Драйвер выпрямитель что это
Ну поскольку IRFP4668 у меня оказался крайним о нем и будет речь в начале этого ролика. Собственно планов так подробно копать не было, но вот один комент меня несколько озадачил.
Smile TV
Возможно я не допонял , а это ничего что бы открыть некоторые полевики полностью надо подавать на затвор напряжение даже больше питающего иначе он полностью сроду не откроется и то что вы там намерили его сопротивление до одного места! Тест неверен!
Михаил Майоров
Возможно Вы не допоняли.
Smile TV
@Михаил Майоров ок, отписался!
Михаил Майоров
@Smile TV зачем Вы так? Я всю ночь плакал. :(
Smile TV
@Михаил Майоров именно поэтому и отписался , дабы вам плакать часто не приходилось а только один раз и не тратить своё драгоценное время на недопонявших! Канал деградирует вот я и ушёл. Ничего личного, бардак на столе и немытые руки меня не смущали.
Чтобы было понятно о каком ролике идет речь предлагаю его посмотреть:
По сути получается трехслойный тортик, состоящий двух кусочков полупроводника с бешенным излишком электронов, которые всунуты в оболочку полупроводника с бешенным излишком дырок. Сверху этот пирог покрыт глазурью в виде изолятора – оксидной пленки. Вишенкой на этом торте служит площадка затвора.
Разумеется мгновенно образуется пара P-N переходов, т.е. это как бы пара диодов включенных встречно, следовательно при подключении источника тока к СТОКУ-ИСТОКУ любой полярностью ток не потечет – транзистор заперт.
Однако, если начать подавать напряжение на ЗАТВОР-ПОДЛОЖКА таким образом, чтобы на затворе был положительный потенциал, а на подложке отрицательный возникает эффект ОДНОПОЛЯРНЫЕ ЗАРЯДЫ ОТТАЛКИВАЮТСЯ, т.е. поданный на затвор ПЛЮС отталкивает внутрь дырки P полупроводника и притягивает электроны из полупроводника N типа. Получается, что электрическое поле создает условия, при которых ток из СТОКА начинает протекать на вывод ИСТОКА.
Для начала этого процесса необходимо некоторая величина напряжения между затвором и подложкой. В даташниках эта величина именуется Vgs(th)(Gate to Source Threshold Voltage) – пороговое напряжение затвор-исток при котором начинает открываться переход сток-исток. Для IRFP4668 это от 3 до 5 вольт.
Если транзистор начал открываться, то было бы полезно знать какое напряжение для него нужно, ведь от этого напрямую зависит какой ток может через себя образовавшийся кусочек проводящей зоны. Вот тут есть особенность, которая делает полевики не совсем удобными для линейных схем – они открываются не совсем линейно. Зависимость возможности протекания тока от напряжения на затворе в даташите приводится в виде графика. Для транзистора IRFP466 картинка выглядит так:
Другими словами, при подаче на затвор напряжения выше 30 вольт произойдет банальный пробой изоляционного слоя и затвор соединится, ну или отгорит от полупроводника P типа:
Однако в даташнике упоминается, что максимальное значение подаваемого на затвор напряжения составляет ±30, т.е. напряжение можно подавать и наоборот – плюс подавать на подложку, а минус на затвор. Подавать то можно, только это ни к чем не приведет – в полупроводнике P типа и без этого плюса переизбыток дырок, так что транзистор как был закрытым, так и останется:
Ну а что произойдет, если изменить полярность напряжения, прилагаемого к выводам СТОК-ИСТОК?
Ну пока на затвор не приложено напряжение ни чего не произойдет – транзистор будет закрытым. Однако как только на затворе появится напряжение, величина которого больше величины открытия транзистора Vgs(th) транзистор начнет отрываться – вставка полупроводника N типа одинаковая и для ИСТОКА и для СТОКА, следовательно поле между затвором и подложкой будет точно так же влиять на полупроводник P типа и появится зона проводимости.
Вот и получается, что полярность для выводов СТОК-ИСТОК значение не имеет, а вот для выводов ЗАТВОР-ПОДЛОЖКА полярность принципиальная .
Прекрасно понимаю, что уже давно вертится вопрос на тему У ЭТОГО ТРАНЗИСТОРА 4 ВЫВОДА. Ну да, 4 вывода. Транзисторы с четырьмя выводами в реальности существуют, например STW88N65M5-4, но и у него, так же как и у большинства трехвыводных собратьев подложка внутри соединена с ИСТОКОМ
Сильно вникать для чего это делается я не стану, но фактически получается вот такая вот картинка:
Работает все это точно так же, как и в предыдущем случает – при подаче на затвор положительного напряжение возникает электрическое поле между затвором и подложкой, которое образует зону проводимости и через СТОК-ИСТОК начинает протекать ток.
