Необычная работа МОП-транзистора в синхронном мостовом выпрямителе

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Схема синхронного выпрямителя, показанная на рис. 19.4, использует два n-канальных и два л-канальных мощных МОП-транзистора. Все же это не комплементарно-симметричная схема в обычном смысле. Для простоты встроенные диоды МОП-транзисторов не показаны. Имеется, однако, и другая причина, по которой эти диоды не требуется изобра­жать на принципиальной схеме.

Читатель, без сомнения, знаком с рядом применений мощного МОП-транзистора, в которых встроенный диод выполняет некоторые функции, типа «фиксирующего» диода в ИИП или демпфирующего диода. Кроме того, при рекуперативном торможении, как это имеет место при исполь­зовании инверторов и преобразователей в автомобилях, встроенный диод обеспечивает путь для обратного тока. Однако в схеме синхронного вып­рямления на рис. 19.4 четыре внутренних диода вообще не играют ника­кой роли. Действительно, успешная работа мостовой схемы не зависит от внутренних диодов, постоянно находящихся в электрически не активном состоянии! Это хорошо, поскольку участие этих «паразитных» диодов зна­чительно ухудшило бы частотные возможности выпрямителя.

В свете высказанных утверждений естественно разобраться, как встроенные диоды могут оставаться неактивными в схеме, в которой каждый из МОП-транзисторов подвергается воздействию переменного тока. Ответ состоит из двух частей. Очевидно, что внутренние диоды не могут проводить при одной полярности переменного напряжения. При противоположной полярности диод может проводить, если сопротивле­ние открытого МОП-транзистора велико настолько, что на нем падает напряжение 0,7 В, необходимое для прямого смещения /?/1-перехода. Хитрость состоит в том, что используются МОП-транзисторы, падение напряжения сток-исток которых меньше чем 0,7 В. Для этой цели име­ются МОП-транзисторы, оптимизированные для работы в синхронном выпрямителе, с очень низким сопротивлением в открытом состоянии.

clip_image002

Рис. 19.4. Схема синхронного выпрямителя, использующая р- и п-канальные мощные МОП-транзисторы. Несмотря на простоту, прин­цип действия этого моста не тривиален. В некоторых случаях по своим параметрам он может превосходить мост с диодами Шотки.

Имея это в виду, другой аспект поведения МОП-транзистора может вызвать удивление: мощные МОП-транзисторы, в отличие от биполяр­ных транзисторов могут работать двунаправлено. То есть, выводы стока и истока можно поменять местами. Например, транзистор с л-каналом может работать с отрицательным напряжением на стоке и положитель­ном напряжении на истоке. В большинстве случаев этого не происходит из-за того, что начинает проводить встроенный диод. Но в синхронной мостовой схеме выпрямителя используются специальные МОП-транзис­торы с низким что не позволяет появиться падению напряжения, до­статочному чтобы открыть внутренние диоды.

Особое внимание из вышесказанного обратим на то, что все МОП-транзисторы в выпрямительном мосте открываются при полярности напря­жения между стоком и истоком противоположной обычной. Но включение осуществляется обычной полярностью напряжения на затворе. Таким об­разом, МОП-транзисторы с л-каналом включаются при положительном напряжении на затворе и отрицательным напряжении на стоке. При этом падение напряжения между стоком и истоком значительно ниже 0,7 В, не­обходимых для прямого смещения встроенных диодов. И наоборот, МОП-транзисторы с /?-каналом включаются при отрицательным напряжении на затворе и положительном напряжении на стоке; снова падение напряже­ния сток-исток значительно ниже 0,7 В, которое требуется, чтобы открыть внутренний диод. Этот режим работы имеет интересную особенность, со­стоящую в том, что МОП-транзисторы включаются в третьем квадранте, а выключаются в первом квадранте своих выходных характеристик. Это не­что обратное обычному использованию МОП-транзистора.

Предположим, что с помощью некоторой схемы ослабления сигнал, поступающий к затворам этим четырех МОП-транзисторов, постепенно уменьшается. Что при этом произойдет? Удивительно, но мостовая схе­ма продолжит работать как выпрямитель! Действительно, схема «выро­дилась бы» в обыкновенную диодную мостовую схему (рис. 19.5). Откуда появились диоды? Это встроенные диоды мощных МОП-транзисторов, которые теперь стали активными, потому что падение напряжения меж­ду стоком и истоком МОП-транзисторов при малом сигнале на затворе теперь превышает 0,7 В.

clip_image004

Рис. 19.5. «Вырожденный вариант» синхронного мостового выпря­мителя с МОП-транзисторами. Это эквивалентная схема синхронного мостового выпрямителя с МОП-транзисторами при недостаточном сигнале на затворах. По этой причине МОП-транзисторы стали неак­тивными, а их встроенные диоды активными. Таким образом, вы­прямление сохраняется, но с более низким к.п.д. – особенно на высо­ких частотах.

Хотя схема с малым сигналом на затворах продолжает работать, к.п.д. ухудшится по двум причинам. Первая состоит в том, что из-за накопле­ния заряда в /7л-переходе диодов эффективное выпрямление возможно на низких частотах, например 20 кГц и постепенно ухудшается с повышени­ем частоты. Вторая причина вызвана тем, что падение напряжения 0,7 В на диодах приведет к большему рассеянию мощности, чем при более низ­ком напряжении на МОП-транзисторах, когда на их затворы подан большой сигнал. По достоинству оценить то, что общий к.п.д. схемы на МОП-транзисторах значительно выше, чем у обыкновенных схем, использую­щих плоскостные диоды, можно при высокой частоте, например, более 100 кГц. А преимущество синхронного выпрямителя с МОП-транзистора­ми перед схемой с диодами Шотки состоит, прежде всего, в том, что мож­но работать с высокой частотой и высоким напряжением.

Простая схема (рис. 19.4) работает лучше всего, когда напряжения, подаваемые на затворы МОП-транзисторов, не превышают 20 В, но дос-

таточно высоки, чтобы транзисторы были в состоянии насыщения. Выпрякшяемые напряжения могут быть намного выше, если приняты не­которые меры, такие как включение стабилитрона или резистора, кото­рые поддерживают напряжение, поступающее на затвор, в пределах 15 — 20 В. Делается это ради безопасности, чтобы предупредить пробой затвора.

3 комментариев(ия)

  1. андрей says:

    Собирал аналогичную схему два года назад,только с двумя левыми транзисторами (по схеме) и резисторами в цепи затвора.Всё работает.

  2. admin says:

    Интересная схема включения надо тоже попробовать …

  3. андрей says:

    Чудо враждебной инженерной мысли:
    http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=61045
    Есть ещё IR1168

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты