reversa for aplicada ao transistor de efeito de campo, o diodo interno abrirá. Quando uma tensão de magnitude suficiente é aplicada de forma síncrona à porta do transistor em relação à fonte, o canal do transistor de efeito de campo conectado em paralelo com este diodo se abre. Como a resistência do canal de um transistor de efeito de campo aberto é significativamente menor que a resistência de um diodo aberto, quase toda a corrente fluirá através do canal. Outra característica de um transistor de efeito de campo é o atraso de ativação e desativação causado pela presença de capacitores de porta-fonte e de porta-fonte. Essas capacitâncias são altamente dependentes de tensão. Eles são grandes em baixa tensão e diminuem à medida que aumenta. Para garantir a abertura do transistor, é necessário carregar a capacitância de entrada para 10...12 V. Este processo é complicado pelo efeito Miller, que aumenta a capacitância de entrada equivalente. Você pode ler mais sobre os recursos dos transistores comutadores de efeito de campo de alta potência no livro de B. Yu. Semenov “Power Electronics: From Simple to Complex” (M.: “SOLON-Press”, 2005).
Na Fig. A Figura 1 mostra um diagrama de um retificador síncrono de onda completa projetado para retificar tensões retangulares e senoidais. O retificador é conectado ao enrolamento secundário do transformador com uma derivação central. Pinos 1 e 3 - para o início e final do enrolamento em ordem aleatória, pino 2 - para a derivação do enrolamento. Para retificação são utilizados transistores VT1 e VT2 com diodos internos. O capacitor C1 é um capacitor de suavização. A unidade de geração de pulsos de controle fornecidos às portas dos transistores é montada nos microcircuitos DA1, DA2, DD1, DA4, diodos VD1, VD2 e resistores R1-R6. Este nó recebe uma tensão de alimentação de 10 V do estabilizador de tensão no chip DA3. Se os pulsos de controle não chegam às portas dos transistores, por exemplo, se a unidade geradora de pulsos estiver desligada, o retificador opera normalmente (assíncrono) nos diodos internos dos transistores. O princípio de formação de um pulso de controle na porta de um transistor: a tensão do pulso deve abrir o canal do transistor quando a tensão no cátodo do diodo interno for menor que a tensão no seu ânodo, que está conectado ao fio comum - o menos da tensão de saída. Ou seja, quando a tensão no cátodo é de polaridade negativa, uma tensão de abertura de polaridade positiva deve ser aplicada à porta do transistor em relação à sua fonte. No resto do tempo, a tensão entre a porta e a fonte deve ser zero para que o transistor seja desligado. É muito importante que os pulsos de abertura não se sobreponham no tempo para que ambos os transistores não abram ao mesmo tempo. A unidade de geração de pulso funciona assim. A tensão nos drenos dos transistores é monitorada pelos comparadores DA1 e DA2. O chip DD1 contém uma unidade que evita a sobreposição de pulsos de abertura. Os inversores do chip DA4 fornecem uma corrente de saída de até 1,5 A, que carrega rapidamente a capacitância de entrada dos transistores, apesar do efeito interferente do efeito Miller. Deixe uma tensão de meia onda positiva atuar no dreno do transistor VT1. Uma tensão de +0,7 V do diodo VD1 é aplicada à entrada inversora do comparador DA1 em relação à sua entrada não inversora, resultando em um nível alto na saída de DA1. Isso leva ao aparecimento de um alto nível de tensão no pino 2 do driver DA4 e, portanto, sua saída terá um nível de baixa tensão. O transistor VT1 está fechado. Deixe uma tensão negativa de meia onda atuar no dreno do VT1, abrindo seu diodo interno. A tensão na entrada não inversora do comparador DA1 é maior do que na entrada inversora, resultando em uma tensão baixa na saída do comparador. Isso fará com que apareça um nível baixo no pino 2 do driver DA4 e um nível de alta tensão na saída. O transistor VT1 abre e desvia seu diodo interno, resultando em perdas de energia reduzidas para retificação. O transistor VT2 é