Однако соединение ПОДЛОЖКИ с ИСТОКОМ внесло некоторый сумбур в работу транзистора при использовании обратной полярности – когда силовой плюс подключается к ИСТОКУ, а силовой минус к СТОКУ. Соединенная с ИСТОКОМ ПОДЛОЖКА соединена и с прослойкой полупроводника Р типа и при данном включении Р полупроводник с N полупроводником СТОКА образует банальный диод, причем при этом варианте включения этот диод получается включенным в ПРЯМОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ, т.е. через него начинает протекать ток.
Разумеется, что у этого диода есть параметр именуемый как ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ на P-N переходе. В данном случае это напряжение Vsd составляет 1,3 вольта при токе 81 ампер.
Ну а теперь собственно вопрос – почему все таки синхронные выпрямители набирают популярность? Для ответа на этот вопрос нужно ответить на другой вопрос – что произойдет, если подать напряжение на затвор этого транзистора?
Если на ЗАТВОР подать положительное относительно ИСТОКА напряжение он начнет открываться и через зону проводимости начнет протекать ток. Таким образом ток уже будет протекать и через P-N переход и через зону проводимости:
При увеличении напряжения на затворе зона проводимости уже становится довольно большой и ток уже протекает через нее – ток ленив и всегда течет по пути наименьшего сопротивления, ведь в открытом состоянии IRFP4668 имеет типовое сопротивление 0,008 Ом. Эта величина обозначается как Rds (on).
Воспользовавшись законом Ома не трудно посчитать сколько тепла будет выделяться на переходе транзистора:
P = R x I x I = 0,008 х 81 х 81 = 52,5 Вт
Очень важно, чтобы полученное значение не превышало значение указанное в строчке Pd – максимальная мощность, которую может рассеять транзистор. Для IRFP4668 это значение составляет 520 Вт, так что запас для нашего расчета получается глобальный.
Так же не трудно посчитать сколько тепла будет выделяться на переходе диода:
P = U x I = 1,3 х 81 = 105,3 Вт
Фактически разница по теплу в 2 раза.
Для наглядности воспользуемся картинкой из мультисима – последовательно соединим диод с падением 1,28 вольта, резистор с сопротивлением 0,008 Ом и пропустим через них ток в 81 ампер, чтобы выяснить сколько будет выделяться тепла на каждом элементе:
Используя транзистор IRFP4668 в качестве синхронного выпрямителя на кристалле будет выделяться тепла однозначно в 2 раза меньше, чем на диоде, причем на популярном для силовой электроники диоде STTH6003 напряжение падения на переходе составляет от 1,25 до 1,8 вольта. Так что выигрыш по теплу очевиден.
Используя же IRFP4568 имеющий сопротивление в открытом состоянии 0,0048 Ома получаем тепла в 3 раза меньше, чем на традиционном диоде:
Казалось бы на этом можно было бы закончить – транзисторы в синхронных выпрямителях получаются гораздо выгодней по выделению тепла, чем диоды, следовательно можно существенно сэкономить на стоимости радиатора. Но не нужно забывать, что транзистором надо управлять. Для этого используются либо специализированные драйверы, либо контроллеры имеющие специальные выходы для управления синхронными выпрямителями. Ну или какие либо самодельные мастырки.
В любом случае синхронный выпрямитель не панацея и его использование всегда должно быть обосновано – например диод 80CPQ150 имеет падение от 0,97 вольта до 1,09 вольта, стоимость в Ростове 280 рублей, а вот IRFP4668 стоит 394 рубля, IRFP4568 – 374 рубля. С одной стороны разница в 100 рублей, но для диода нужно только больше алюминия, с которым ни чего не случится, а вот для синхронного выпрямителя нужно управление – либо специализированные драйверы, либо трансформаторы гальванической развязки, а это дополнительные детали сильно бьющие по формуле МЕНЬШЕ ДЕТАЛЕЙ – БОЛЬШЕ НАДЕЖНОСТЬ и добавляющие еще рублей 100 к каждому транзистору.
А вот разница по теплу получается не такая уж огромная, если взять типовой IRFP4668 и не очень хороший 80CPQ150:
В сети гуляет несколько схем синхронных выпрямителей, причем используются и как готовые драйверы, так и самосборка, поскольку некоторые экзепляры драйверов для синхронного выпрямителя в свободной продаже на Российском рынке попросту отсутствуют.
