Синхронный выпрямитель на mosfet

Требования к AC-DC импульсных источникам питания сильно изменились за последние годы, что привело и к обновлению линейки комплектующих их изделий. Раньше для выходных выпрямителей источников питания средней и высокой мощности использовались диоды Шоттки. Однако, заменив их на полевые «синхронные» транзисторы можно добиться значительного повышения эффективности работы и высокой плотности мощности.
Линейка HEXFET MOSFET транзисторов IR на 75 и 100 В предназначена для работы во вторичных цепях синхронных выпрямителей AC-DC обратноходовых, полумостовых, мостовых и прямоходовых ИИП, используемых в блоках питания серверов, настольных компьютеров и ноутбуков. Для таких приложений от транзистора требуется не только сверхмалое сопротивление открытого канала и низкий заряд затвора, но и отличные параметры встроенного диода (время и заряд восстановления).

Преимущества IR
– полная линейка MOSFET транзисторов для синхронных выпрямителей для любых ИИП с выходным напряжением 12-24 В
– IRFB4310 и IRFB3207 имеют минимальное среди конкурентов сопротивление открытого канала, что снижает потери и увеличивает эффективность AC-DC преобразователя
– стандартные корпуса TO-220, D2Pak и TO-262

Применение
– выпрямители вторичной цепи AC-DC преобразователей для серверов, компьютеров и внешних адаптеров
– OR’ing узлы 48 В в телекоммуникационном и серверном оборудовании
– автомобильная электроника
– DC-DC конвертеры с входным напряжением 24 В
– низковольтный электропривод

Эффективность обратноходового выпрямителя, 240 В, Т=40°С

Effeciency (%) – Эффективность, %
Output power – Выходная мощность, Вт
2 х Competitor – 2 транзистора других производителей
1 x IRFB4410 – 1 транзистор IRFB4410

Требования к AC-DC импульсных источникам питания сильно изменились за последние годы, что привело и к обновлению линейки комплектующих их изделий. Раньше для выходных выпрямителей источников питания средней и высокой мощности использовались диоды Шоттки. Однако, заменив их на полевые «синхронные» транзисторы можно добиться значительного повышения эффективности работы и высокой плотности мощности.
Линейка HEXFET MOSFET транзисторов IR на 75 и 100 В предназначена для работы во вторичных цепях синхронных выпрямителей AC-DC обратноходовых, полумостовых, мостовых и прямоходовых ИИП, используемых в блоках питания серверов, настольных компьютеров и ноутбуков. Для таких приложений от транзистора требуется не только сверхмалое сопротивление открытого канала и низкий заряд затвора, но и отличные параметры встроенного диода (время и заряд восстановления).

Читайте также:  Сколько длится реклама в кино

Преимущества IR
– полная линейка MOSFET транзисторов для синхронных выпрямителей для любых ИИП с выходным напряжением 12-24 В
– IRFB4310 и IRFB3207 имеют минимальное среди конкурентов сопротивление открытого канала, что снижает потери и увеличивает эффективность AC-DC преобразователя
– стандартные корпуса TO-220, D2Pak и TO-262

Применение
– выпрямители вторичной цепи AC-DC преобразователей для серверов, компьютеров и внешних адаптеров
– OR’ing узлы 48 В в телекоммуникационном и серверном оборудовании
– автомобильная электроника
– DC-DC конвертеры с входным напряжением 24 В
– низковольтный электропривод

Эффективность обратноходового выпрямителя, 240 В, Т=40°С

Effeciency (%) – Эффективность, %
Output power – Выходная мощность, Вт
2 х Competitor – 2 транзистора других производителей
1 x IRFB4410 – 1 транзистор IRFB4410

В прошлом посте так и не прозвучало основной мысли. Она оказалась размазанной мелкими конкретностями. Тем не менее, через день она вылезла из-под завалов конкретики, отрясла обсыпанный штукатуркой воротник – и сформулировала себя: "Не существует простых вещей".

Трансформатор на 50 Гц, проще которого ничего не бывает в природе, с трудом поддается расчету. Но все-таки поддается. Опыт изготовления трансформатора для предыдущего источника питания внушил надежду на возможность точного математического расчета.

В следующей модели источника PSL-2402 трансформатор считать нужно несколько по-другому. Этот источник на ток 2 А, тут уже становится критичным нагрев выпрямителя. Даже выпрямитель на диодах Шоттки (два моста) давал бы потери около 5 Вт. Это не так и много, но требуется некое конструктивное решение, позволяющее отвести тепло от моста. Например, поставить мост на радиатор. К сожалению, это сильно ограничивает возможности компоновки устройства. Было бы лучше, если бы выпрямитель вообще не грелся, тогда его можно будет разместить где угодно.

