¿Diferencia entre el convertidor de refuerzo dc-dc síncrono y convencional?

La rectificación síncrona se refiere a la práctica de usar un elemento activo como un MOSFET conmutado en los instantes apropiados en lugar de un diodo. Aquí hay un ejemplo simplificado de un convertidor boost:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

No se muestra aquí la lógica para cambiar los transistores. En el caso sincrónico, es importante que M2 y M3 nunca estén ambos encendidos al mismo tiempo, ya que esto reduciría el C2 a tierra, posiblemente dañando los transistores y reduciendo considerablemente la eficiencia.

La ventaja es que las pérdidas de conducción a través de un MOSFET (M3) pueden ser menores que a través de un diodo (D1). Tenga en cuenta que el voltaje en D1 será de aproximadamente 0.6V, o quizás 0.2V si la corriente es lo suficientemente baja como para que un diodo Schottky sea factible. Sin embargo, un MOSFET correctamente seleccionado en muchas circunstancias puede tener un V _DS incluso más bajo, y por lo tanto, pérdidas más bajas.

La desventaja es una mayor complejidad y costo.

La distinción es en realidad acerca de la rectificación en el lado de salida / secundario del convertidor. La rectificación sincrónica significa que se utiliza un transistor (normalmente un MOSFET) para controlar el flujo de corriente para una pérdida mínima.

La rectificación asíncrona se refiere al uso de uno o más diodos pasivos para controlar el flujo de corriente.

Este último es más simple y bastante efectivo a niveles de potencia bajos. A niveles de potencia más altos (hasta un punto), el V _DS más bajo de un MOSFET completo produce menores pérdidas.

A niveles de potencia muy altos (niveles de corriente altos), BJT, IGBT u otros tipos de dispositivos pueden tener pérdidas más bajas que los MOSFET.

El término rectificación síncrona (abreviación sincronizada) implica la sustitución de un diodo por un interruptor controlado, generalmente un MOSFET. Este transistor puede ser autoimpulsado, lo que significa que su \ $ V_ {GS} \ $ se genera automáticamente por el convertidor (un devanado auxiliar, por ejemplo) o requiere un circuito de conducción adicional para generar las señales apropiadas. En el modo de conducción continua (CCM), donde la corriente del inductor nunca regresa a 0 dentro de un ciclo de conmutación, el control de la sincronización correcta puede ser complejo para evitar la penetración (ambos interruptores están encendidos durante un corto período de tiempo). Esto es aún más complicado con los diseños aislados, ya que el interruptor principal se encuentra en el lado primario mientras que el interruptor controlado está en el lado secundario (aislado): por lo general se necesita una segunda señal (pero no siempre) para garantizar un disparo mínimo.

En el modo de conducción discontinua (DCM), el diodo se apaga naturalmente (la corriente del inductor se cancela dentro de un ciclo de conmutación) y el control de la sincronización se simplifica enormemente. Algunos convertidores, como los que funcionan en modo de límite (en el límite entre CCM y DCM), se prestan bien para sincronizar el control correcto porque no pueden ingresar a CCM.

Los controladores de sincronización de sincronización observan el voltaje de la fuente de drenaje del MOSFET de sincronización de sincronización. Cuando el diodo de su cuerpo conduce primero, el voltaje de la fuente de drenaje cae espontáneamente y, posteriormente, el MOSFET se enciende: las pérdidas de encendido son pequeñas considerando la acción de conmutación de cero voltios (ZVS). Las pérdidas por impulso también se benefician de esta acción ZVS ya que el efecto Miller se reduce considerablemente. Cuando la corriente disminuye en el MOSFET, el voltaje también tiende a disminuir y, al pasar por un umbral determinado, le indica al chip de control que apague el MOSFET. Esta es una fase difícil porque desea extender la duración de la conducción tanto tiempo como sea posible (para beneficiarse de la baja \ $ r_ {DS (on)} \ $ pero, en el otro extremo, debe evitar pérdidas por disparos Por último, la inductancia parásita corrompe las señales mediante un desplazamiento y un timbre adicionales, lo que implica reglas de diseño de PCB rigurosas (rutas más cortas, áreas más pequeñas, etc.) para evitar un apagado falso.

Las pérdidas de conducción de un diodo dependen de su resistencia dinámica \ $ r_d \ $ y de su tensión de umbral \ $ V_ {T0} \ $ (\ $ \ approx \ $ 0.6 V para Si y \ $ \ approx \ $ 0.4 V para un Schottky). El término resistivo es sensible a la corriente rms al cuadrado, mientras que la fuente dc se ve afectada por la corriente promedio: \ $ P_d = r_dI_ {rms} ^ 2 + V_ {T0} I_ {avg} \ approx V_fI_ {avg} \ $ where \ $ V_f \ $ es la caída total del diodo en un punto de operación determinado (extraído de las curvas IV). Por lo tanto, se da cuenta de que la disipación del diodo está relacionada con la corriente promedio que fluye en su unión (considerando, por supuesto, una corriente de ondulación baja).

Para un MOSFET, las pérdidas de conducción se dan clásicamente por \ $ P_d = r_ {DS (on)} I_ {rms} ^ 2 \ $ donde el término \ $ r_ {DS (on)} \ $ representa el on -resistencia a la temperatura más alta de la unión (100 ° C o menos). Aquí es donde se da cuenta de que a veces es difícil vencer a los diodos clásicos, especialmente si se considera una contribución MOSFET sensible a la corriente alterna de la corriente mientras que un diodo es menor. Puede ser la razón por la que a menudo ves MOSFET paralelos para un mejor desempeño que un simple diodo: los MOSFET paralelos ayudan a reducir el calor y pueden evitar un disipador de calor, mientras que no hay mucho que puedas hacer por un diodo, además de seleccionar un dado más grande o agregar más aluminio. alrededor.

Finalmente, la adopción de sincronización directa también depende de la contribución de la caída de tensión del diodo a la salida general. Una caída de 0.4 V es grande para una salida de 3.3 V o 5 V pero no afecta la eficiencia de la misma manera que una salida de 24 V, por ejemplo. Sync rect tendrá más sentido en el primer ejemplo, a menos que enfrente restricciones de tamaño que le impongan el diseño sin disipador de calor.

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se lee,

  

Como se muestra en la figura, la diferencia radica en el hecho de que mientras   en el tipo de rectificación no síncrona, el interruptor del lado bajo está compuesto   de un diodo, en el tipo de rectificación síncrona, al igual que el S1, el   El interruptor es un transistor.