Один из примеров самодельного драйвера для синхронного выпрямителя приведен на схеме ниже:
Теперь несколько слов о размере кристалла. Разумеется, что технологии не стоят на месте и размеры кристалла могут уменьшатся, однако уменьшение это имеет не бесконечное значение – все тот же закон Ома ни кто не отменял и через кристалл определенного размера можно пропускать ток определенного значения, иначе будет происходить слишком быстрый нагрев, который вызовет разрушение кристалла температурой. Поэтому как не верти, но молоткометр остается самым быстрым, хоть и не совсем точным измерительным прибором.
После вскрытия труп необходимо тщательно осмотреть Внимание стоит обращать не только на размер кристалла, но и на размер и толщину медного основание к которому на прямую крепится вывод СТОКА. Это дает представление о возможности кристалла отдавать тепло в радиатор, т.е. тепловом сопротивлении.
За транзисторы мне деньги вернули и я решил посмотреть что же внутри этого чуда. Давно я так не смеялся:
Да, да - внутри оказался другой транзистор в корпусе D2Pak. Ниже ссылка на ролик по материалам этой страницы, в конце ролика приведены еще несколько вскрытий транзисторов с Али.
Довольно много пришлось перекопать транзисторов, у которых действительно маленькое сопротивление в открытом состоянии и которые будут действительно эффективны в синхронных выпрямителях. В общем получиласть вот такая таблица:
Маленькая напоминалка для тех, кто сломя голову бросится использовать транзисторы в качестве синхронных выпрямителей:
ВСПОМНИТЕ КАКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ КАКОМ ВЫПРЯМЛЕНИИ ДОЛЖНЫ ВЫДЕРЖИВАТЬ ДИОДЫ. Это правило относится и к транзисторам в синронном выпрямителе. Особое внимание нужно обратить, если блок питания имеет ШИМ стабилизацию выходного напряжения.
Чтобы уж совсем быть объективным пришлось составить таблицу и с параметрами диодов:
Синхронное или, как его еще называют, активное выпрямление — это один из способов повысить эффективность источника питания — вариант, при котором в выходном выпрямителе вместо диода Шоттки применяется синхронно управляемый MOSFET-транзистор. Благодаря низкому сопротивлению открытого канала современного MOSFET-транзистора, удается снизить прямое падение напряжения на выпрямителе, что, соответственно, приводит к уменьшению потерь в этом узле. При существующей на сегодняшний день элементной базе данное утверждение справедливо для источников питания с выходным напряжением до 12, максимум 18 вольт. Немаловажная задача — правильно управлять «синхронным» транзистором.
Аналоговый контроллер IR1167 относится к серии ИС «Smart Rectifier» («интеллектуальный выпрямитель») и позволяет управлять одним N-канальным транзистором (или несколькими, параллельно включенными) в синхронном выпрямителе. Типовая схема включения отображена на рисунке 1. Особенность принципа работы — измерение дифференциального напряжения между стоком и истоком силового MOSFET-транзистора, включенного вместо выпрямительного диода, и дальнейшая обработка этой информации с помощью компараторов с гистерезисом и специальными цепями задержек.
Рис. 1. Типовая схема включения IR1167
Рассмотрим работу контроллера IR1167 на примере обратноходового преобразователя. Сразу после закрытия силового транзистора на первичной стороне (рис. 1) начинает протекать ток через внутренний диод закрытого (на тот момент) MOSFET-транзистора Q1. На рисунке 2 представлена зависимость напряжения на затворе «синхронного» транзистора Q1 от дифференциального напряжения сток-исток на этом же транзисторе (гистерезис работы).
Рис. 2. Гистерезис работы IR1167
По графику справа налево: при открытии внутреннего диода транзистора Q1 под воздействием протекающего тока дифференциальное напряжение VDS уходит в отрицательную сторону (относительно уровня общего провода). Это напряжение стремится к значению напряжения, равному прямому падению напряжения на диоде (примерно -700 мВ), но в точке VTH2 в работу вмешивается IR1167 и подает напряжение VGate на затвор «синхронного» транзистора Q1 (по графику вверх), тем самым открывая его. Открывшись, MOSFET-транзистор шунтирует свой внутренний диод и, учитывая очень низкое сопротивление открытого канала, уменьшает падение напряжения исток-сток (анод-катод внутреннего диода). Таким образом, дифференциальное напряжение VDS оказывается в области между точками VTH2 и VTH1 (по графику вверх и вправо от точки VTH2).
В дальнейшем ток постепенно (при режиме прерывистых токов) или стремительно (при режиме непрерывных токов) уменьшается (красная линия на рисунке 3), что приводит к уменьшению падения напряжения сток-исток VDS (зеленая линия на рисунке 3). Контроллер IR1167 продолжает контролировать дифференциальное напряжение VDS и в точке VTH1, убирая напряжение с затвора, закрывает «синхронный» транзистор Q1.