controlado de maneira semelhante. No chip DD1 existe uma unidade para monitorar o correto funcionamento do retificador. Ele contém quatro portas OR exclusivas. O fato é que no momento em que a tensão senoidal passa por zero, níveis baixos de tensão estarão presentes simultaneamente nas saídas dos comparadores DA1 e DA2. Se essas saídas fossem conectadas às entradas do chip DA4, isso levaria à abertura simultânea de ambos os transistores VT1 e VT2, o que é inaceitável devido à corrente de passagem que passa por eles. Portanto, entre as saídas dos comparadores DA1 e DA2 e as entradas do chip DA4, um nó no chip DD1 é conectado. Vejamos o trabalho dele. Que haja níveis baixos de tensão nas saídas de ambos os comparadores. Esta combinação de sinais de entrada na entrada do elemento DD1. 1 corresponde a um nível de baixa tensão na sua saída. No elemento DD 1.2 é feito um inversor, para o qual a tensão de alimentação (alto nível) é aplicada ao pino 13. Assim, no pino 6 do elemento DD1.3 e no pino 9 do elemento DD1.4 existe um alto nível de tensão, e também funcionarão como inversores. Como resultado, ambas as entradas do driver DA4 possuem um nível de tensão alto, e as portas de ambos os transistores VT1 e VT2 possuem um nível baixo, portanto, estão fechadas. Não haverá corrente através deles. No caso de sinais antifásicos nas saídas dos comparadores e, consequentemente, nas entradas do DD1.1, um alto nível de tensão operará no pino 3 do DD1.1. Após a inversão no elemento lógico DD1.2, o nível de baixa tensão comuta os elementos lógicos DD1.3 e DD1.4 em repetidores de sinal. Portanto, os sinais das saídas dos comparadores DA1 e DA2 passarão sem alterações para as saídas do driver DA1. Um dos transistores estará aberto, o outro estará fechado. Uma tensão de alimentação estabilizada de 10 V é gerada pelo chip L4810CV (DA3), que possui proteção contra sobrecarga de corrente de saída de 1,5 A e uma unidade de desligamento automático quando a temperatura sobe acima do valor máximo permitido. Este microcircuito mantém o modo de estabilização de tensão quando a diferença de tensão entre a entrada e a saída diminui para 0,5 V. Ele recebe energia da tensão de saída do retificador.
O retificador síncrono é montado em uma placa de circuito impresso feita de folha de fibra de vidro com 1,5 mm de espessura em um dos lados, seu desenho é mostrado na Fig. 2. Todas as peças estão instaladas nele, exceto o capacitor de suavização C1. Se os transistores VT1 e VT2 ficarem muito quentes, eles serão instalados em dissipadores de calor. É fornecido espaço para sua colocação no quadro. O autor utiliza um retificador síncrono para retificar a tensão do enrolamento secundário do transformador eletrônico Feron ET105. O enrolamento secundário é enrolado nele com dois fios, o que simplificou a tarefa de derivar do meio. Para reduzir a ondulação de tensão no dobro da frequência da rede, um capacitor de óxido de suavização com capacidade de 10 μF e tensão nominal de 400 V é instalado na saída da ponte retificadora dentro do transformador eletrônico. A frequência da tensão de saída do transformador é de cerca de 45 kHz. Esses transformadores possuem um limite mínimo de potência, que deve ser levado em consideração para garantir uma operação confiável. Um retificador síncrono permite que este transformador eletrônico obtenha uma tensão de saída de 12 V com uma corrente de carga de 9 A. O capacitor de suavização C1 da capacitância indicada no diagrama é usado para retificar a tensão com frequência de 45 kHz. Obviamente, um retificador síncrono também pode ser usado para retificar tensões com frequência de 50 Hz, calculando a capacitância do capacitor de suavização da mesma forma que para um retificador de onda completa convencional (assíncrono). Autor: V. Kalashnik
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Comentários sobre o artigo: Alexander Posso usar outros transistores? Estes têm diodos. Tudo vai dar certo o que ou k.z.
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