Перейти к содержанию

Синхронное выпрямление

Синхронное выпрямление — приём, при котором ток, обычно идущий через диод, пропускают через открытый MOSFET. Падение на транзисторе с малым сопротивлением канала намного меньше, чем на диоде, поэтому потери и нагрев снижаются.

Обновлено Редакция GAW

Синхронное выпрямление (synchronous rectification) — замена выпрямительного или обратного диода транзистором MOSFET, который открывается в те же моменты, когда проводил бы диод. Падение напряжения на открытом MOSFET — это ток, умноженный на сопротивление канала RDS(on), и при малом сопротивлении оно намного меньше прямого напряжения диода. Транзистором управляет схема, синхронизированная с основным ключом, — отсюда название.

Синхронный понижающий преобразователь

В обычном понижающем преобразователе ток дросселя в паузе между импульсами ключа замыкается через обратный диод. На большом токе потери в диоде ограничивают и КПД, и наименьшее выходное напряжение. В синхронной схеме диод заменяют MOSFET с малым RDS(on), который управляется сигналом в противофазе с основным ключом (Microchip AN1114).

Два транзистора полумоста нельзя открывать одновременно, поэтому между выключением одного и включением другого выдерживают мёртвое время; в эти короткие интервалы ток идёт через встроенный диод транзистора. На малой нагрузке синхронный ключ нужно выключать, когда ток дросселя доходит до нуля: MOSFET проводит в обе стороны, и иначе ток развернётся и начнёт разряжать выходной конденсатор.

В мостовых драйверах

Тот же приём применяют в драйверах двигателей. В A4988 (Allegro) во время спада тока обмотки открываются нужные ключи и шунтируют встроенные диоды. Сравнение при токе 1 А:

Путь токаПадениеМощность
Встроенный диод, 1,2 В1,2 Воколо 1,2 Вт
Открытый ключ, 320 мОм0,32 Воколо 0,32 Вт

Устройство мостов и выбор драйверов — в статье о драйверах H-моста.

Частые вопросы

Зачем в DC-DC ставят MOSFET вместо диода?

Чтобы уменьшить потери на большом токе. В обычном понижающем преобразователе ток дросселя в паузе идёт через обратный диод, и на нём падает заметное напряжение. Microchip в AN1114 отмечает, что эти потери ограничивают ток и наименьшее выходное напряжение, поэтому диод заменяют MOSFET с очень малым сопротивлением открытого канала, который включается в противофазе с ключом.

Насколько синхронное выпрямление уменьшает потери?

Пример — драйвер A4988: прямое напряжение встроенных диодов — 1,2 В, а сопротивление ключа — 320 мОм типично. При токе 1 А на диоде рассеивается около 1,2 Вт, а на открытом ключе — около 0,32 Вт. Поэтому Allegro пишет, что синхронное выпрямление заметно снижает рассеиваемую мощность и может избавить от внешних диодов Шоттки.

Какие сложности у синхронного выпрямителя?

Два ключа нельзя открывать одновременно — между их переключениями нужно мёртвое время. А при малой нагрузке, когда ток дросселя доходит до нуля, синхронный MOSFET нужно сразу выключить: транзистор проводит в обе стороны, и ток дросселя развернётся, разряжая выходной конденсатор. Об этом предупреждает Microchip в AN1114.

Источники

  1. Microchip. AN1114: Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part I) (DS01114A) — Synchronous Buck Converter: обратный диод заменяют MOSFET с малым RDS(on), управляемым синхронно с ключом; выключение при нулевом токе дросселя на малой нагрузке
  2. Allegro MicroSystems. A4988: DMOS Microstepping Driver with Translator and Overcurrent Protection (A4988-DS, Rev. 8) — синхронное выпрямление: во время спада тока открываются нужные ключи и шунтируют встроенные диоды; ключи 320 мОм тип., диоды 1,2 В

Нашли ошибку?

Смотрите также