Для устранения влияния переходных процессов на работу компараторов при включении и выключении силового транзистора Q1 в контроллер дополнительно введены две специальные цепи задержек. Первая цепь задержки — с фиксированным значением времени, которое зависит только от номинала внешнего резистора RMOT. На рисунке 3 это время показано как «MOT» — минимальное время открытого состояния ключа (Minimum On Time). На этот момент времени компаратор, который, сработав, позволил открыться транзистору Q1, блокируется и сохраняет свое состояние. Вторая цепь задержки, наоборот, формирует минимальное время закрытого состояния транзистора Q1. Но это время не фиксировано и зависит от того, насколько быстро значение дифференциального напряжения VDS достигнет значения точки VTH3 (рис. 2, 3). На рисунке 3 это время обозначено как «задержки».
Рис. 3. График работы синхронного выпрямителя обратноходового преобразователя с использованием IR1167 для режима прерывистых токов (слева) и режима непрерывных токов (справа)
Рис. 4. Значения точек VTH2 (слева) и VTH1 (справа)
Рассмотрим ближе значения пороговых точек VTH. Примерное значение точек VTH1 и VTH2 можно определить по графикам на рисунке 4. Точка VTH1 для разных режимов работы преобразователя может иметь три разных значения, в зависимости от трех возможных состояний вывода OVT (вывод 2 ИС IR1167):
1) подключен к шине GND (общий провод);
2) оставлен свободным (не подключен);
3) подключен к шине питания (VCC).
Значение точки VTH3 зависит от напряжения питания и примерно равно 2,5 В при VCC=10 В и 5,4 В при VCC=20 В.
Экономические и эксплуатационные преимущества применения синхронного выпрямителя очевидны: значительное увеличение эффективности — уменьшение тепловыделения, уменьшение габаритов печатной платы и корпуса за счет уменьшения или полного отсутствия (в большинстве случаев) радиатора выпрямителя. ИС IR1167, в свою очередь, позволяет создать простой, надежный и легкий для реализации синхронный выпрямитель с минимальным количеством внешних компонентов.
В настоящий момент доступны пять модификаций аналогового контроллера серии «Smart Rectifier» для синхронного выпрямителя, отличия которых отображены в таблице 1.
Таблица 1. Аналоговые контроллеры для синхронного выпрямителя серии Smart Rectifier
Наименова- ние | Корпус | Диапазон питающих напряже- ний, В | Напря- жение на стоке транзи- стора, В | Макс. частота коммутации, кГц | Пиковый ток драйвера нар./спад, А | Ограничение макс. напряжения драйвера, В |
---|---|---|---|---|---|---|
IR1166SPbF | SO-8 | 11,3…20 | ≤200 | 500 | +1/-3,5 | 10,7 |
IR1167ASPbF | +2/-7 | 10,7 | ||||
IR1167BSPbF | 14,5 | |||||
IR1167APbF | DIP-8 | 10,7 | ||||
IR1167BPbF | 14,5 |
В дополнение, в таблице 2 представлены новые MOSFET- транзисторы International Rectifier, рекомендуемые для синхронных выпрямителей.
Таблица 2. Новые MOSFET, рекомендуемые для синхронных выпрямителей
Наименование | Uси, В | Rds(on) мОм | Корпус |
---|---|---|---|
IRFB3307PBF | 75 | 6,3 | TO-220 |
IRFB3507PBF | 75 | 8,8 | TO-220 |
IRF7854PBF | 80 | 13,4 | SO-8 |
IRFB4110PBF | 100 | 6,3 | TO-220 |
IRFB4310PBF | 100 | 7 | TO-220 |
IRFB4410PBF | 100 | 10 | TO-220 |
IRFB4610PBF | 100 | 14 | TO-220 |
IRF7853PBF | 100 | 18 | SO-8 |
IRFB4227PBF | 200 | 26 | TO-220 |
Корпорация International Rectifier объявила о серийном производстве новых твердотельных реле
По отношению к аналогам и предшественникам семейство PVN012A обладает вдвое меньшим сопротивлением по переменному току в открытом состоянии (Rdd(on)) и на 37,5% более высокой нагрузочной способностью на переменном токе при 100% скважности. Новая серия реле также нормирована на максимальный импульсный (перегрузочный) ток.
