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一种全新的全波桥式整流器设计方法

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    大多数电子元器件都需要一个来自AC电力线的输入电源。对于电压稳压器、开关模式电源和其它下游电子组件来说,一个全桥或半桥二极管整流器器件对正弦AC电压波形进行整流,并将其转换为一个DC电压。

    使用桥式整流器配置中的四个二极管是对AC电压进行整流的最简单、也是最常规的方法。在一个桥式整流器中运行一个二极管可以为全桥整流器和汽车用交流发电机提供一个简单、划算且零静态电流的解决方案。

    不过,虽然二极管通常对负电压具有最快的响应速度,但它们会由于正负结正向电压压降 (Vf ~0.7V) 的原因而导致较高的功率损耗。这些功率损耗会引起发热,需要设计人员执行散热管理,从而增加系统成本和解决方案尺寸。二极管的另外一个缺点就是较高的反向泄露电流—最高会达到大约1mA。

    用N沟道MOSFET替换高损耗二极管可以通过消除二极管整流器件正向压降来大幅降低功率损耗。N沟道MOSFET具有小RDSON,并且它们相关的压降也是最小的。

    表1中是一个5A (I_rms = 3.5A) 二极管整流器与一个10mΩ基于MOSFET的整流器件之间的比较。


1:MOSFET与二极管功率损耗比较

    很明显,在使用MOSFET时,功率损耗小到令人难以置信,而设计人员也不用使用昂贵且笨重的散热片进行热管理。然而,凡事皆有代价。N沟道MOSFET需要一个栅极驱动来将电流从源极传导至漏极,并且需要在AC正弦波变为负值时快速关断。通过将N沟道MOSFET与4个LM74670-Q1智能二极管整流控制器组合在一起,可以在在正弦波的负周期内关闭MOSFET栅极。LM74670-Q1设计用于单独驱动每一个N沟道MOSFET,以便仿真一个没有正向传导损耗的理想二极管。LM74670-Q1用一个悬浮拓扑和电荷泵来实现真正的二极管替换。【阅读全文】