Dzisiaj robimy krok o krok wyżej elektronika, a mianowicie zmontujemy prostownik synchroniczny. Urządzenie nie jest nowe, ale nie jest jeszcze bardzo popularne.
Autorem tego domowego produktu jest Roman (autor kanału YouTube „Open Frime TV”).
Jak wiadomo, w każdym zasilaczu wyjściowym jest dioda prostownicza. Ostatnio diody Schottky'ego są szeroko stosowane, ponieważ mają niższy spadek napięcia, a zatem mniej się nagrzewają. Ale wciąż jest ciepło, a przy dużych mocach robi wrażenie.
Jeśli umieścisz ultraszybką diodę, sytuacja będzie jeszcze gorsza, ponieważ spadek napięcia jest większy, a stąd powstaje jeden z najważniejszych problemów - są to grzejniki.
Dobrze, że nie można ustawić strony wysokiej i niskiej na jednym grzejniku, ponieważ może wystąpić awaria i wysokie napięcie dostanie się na wyjście. Musisz więc oddzielić gorącą i zimną stronę różnych grzejników. Ale nie każdy ma odpowiednią liczbę grzejników do schłodzenia wszystkiego. A przy wysokich wydajnościach nie można obejść się bez wymuszonego chłodzenia.
Inteligentni ludzie zaczęli myśleć o tym problemie i znaleźli proste wyjście - zastosować tranzystory polowe zamiast diod.
Ich rezystancja kanału otwartego jest bardzo mała, a zatem przepływający przez nie prąd wytworzy mniej ciepła. Na pierwszy rzut oka wszystko jest proste, ale nie. W celu poprawnego działania tranzystory wymagają odpowiedniej kontroli. Tutaj inteligentni ludzie również pracowali i tworzyli mikroukłady do sterowania tranzystorami w synchronicznym prostowniku.
Musimy tylko złożyć obwód i dowiedzieć się, jak to działa. Sam schemat jest przed tobą:
Jak widać, nic tu nie ma. Układ prostownika znajduje się tylko w pakiecie smd.
Z tego wynika, że schemat sterowania nie zajmie dużo miejsca, a wydajność znacznie wzrośnie. Spróbujmy więc dowiedzieć się, jak to działa. Pierwszą rzeczą, która rzuca się w oczy jest to, że punkt środkowy będzie plusem, a punkty boczne będą minusem.
To dlatego, że tranzystory włączają się w przeciwnym kierunku.
Prostownik działa w ten sposób: załóżmy, że podczas pierwszego impulsu mamy takie znaki na uzwojeniach.
Ten układ monitoruje i otwiera dolny tranzystor.
W tym czasie prąd płynie wzdłuż tego obwodu:
Potem następuje drugi impuls.
Teraz górny tranzystor otwiera się i przekazuje prąd do obciążenia.
Doświadczeni inżynierowie elektroniki natychmiast zapamiętają wewnętrzną diodę w tranzystorze, ale jeśli ponownie spojrzysz na znaki napięcia, stanie się jasne, dlaczego tranzystor jest włączony w przeciwnym kierunku.
Podczas gdy jeden tranzystor jest otwarty, drugi jest podtrzymywany przez wysokie napięcie, a dioda a priori nie może przepuszczać prądu.
Ale każde działanie ma konsekwencje, w naszym przypadku objawia się to tym, że do tranzystora przyłożone są dwie amplitudy napięcia. Jak rozumiesz, to jest złe. Dowiadujemy się o tym więcej w prawdziwych obliczeniach.
Teraz, jak w przypadku pozostałych elementów obwodu. Do ograniczenia zasilania mikroukładu potrzebna jest dioda Zenera, ponieważ nie powinna ona przekraczać 20 V.
Kondensator wygładza napięcie zasilania układu.
Rezystor idący na ziemię można wybrać w zakresie od 25 do 150 kOhm, wpływa to na szybkość otwierania tranzystora. Autor wybrał opornik 30 kiloomów, co wystarczy.