Благодаря низкому сопротивлению канала и высокой нагрузочной способности по току в сочетании с компактным корпусом реле PVN012A превосходят возможности традиционных электромеханических реле. Они занимают меньшую площадь, нормированы на высокое напряжение изоляции между входом и выходом, имеют стабильное сопротивление в открытом состоянии в течение всего срока эксплуатации, высокую чувствительность и высокую надежность, свободны от дребезга контактов. Новые реле нормированы на напряжение 20 В, сопротивление в открытом состоянии 50 мОм на переменном и 15 мОм на постоянном токе. Нагрузочная способность по току составляет 4 А на переменном и 6А на постоянном токе. Испытательное напряжение при проверке изоляции между входом и выходом равно 4000 В. Новые реле выпускаются в бессвинцовых 6-выводных DIP- и SOIC-корпусах и на ленте.
Одна из важнейших задач, стоящих перед конструкторами современных блоков питания - достижение высокого К.П.Д. при минимальной массе и габаритах источника. Большинство выпрямителей выполняется на кремневых или германиевых диодах. Обычно падение напряжения на кремниевых диодах равно-1В, на германиевых и диодах Шоттки равно-0,5В. Оно мало зависит от тока нагрузки и числа параллельно включенных диодов. Особенно это важно для выпрямителей с низким выходным напряжением (<5в.). Столь большие потери вынуждают ставить диоды на мощные радиаторы, что ухудшает массогабаритные показатели выпрямителя.
Существенно меньшие потери обеспечивают синхронные выпрямители на полевых транзисторах (при отсутствии сквозного тока). В синхронном выпрямителе диоды заменяются полевыми транзисторами. Сопротивление канала полевых транзисторов доведено до единиц миллиОм. Это позволяет на порядок снизить падение напряжения и, соответственно, тепловыделение. Но при применении полевых транзисторов в выпрямителях есть несколько особенностей. Полевые транзисторы для силовой электроники, изготавливаются со встроенным обратным диодом. Поэтому в синхронном выпрямителе полевые транзисторы включаются в инверсном режиме. Если на полевой транзистор подать напряжение обратной полярности, то откроется обратный диод. Подав синхронно на затвор транзистора открывающее напряжение, мы откроем канал полевого транзистора, который окажется подключенным параллельно обратному диоду. Так как сопротивление канала открытого полевого транзистора значительно меньше сопротивления открытого диода, то весь ток потечет по каналу. При подаче на полевой транзистор правильной полярности напряжения, на затвор подается запирающее канал напряжение. Таким образом, будет обеспечено надежное закрытие канала. Другой особенностью полевого транзистора является задержка на время включения и выключения. Существование задержки обусловлено наличием паразитных емкостей. Эти емкости сильно зависят от напряжения между "обкладками": они велики при малых напряжениях и малы при большом. Чтобы гарантированно открыть транзистор, необходимо зарядить входную емкость до напряжения 10-12В. Процесс заряда осложняет эффект Миллера, заключающийся в увеличении входной емкости на порядок. При подаче прямоугольного импульса транзистор откроется только при достижении некоторого порового напряжения. Типовое значение порового напряжения 2-5В. Затем начинает срабатывать " эффект Миллера" и входная емкость резко увеличивается. Скорость открывания транзистора замедляется. В последнее время все чаще завоёвывают популярность полевые транзисторы с пониженным напряжением затвор- исток. Они открываются уже при напряжении 2-4В. В совокупности с небольшим статическим током управления и емкостью затвора это позволяет управлять транзистором сигналом непосредственно от выходов логических микросхем. Транзисторы, рассчитанные на управление логическими уровнями, имеют в названии букву L. Например, транзистор IRL2505. Он имеет в открытом состоянии сопротивление канала 0,008 Ом, обеспечивает ток в 74А при температуре корпуса 100гр, отличается высокой крутизной 59А/В. Мощность, рассеиваемая транзистором составляет 200Вт. На рис.1 представлена принципиальная электрическая схема синхронного выпрямителя. Выпрямитель предназначен для выпрямления прямоугольного и синусоидального напряжения. Поэтому для формирования управляющих сигналов используются компараторы DA1,DA2. Они формируют открывающее напряжение на полевые транзисторы VT1,VT2 в момент, КОГДА НАПРЯЖЕНИЕ НА АНОДЕ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА, ВЫСТУПАЮЩЕГО В РОЛИ ДИОДА, ПРЕВЫШАЕТ НАПРЯЖЕНИЕ НА ЕГО КАТОДЕ. Это важно при емкостной нагрузке выпрямителя, или наличия собственной э.д.с. В качестве драйвера используется микросхема IR4426. Она питается от источника напряжения 6-20В. На входах микросхемы стоят КМОП триггеры Шмита, а, следовательно, на выходе получаются крутые фронты импульсов, даже при медленно меняющихся сигналах на входе. Эта микросхема имеют согласованную задержку распространения сигналов по обоим каналам. Время задержки распространения равно 65нсек. Выходной ток микросхемы достигает 1,5А, что позволяет управлять мощными полевыми транзисторами. Выходной сигнал микросхемы IR4426 находится в противофазе с входом (выходной сигнал инвертирован по сравнению со входным.