И такой выпрямитель есть – это синхронный выпрямитель на MOSFET. Известно, что падение напряжения на открытом MOSFET намного ниже падения на диоде, это можно испльзовать для минимизации потерь в выпрямителе. Выпрямитель на MOSFET в простейшем случае выглядит так:

Но у него есть недостатки. Один из них – напряжение исток-затвор обычно не должно превышать 20 В, поэтому схема годится только для низковольтных решений. Правда, простая модификация схемы позволяет ее применить для напряжений повыше. Например, в паяльной станции на напряжение 24 В я использовал такой синхронный выпрямитель:

Читайте также:  Просмотр видео в мозиле

Только транзисторы ставил самые дешевые, IRFZ34 и IRF9Z34, сделав из них молотком и зубилом корпус D2PAK. Второй недостаток схемы – использование N и P-канальных транзисторов. Последние намного дороже и хуже. Но есть и еще один недостаток, куда более существенный. Такая схема может работать только на активную нагрузку: нагреватели, лампочки и т.д. Если попытаться сгладить выходное напряжение конденсатором, схема работать не будет. Связано это с тем, что транзисторы открываются на время всего полупериода. При этом емкость будет разряжаться, когда текущее значение переменного напряжения меньше напряжения на емкости. Это неправильно. Транзисторы должны открываться только тогда, когда мгновенное значение переменного напряжения выше напряжения на емкости. Так работают обычные диоды, так можно заставить работать и транзисторы. Каждым транзистором должен управлять компаратор, который срабатывает, когда входное напряжение превышает выходное. В итоге схема двух выпрямительных мостиков становится примерно такой:

Вообще удивительно, почему в наше продвинутое время продолжают массово выпускаться примитивные мосты типа всяких KBU407 на обычных диодах. По идее, в корпусе моста сегодня должны прятаться четыре MOSFET и схема управления. Причем схема управления отдельно уже сделана, только как и все микросхемы от LT, стоит так, словно она из чистого золота.

Мечты о светлом будущем при жизни можно оставить, пока остается лишь делать синхронный выпрямитель на россыпи. Что и реализовано в PSL-2402. Вообще, синхронный выпрямитель был и в его предшественнике, PSL-3604. Но там не стоял так остро вопрос места. Здесь же пришлось урезать все до минимума. Во-первых, не ставить в цепь неинвертирующего входа компаратора резистор. Смещение нуля в данном случае не так критично. Потом остро встал вопрос с питанием компараторов. Конденсаторы достаточной емкости разместить было просто негде. Максимум, что можно было себе позволить, это танталовые емкости в корпусе Case D. Такие нашлись только на 10 мкФ. Моделирование показало, что основным потребителем является нагрузочный резистор компаратора. Его малый номинал обеспечивает высокую скорость переключения MOSFET. Но нужна ли она? Частота работы выпрямителя (50 Гц) – низкая. Ток при включении транзистора плавно нарастает. Моделирование показало, что рассеиваемая мощность начинает расти только при повышении номинала резистора в затворе до 47 кОм и выше. В итоге удалось обойтись конденсаторами 10 мкФ.

Читайте также:  Процессор для gtx 960 4gb

Схема определена, можно начинать расчет. Как и для предыдущего трансфолрматора, сделал несколько итераций между програмой расчета трансформаторов и PSpice, в итоге все данные были получены: сердечник 70х40х30, первичка 1600 вит. (7.27 вит./V), вторички 2х55 вит. и 2х50 вит. Благодаря большему размеру сердечника и, соответственно, меньшему количеству витков на вольт, удалось уместить пару обмоток в один слой, при этом выводы оказались в нужном месте.

Начало намотки второй пары обмоток. Мотать в два провода 1 мм утомительно, болят руки держать провод все время в натяжении.

Но вот вторая пара обмоток тоже намотана, получился один слой, выводы в нужных местах.

Готовый трансформатор с разделанными клеммами можно видеть на заглавном фото поста. Настала пора проверки. Рискованная операция, но надо. Включаю сеть – все напряжения в норме. Что ж, это успех.

Внутри корпуса PSL-2402 трансформатор смотрится тоже хорошо, вписываясь в плотную компоновку.

И нет никаких перекрещивающихся проводов, что видно и на фото сзади.

И вот два источника питания, PSL-2401 и PSL-2402, готовы. Не хватает только процессоров. Поэтому свет в окнах пока не горит.

P.S. Все-таки процессор в одну из плат управления я запаял. Но это не значит, что я его смог купить. Он был подарен одним хорошим человеком. Барыги из города Минска, если вы читаете этот блог, как вам не стыдно обманывать и без того несчастных радиолюбителей? Ну не хотите вы привозить STM32F100C8T6B, ну не устраивает вас и без того немалая накрутка, так и скажите, что не привезете. Зачем кормить обещаниями? Не понимаю.

Upd: обращение оказалось эффективным, сегодня получил сообщение, что процессоры пришли, их можно купить на рынке в Ждановичах. В воскресенье поеду за удачей.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

You may use these HTML tags and attributes:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>