Ponadto rezystor bramkowy wpływa na prędkość otwierania, jego ocena może wynosić od 10 do 30 Ohm, możesz jeszcze bardziej zwiększyć limit, to zależy od Ciebie.
Aby przetestować działanie tego obwodu, musiałem narysować sygnet. Jest to czysta synchroniczna płytka prostownika. Możesz pobrać obwód i sygnet TUTAJ.
Można go wbudować w dowolny zasilacz półmostkowy i zapomnieć o przegrzaniu części wyjściowej. Jak widać, sygnet okazał się zwarty. Szerokość ścieżek mocy jest niewielka, ale jak wspomniano wcześniej, jest to układ.
Po wytrawieniu płyty przylutuj ją. Trudności mogą pojawić się tylko z mikroukładem, ale jeśli spróbujesz, wszystko się ułoży. W rezultacie otrzymujemy takie piękne urządzenie:
Porozmawiajmy teraz bardziej szczegółowo o obliczeniach. Ponieważ jest to wersja próbna autora i nie jest on wyposażony w część wzorcową, użyjemy zewnętrznego transformatora z jakiegoś starego projektu, aby go uruchomić. Główną częścią jest IR2153. Wyjście powinno otrzymać około 24 V.
Obliczenia tego bloku przed sobą:
Interesuje nas taki parametr, jak wartość amplitudy napięcia wtórnego, mamy 28 V. A teraz pomnożymy tę wartość przez 2, dlaczego, jak wspomniano powyżej. A na otrzymanym napięciu musimy wybrać tranzystor. Wchodzimy do katalogu tranzystorów rynku radiowego i zaczynamy sprawdzać, co jest dostępne.
I tutaj pojawiają się minusy prostownika synchronicznego, pojawiają się w stosunku ceny, napięcia tranzystora i rezystancji kanału otwartego.
Jak widać, im wyższe napięcie, tym większa rezystancja, a jeśli rezystancja jest niska, cena tego tranzystora jest dość wysoka. Ale wtedy wszyscy zdecydują, czy potrzebuje takiego prostownika, czy nie.
Aby optymalnie wybrać tranzystor, musimy zrozumieć, ile mocy on rozproszy. Pomoże nam w tym prawo babci Ohm.
Wybierz tranzystor o podwójnej amplitudzie. Stosunek ceny do rezystancji kanału, wybór padł na 75nf75.
Po obliczeniu dla prądu 10A uzyskujemy moc wyjściową 1,1 W. Teraz porównaj synchroniczny prostownik z diodą Schottky'ego. Z tym samym 10A otrzymujemy 4W. Wynik jest oczywisty.
Ogólnie rzecz biorąc, znaczenie takiego prostownika jest następujące: przy niskich napięciach jest kilkakrotnie lepszy niż dioda, ale wraz ze wzrostem napięcia obraz już nie staje się tak piękny.
Cena komponentów jest wysoka, a wydajność jest o kilka procent wyższa. Zobaczmy, jak działa urządzenie. Łączymy obwód wtórny przewodami bezpośrednio do tablicy i obserwujemy napięcie wyjściowe, wynosi ono około 24 V, co odpowiada wcześniej obliczonemu.
Oznacza to, że płyta działa normalnie. Nie zaleca się przeprowadzania testu nagrzewania, ponieważ kierowca jest słaby. Teraz sprawdzamy tylko wydajność.
Teraz, aby zademonstrować pracę, możemy postawić sondę oscyloskopową na bramce tranzystora i zobaczyć, jak się otwiera.
Jak widać, pęd jest nieco przytłoczony. Oznacza to, że straty przełączania zostaną dodane do ogrzewania, ale nie są one tak znaczące.
Tak, a jednak podczas budowy tego prostownika można łatwo nadepnąć na grabię. Pojawiają się w postaci nieoryginalnych tranzystorów, w których rezystancja kanału otwartego jest znacznie bardziej określona w arkuszu danych. To jest teraz bardzo istotny temat.
Czas na koniec. Dziękuję za uwagę. Do zobaczenia wkrótce!