Работает синхронный выпрямитель следующим образом. Пусть на стоке транзистора VT1 действует положительная полуволна напряжения. На диоде VD1 будет положительное напряжение 0,7В которое подается на инвертирующий вход компаратора DA1. Компаратор DA1 сравнивает это напряжение с 0В. В результате на выходе компаратора DA1 появляется высокий уровень. Это приводит к появлению на выводе 2 драйвера DA3 высокого уровня напряжения а, следовательно, и на выходе его будет низкий уровень напряжения. Транзистор закрыт (заметим, что его диод открывается отрицательной полуволной). Пусть на стоке транзистора VT1 действует отрицательная полуволна напряжения. Открывается обратный диод транзистора. На неинвертирующем выводе компаратора DA1 напряжение будет больше, чем на инвертирующем, в результате чего на выходе компаратора низкий уровень. Это приводит к появлению на выводе 2 драйвера DA3 низкого уровня напряжения , следовательно, и на выходе его будет высокий уровень напряжения. Транзистор VT1 открывается. Работа второго канала аналогична работе первого. На микросхеме DD1 выполнен узел контроля правильной работы выпрямителя. Она содержит 4 логических элемента «исключающее ИЛИ». Дело в том, что в момент перехода синусоидального напряжения через нуль на выходах компараторов DA1,DA2 будут присутствовать одновременно низкие уровни напряжения. Это приведет к одновременному открытию транзисторов VT1,VT2, что недопустимо из-за сквозного тока через них. Рассмотрим работу этого узла. Пусть на выходах компараторов присутствуют низкие уровни напряжения. Такому сочетанию входных сигналов на входе логического элемента DD1.1 соответствует низкий уровень напряжения на выходе 3. На логическом элементе DD1.2 выполнен инвертор, для чего на вывод 13 подается напряжение питания (высокий уровень). Таким образом, на выводе 6 логического элемента DD1.3 и выводе 9 логического элемента DD1.4 будет высокий уровень напряжения, и они также будут работать инверторами. В результате на обоих входах драйвера DA3 , будет высокий уровень напряжения и транзисторы VT1,VT2 закрыты. Сквозного тока не будет. В случае противофазных сигналов на выходах компараторов и соответственно на входах DD1.1 , на выводе 3 DD1.1 будет действовать высокий уровень напряжения. После инверсии в логическом элементе DD1.2 низкий уровень напряжения переводит логические элементы DD1.3,DD1.4 в повторители сигналов. Поэтому сигналы с выходов оптрона U1 пройдут без изменения на выходы драйвера DA1. Один из транзисторов будет открыт, другой закрыт.
Собственно говоря, идея написания данной статьи появилась по результатам одной дискуссии к статье " DC-DC преобразователи в до-полупроводниковую эпоху. Вибропреобразователи и синхронное выпрямление. " Эта дискуссия касалась синхронного выпрямления.
Мой оппонент завил, что синхронные выпрямители в простых схемах не работают. При попытке разобраться, почему он так считает, чего то конкретного добиться не удалось. Но стало понятно, что он тесно связывает синхронное выпрямление с DC-DC преобразователями. Напрямую.
В конечном итоге, оппонент привел ссылку вот эту , и повторил в своем ответе дословно часть текста из этой ссылки. Но это, опять таки, жестко связано с преобразователями, современными.
Именно его мнения, собственного, добиться, увы, так и не получилось. Я не скажу, что мой оппонент не прав в общем и целом. Но эта дискуссия еще раз показывает, что не редко люди, за современными терминами и понятиями, не видят лежащих в их основах процессов. Они оперируют шаблонными понятиями и стандартными решениями, которые видят в учебниках, документации на микросхемы, книгах и статьях в интернете.
Поэтому я решил попробовать объяснить суть синхронного выпрямления буквально на пальцах, без формул, расчетов, математики. В статье не будет анализа эффективности. Но будет описание процессов, с наглядной иллюстрацией.
Основное заблуждение моего оппонента заключалось именно в том, что он не рассматривал синхронные выпрямителя именно как выпрямители, в отрыве от преобразователей. Поэтому старая схема, еще 1947 года, которая действительно реализовывала принцип синхронного выпрямления, пусть и крайне упрощенный, вызвала у него неприятие. Как минимум, терминологическое.
И в сегодняшней статье я не буду вообще говорить о преобразователях, ни о прямоходовых, ни обратноходовых. Только о выпрямителях.
