Synchronní usměrnění na sekundární straně

autor článku: Frederik Dostal, Analog Devices

Otázka: Jak mohu zvýšit účinnost spínaného zdroje s galvanickým oddělením?

FAQ 147

 

 

Odpověď:

Pro většinu sestupných měničů se stalo standardním použít v typických aplikacích aktivní spínací prvky namísto Schottkyho diod. Tento způsob dokáže výrazně zvýšit účinnost převodu zejména v případech s nízkým výstupním napětím. Synchronní usměrnění lze použít ke zvýšení účinnosti také v těch aplikacích, u nichž je požadováno galvanické oddělení. Obrázek 1 ukazuje měnič s topologií „Forward“ se synchronním usměrněním na sekundární straně.

 Obr. 1 Synchronní usměrnění měniče s topologií „Forward“ se samočinným buzením

 

 

 

 

 

 

 

Obr. 1 Synchronní usměrnění měniče s topologií „Forward“ se samočinným buzením

Buzení spínačů pro synchronní usměrnění může být zajištěno různými způsoby. Jeden takový jednoduchý způsob, využívající buzení přes sekundární vinutí transformátoru, je vidět na obrázku 1. V tomto případě nemůže být rozsah vstupního napětí příliš široký. Při nejnižším vstupním napětí musí být na řídících elektrodách tranzistorů MOSFET SR1 a SR2 dostatečné napětí, které je nutné k jejich spolehlivému spínání. Naproti tomu nejvyšší vstupní napětí nesmí být příliš vysoké, aby nedošlo k překročení maximálního povoleného napětí na řídicích elektrodách SR1 a SR2.

U všech spínaných zdrojů se synchronním usměrněním může v obvodu docházet ke vzniku záporného proudu. Pokud například dojde k zapnutí měniče ve stavu, kdy jsou kondenzátory na jeho výstupu třeba jen v částečně nabitém stavu, může začít téct proud směrem od výstupu ke vstupu. Záporný proud by však mohl zvýšit napětí na SR1 a SR2 tak, že by mohly být poškozeny. Tuto skutečnost je třeba vzít v úvahu a chránit spínače proti možnému výskytu takového stavu.

FAQ 147 3

Obr. 2 Synchronní usměrnění měniče s topologií „Forward“ s integrovaným budičem

Obrázek 2 znázorňuje způsob realizace synchronního usměrnění s využitím LTC3900. Jedná se o kontrolér pro buzení spínačů synchronního usměrnění v topologii „Forward“.

Tato koncepce funguje dobře, nicméně LTC3900 musí zabránit vzniku záporného proudu tekoucímu vnějšími spínači. Obvod musí nejprve rychle detekovat vznik záporného proudu, přičemž spínače SR1 a SR2 musí být následně rychle vypnuty. To je nezbytné k tomu, aby nedošlo k poškození obvodu při startu a případném pulzním režimu.

FAQ 147 4

Obr. 3 Synchronní usměrnění měniče s topologií „Forward“ cestou úplné integrace v obvodu ADP1074

Obrázek 3 ukazuje velice elegantní návrh řešení s obvodem ADP1074. Informace o výstupním napětí je snímána na zpětnovazebním vstupu. Aby se zabránilo nebezpečí vzniku záporného proudu tekoucímu spínači SR1 a SR2 za určitých okolností, takových jako když má výstupní kondenzátor počáteční nenulový náboj, proces synchronního usměrnění není vůbec zahájen. K usměrnění dojde prostřednictvím diod PN přechodů mezi elektrodami DS tranzistorů SR1 a SR2. Tento způsob brání poškození spínačů. Technologie iCoupler® použitá v ADP1074 umožňuje bezpečnou funkci, aniž by došlo ke vzniku záporného proudu.