Современная электроника №2/2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 55 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 теристик диодов и MOSFET. В любом случае при использовании преобра- зователя с синхронным выпрямле- нием обратный ток должен тщатель- но контролироваться, иначе обратный ток может быть причиной аварийно- го включения/выключения и может повредить MOSFET. Для предотвращения перенапря- жения и отказа из-за обратного тока, ШИМ-контроллеры, используемые в синхронном выпрямлении, должны иметь управляемые функции запуска и выключения для нормального состоя- ния, а также для условия предваритель- ного смещения. На рисунках 3…5 показаны различ- ные временные диаграммы для неи- золированного понижающего син- хронного DC/DC-преобразователя, работающего в режиме холостого хода. На рис. 3 представлены времен- ные диаграммы при нормальной рабо- те, тогда как формы сигналов на рис. 4 сняты во время включения преобра- зователя, и сигналы, представленные на рис. 5, сняты во время выключения преобразователя. Эти формы сигна- лов получены для понижающего пре- образователя, работающего на частоте 500 кГц при входном напряжении 12 В и выходном напряжении 1,1 В. Преоб- разователь создан на основе микросхе- мы контроллера для схемы синхронно- го выпрямления IR3710 (International Rectifier в 2015 году была приобрете- на компанией Infineon). Компания Infineon предлагает линейку контрол- леров, ориентированных на управ- ление транзисторами на вторичной стороне полумостовых резонансных и прямо-, и обратноходовых преобра- зователей, работающих в различных режимах тока дросселя выходного каскада. Более подробно контролле- ры для схем синхронного выпрямле- ния представлены в работе [2]. На рис. 6 представлены временные диаграммы выключения для изолированного пони- жающего преобразователя. На рис. 3 отрицательный ток дрос- селя протекает в условиях холосто- го хода и неполной нагрузки. Во вре- мя выключения в условиях холостого хода или при близких к холостому ходу нагрузках, когда ток дросселя отрицательный, а оба MOSFET выклю- чены, этот отрицательный ток может найти путь только через интегриро- ванный в MOSFET-структуру транзи- стора VTвыпр диод на вход источника постоянного напряжения. В изолиро- ванном преобразователе это создаёт перенапряжение на MOSFET, так как этот ток не может найти прямой путь для протекания. Результатом является более высокое воздействие напряже- ния на устройства. Этот обратный ток в итоге заряжает выходную ёмкость MOSFET и таким образом может быть отражён в первичную цепь и может вызвать дополнительное напряжение на MOSFET первичной цепи, в итоге приведя к его отказу. Во время включения, если синхрон- ный MOSFET VTсинхр открыт, какое-то предварительное напряжение смеще- ния присутствующее на выходе, будет разряжаться через него. Это вызывает увеличение обратного тока в выходном дросселе и может быть причиной паде- ния выходного напряжения. Рис. 2. Сигналы управления затворами для верхнего MOSFET (VTвыпр) (форма сигнала на канале Ch1) (а) и нижнего MOSFET (VTсинхр) (форма сигнала на канале Ch2) (б) в неизолированном понижающем преобразователе, представленном на рис. 1а Рис. 3. Формы сигналов в нормальном режиме работы неизолированного понижающего преобразователя на холостом ходу показаны на осциллограмме (a) и фрагмент осциллограммы в увеличенном временном масштабе (б) Vвх = 12 В и Vвых = 1,1 В. Представлены следующие формы сигналов: напряжение затвора верхнего MOSFET (Ch1), напряжения затвора нижнего MOSFET (Ch2), фазное напряжение (Ch3), и ток дросселя (2A/деление) (Ch4) Рис. 4. Формы сигналов неизолированного понижающего преобразователя при включении в режиме холостого хода Vвх = 12 В и Vвых = 1,1 В Представлены следующие формы сигналов: напряжение на затворе верхнего транзистора MOSFET (Ch1), напряжение на затворе нижнего MOSFET (Ch2), выходное напряжение Vвых. (Ch3) и ток дросселя (2A/деление) (Ch4) Рис. 5. Формы сигналов неизолированного понижающего преобразователя при выключении в режиме холостого хода Vвх = 12 В и Vвых = 1,1 В Представлены формы сигналов: напряжение затвора верхнего транзистора MOSFET (Ch1), напряжение затвора нижнего MOSFET (Ch2), выходное напряжение Vвых. (Ch3) и ток дросселя (2A/деление) (Ch4) а б Передний фронт, VTвыпр Задний фронт, VTвыпр а Ch1 Ch1 Ch2 Ch2 Ch3 Ch3 Ch3 Ch2 Ch4 Ch4 Ch4 б