Современная электроника №2/2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 54 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 Обратный ток в синхронных выпрямителях Для обеспечения приемлемых энергетических характеристик в современных модулях питания с низкими выходными напряжениями и большими токами нагрузки применяется синхронное выпрямление. Замена диода Шоттки на MOSFET повышает эффективность, так как прямое падение напряжения на MOSFET более низкое благодаря его меньшему сопротивлению в открытом состоянии (и, следовательно, ниже потери) по сравнению с диодом. Работа двух MOSFET в данной схеме должна быть синхронизирована таким образом, чтобы они открывались и закрывались попеременно. Разработчики должны знать о некоторых проблемах, возникающих при проектировании синхронных выпрямителей. Об одной из этих проблем – токе через внутренний диод MOSFET во время необходимых задержек на переключение транзистора – рассказано в данной статье, которая является авторским переводом работы [1]. Vвх. VTвыпр Lвых Vвых Cвых VTсинхр Vвх VTвыпр Трансфор- матор Первичная обмотка Вторичная обмотка Lвых Vвых Cвых VTсинхр VTперв Виктор Жданкин (г. Москва) Синхронное выпрямление приме- няется в DC/DC-преобразователях с низкими выходными напряжения- ми и большими токами для достиже- ния высокого КПД и повышения удель- ной мощности. Когда для выпрямления диод заменяется полевым транзисто- ром MOSFET, необходимо помнить об одном важном различии между диодом и MOSFET: диод является однонаправ- ленным устройством, тогда как MOSFET представляет собой двунаправленное устройство. Диод проводит ток в одном направлении, от анода к катоду, тогда как MOSFET допускает двунаправлен- ный ток от стока к истоку и от истока к стоку. Так или иначе, неважно каким образом работает преобразователь, диод блокирует обратный ток, тогда как MOSFET этого не делает. Синхронное выпрямление может воздействовать на постоянный ток в выходном дросселе, и ток становится отрицательным в режиме холостого хода или при низкой нагрузке. Обрат- ный ток кроме снижения эффективно- сти при низкой нагрузке может быть причиной повреждения источника питания. Следовательно, чтобы пре- дотвратить серьёзный отказ при при- менении синхронного выпрямления, явление обратного тока должно быть контролируемым. Это справедливо для неизолированных понижающих пре- образователей, а также для изолиро- ванных DC/DC-преобразователей в тех случаях, когда синхронное выпрям- ление используется на вторичной стороне преобразователя. На рис. 1 показаны упрощённые схемы изо- лированного и неизолированного DC/DC-преобразователей, сконфигу- рированных для синхронного выпрям- ления. Существует много способов управления затворамиMOSFET в синхронных выпря- мителях. Одним из широко распростра- нённыхметодов являетсяприменение ком- плементарных импульсов для управления выпрямительным транзистором (VTвыпр) и синхронным транзистором (VTсинхр) с задержкой между импульсами для пре- дотвращения одновременной проводи- мости верхнего и нижнего транзисторов. На рис. 2a и 2б показаны распределения временных интервалов напряжения управ- ления затвором в неизолированномпони- жающем преобразователе, оптимизиро- ванные для обеспечения эффективности предотвращением пересекающейся про- водимости транзисторов. Обратный ток в синхронных выпря- мителях может возникать в различ- ных ситуациях. Например, он может возникнуть во время выключения источника питания в режиме холосто- го хода или неполной нагрузки, при включении предварительного сме- щения, отключения источника пита- ния во время срабатывания защиты от перенапряжения (OVP) или перегруз- ки по току (OCP), или во время дина- мического изменения нагрузки от пол- ной до холостого хода или близкой к холостому ходу и во время резкого снятия нагрузки. Проблема обратно- го тока объясняется различием харак- Рис. 1. а. Неизолированный понижающий DC/DC-преобразователь, сконфигурированный для синхронного выпрямления Рис. 1б. Изолированный DC/DC-преобразователь, сконфигурированный для синхронного выпрямления. Примечание: показанные диоды являются встроенными (интегральными) в структуру транзистора

RkJQdWJsaXNoZXIy MTQ4NjUy