Идея синхронного выпрямления, пусть и не в таком явном виде, родилась довольно давно. Задолго до появления DC-DC преобразователей, с которыми сегодня синхронные выпрямители почти всегда связывают. По самой простой и прагматичной причине - необходимость повышения эффективности выпрямителей.
Классический выпрямитель на диодах
Темы выпрямителей я уже касался,в прошлом году, в статье " Выпрямитель, что может быть проще? Часть первая, описательно теоретическая ". Поэтому сегодня рассмотрю, более подробно, только некоторые моменты, которые нам нужны.
На реальных диодах, не важно, полупроводниковых или ламповых, падает некоторое не нулевое напряжение при протекании прямого тока. А это ведет к рассеиванию на них тем большей мощности, чем больше ток нагрузки. При прочих равных условиях.
Давайте посмотрим на двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, который сегодня будет у нас основным подопытным.
Многие довольно часто путают блоки питания и драйвера, подключая светодиоды и светодиодные ленты не от тех источников что нужно.
В итоге через небольшой промежуток времени они выходят из строя, а вы и не подозреваете в чем была причина и начинаете ошибочно грешить на «некачественного» производителя.
Рассмотрим подробнее в чем их отличия и когда нужно применять тот или иной источник питания. Но для начала кратко разберемся в типах блоков питания.
Сегодня уже довольно редко можно встретить применение трансформаторного БП. Схема их сборки и работы довольно проста и понятна.
Самый главный элемент здесь, безусловно трансформатор. В домашних условиях он преобразует напряжение 220В в напряжение 12 или 24В. То есть, идет прямое преобразование одного напряжения в другое.
Частота сети при этом, привычные нам всем 50 Герц.
Далее за ним стоит выпрямитель. Он выпрямляет синусоиду переменного напряжения и на выходе выдает «постоянку». То есть 12В, подаваемые к потребителю, это уже постоянное напряжение 12V, а не переменное.
У такой схемы 3 главных достоинства:
Однако есть здесь и недостатки, которые заставили разработчиков задуматься и придумать что-то более современное.
- во-первых это большой вес и приличные габариты
- как следствие первого недостатка - большой расход металла на сборку всей конструкции
- ну и ухудшает все дело низкий косинус фи и низкий КПД
Именно поэтому и были изобретены импульсные источники питания. Здесь уже несколько иной принцип работы.
Во-первых, выпрямление напряжения происходит сразу же. То есть, подается на вход переменно 220В и тут же на входе преобразуется в постоянное 220V.
Далее стоит генератор импульсов. Главная его задача - создать искусственно переменное напряжение с очень большой частотой. В несколько десятков или даже сотен килогерц (от 30 до 150кГц). Сравните это с привычными нам 50 Гц в домашних розетках.
Кстати за счет такой огромной частоты, мы практически не слышим гул импульсных трансформаторов. Объясняется это тем, что человеческое ухо способно различать звук до 20кГц, не более.
Третий элемент в схеме - импульсный трансформатор. Он по форме и конструкции напоминает обычный. Однако главное его отличие - это маленькие габаритные размеры.
Это как раз таки и достигается за счет высокой частоты.
Из этих трех элементов самым главным является генератор импульсов. Без него, не было бы такого относительно маленького блока питания.
Преимущества импульсных блоков:
- маленькая цена, если конечно сравнивать по мощности его, и такой же блок собранный на обычном трансформаторе
- напряжение питания можно подавать в большом разбросе
- при качественном производителе блока питания, у импульсных ИБП более высокий косинус фи
Есть и недостатки:
- если вам попался не качественный импульсный блок, то он будет выдавать в сеть кучу высокочастотных помех, которые будут влиять на работу остального оборудования
Проще говоря, блок питания что обычный, что импульсный - это устройство у которого на выходе строго одно напряжение. Его конечно можно "подкрутить", но в не больших диапазонах.
Для светодиодных же светильников такие блоки не подойдут. Поэтому для их питания используются драйверы.
Почему же для светодиодов нельзя применять простой БП, и для чего нужен именно драйвер?
Драйвер - это устройство похожее на блок питания.
Однако, как только в него подключаешь нагрузку, он заставляет стабилизироваться на одном уровне не напряжение, а ток!
Светодиоды "питаются" электрическим током. Также у них есть такая характеристика, как падение напряжения.
Если вы видите на светодиоде надпись 10мА и 2,7В, то это означает, что максимально допустимый ток для него 10мА, не более.
При протекании тока такой величины, на светодиоде потеряется 2,7 Вольт. Именно потеряется, а не требуется для работы. Добьетесь стабилизации тока и светодиод будет работать долго и ярко.
Более того, светодиод - это полупроводник. И сопротивление этого полупроводника зависит от напряжения, которое на него подано. Изменяется сопротивление по графику - вольтамперной характеристике.
Если на нее посмотреть, то становится видно, даже если вы не намного увеличите или уменьшите напряжение, это резко, в разы изменит величину тока.
Причем зависимость не прямо пропорциональная.
Однако у всех светодиодов уникальные параметры и характеристики. При одном и том же напряжении они могут "кушать" разный ток.
А температурный диапазон работы светодиодных светильников очень большой.
Например, зимой на улице может быть -30 градусов, а летом уже все +40. И это в одном и том же месте.
Поэтому, если вы такие светильники подключите от обычного импульсного блока питания, а не от драйвера, то режим их работы будет абсолютно не предсказуем.
Работать они конечно будут, но в каком режиме светоотдачи и насколько долго неизвестно. Заканчивается такая работа всегда одинаково - выгоранием светодиода.
Кстати, при превышении температуры световой поток у светодиодных светильников всегда падает, даже у тех, которые подключены через драйвер. У некачественных экземпляров световой поток падает очень сильно, стоит им поработать около часа и нагреться.
Поэтому каждому светильнику после запуска, нужно дать время, чтобы он вышел на свой рабочий режим и световой поток стабилизировался. Его изменение должно быть не более 10% от начального.
Многие недобросовестные производители хитрят и измеряют эти параметры сразу после включения, когда поток еще максимальный.
Если вам нужно соединить несколько светодиодов, то подключаются они последовательно. Это необходимо, чтобы через все элементы, несмотря на их разные ВАХ (вольт-амперные характеристики), протекал один и тот же ток.
А уже эту последовательную цепочку подключают к драйверу. Данные цепочки можно комбинировать различными способами. Создавать последовательно-параллельные или гибридные схемы.
Безусловно и у драйверов есть свои неоспоримые недостатки:
- во-первых они рассчитаны только на определенный ток и мощность
А это значит, что для каждого драйвера каждый раз придется подбирать определенное количество светодиодов. Если один из них случайно выйдет из строя в процессе работы, то драйвер весь ток запустит на оставшиеся.
Что приведет к их перегреву и последующему выгоранию. То есть потеря одного светодиода влечет за собой поломку всей цепочки.
Бывают и универсальные модели драйверов, для них не важно количество светодиодов, главное чтобы их общая мощность не превышала допустимую. Но они гораздо дороже.
Простые блоки питания можно использовать для разных нужд, везде где необходимы 12В и более, например для систем видеонаблюдения.
Основное же предназначение драйверов - это светодиоды.
А есть бездрайверные заводские светильники? Есть. Не так давно на рынке появилось немало таких Led светильников и прожекторов.
Однако энергоэффективность у них не очень высокая, на уровне обычных люминесцентных ламп. И как он поведет себя при возможных перепадах параметров в наших сетях, большой вопрос.
Отдельный вопрос это светодиодные ленты. Для них вовсе не нужны драйвера, и как известно они подключаются от привычных нам блоков питания 12-36 Вольт.
Казалось бы в чем подвох? Там же тоже стоят светодиоды.
Все вы видели на светодиодных лентах впаянные сопротивления (резисторы).
Они как раз таки и отвечают за ограничение тока до номинальной величины. Одно сопротивление устанавливается на три последовательно подключенных светодиода.
Такие участки ленты, рассчитанные на напряжение 12 Вольт называют кластерами. Эти отдельные кластеры на всем протяжении ленты подключены между собой в параллель.
И именно благодаря такому параллельному соединению, на все светодиоды подается одинаковое напряжение 12В. Благодаря кластеризации при монтаже низковольтной ленты, ее спокойно можно отрезать на мелкие кусочки, состоящие минимум из 3-х светодиодов.
Казалось бы, решение найдено и где здесь недостаток? А главный недостаток такого устройства - эти резисторы не проделывают никакой полезной работы.
Они лишь дополнительно нагревают окружающее пространство и сам светодиод возле него. Именно поэтому светодиодные ленты не светят так ярко, как нам хотелось бы. Вследствие чего, их используют лишь как дополнительный свет интерьера.
Сравните 60-70 люмен/ватт у светодиодных лент, против 120-140 лм/вт у светильников и решений на основе драйверов.
Возникает вопрос, а можно ли найти ленту без сопротивлений и подключить к ней драйвер отдельно? Да, такие устройства например применяют в светодиодных панелях.
Их часто монтируют в подвесном потолке и не только. Применяются они без сопротивлений. Еще их называют токовыми светодиодными линейками.
Именно токовыми. Здесь все отдельные участки линеек подключаются последовательно на один драйвер. И все прекрасно работает.
Читайте также: