magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 42 reszA „Teljesítményelektronikai ötletek” sorozat 41. részében egy olyan emitterkövetőt vizsgáltunk, amely MOSFET-kapcsolók kapuáramkör-meghajtójaként használható. Láttuk, hogy kisméretű, SOT-23 tokozású tranzisztorokkal akár 2 A-es terhelőáramot is elérhetünk. Ebben a cikkben sajátvezér­lésű szinkron-egyenirányítókat mutatunk be, és megvizsgáljuk, hogyan védik meg a diszkrét meghajtók a szinkron-egyenirányítók teljesítménykapcsolóinak kapuelektródáját a túlfeszültségtől.

 

Diszkrét alkatrészek – az integrált MOSFET jó alternatívái – 2. rész

Ideális körülmények között a szinkron-egyenirányítókat egyenest a teljesítménytranszformátorról is meghajthatnánk, ám széles tartományban változó bemeneti feszültség esetén a transzformátor szekunder feszültsége elegendően nagy lehet ahhoz, hogy károsítsa a szinkron-egyenerirányító kapcsolóját.
Az 1. ábrán egy diszkrét elemekből felépített meghajtóáramkört mutatunk, amely a Q2 tranzisztort vezérli egy szinkron flyback-feszültségátalakítóban. Ez az áramkör szabályozott nagyságú bekapcsolási kapuáramot állít elő, és védi az egyenirányító kapuelektródáját a nagy értékű, fordított polaritású feszültségek ellen. Az áramkör vizsgálatát kezdjük onnan, hogy negatív feszültség van a transzformátor kimenetén. A 12 V-os kimenet emiatt negatívabb az 5 V-os kimenőfeszültségnél, amely vezető állapotba vezérli a Q1 tranzisztort, és rövidre zárja a Q2 kapcsoló MOSFET kapu- és forráselektródáját, ezzel annak gyors kikapcsolását okozva. Mivel a bázisáram az R2-n folyik át, a C1 gyorsítókondenzátoron negatív feszültség keletkezik. A működésnek ebben a szakaszában a fő kapcsolófet vezet, és energiát tárol a transzformátor mágneses terében. Amikor a fő kapcsolófet kikapcsol, a transzformátor kimeneti feszültség pozitív előjelűre vált. A Q2 kapu- és forráselektródája közti feszültség gyorsan nyitóirányúra változik a D1 diódán és az R1 ellenálláson keresztül, amelynek eredményeképpen a Q2 vezető állapotba kerül. A Q1 bázis-emitter rétegét a D2 védi a C1-kondenzátor kisülésekor fellépő feszültségtől. Az áramkör mindaddig ebben az állapotban marad, amíg a fő kapcsolófet ismét vezető állapotba nem kerül. A kimeneti áram tehát valóban kisüti a kimeneti kondenzátorokat, ahogy annak a szinkron feszültségcsökkentő áramköröknél történnie is kell. A fő kapcsolófet bekapcsolása hatására „összeomlik” a transzformátor szekunder feszültsége, ami eltávolítja a pozitív nyitóirányú feszültséget a Q2-ről. Ez az átmenet egy jelentős túllövést eredményez abban az időtartamban, amíg az elsődleges kapcsolófet és a Q2 vezető állapota átfedi egymást. Ahhoz, hogy ezt az időt minimalizáljuk, a Q1-tranzisztor – amilyen gyorsan csak lehet – rövidre zárja a szinkron-egyenirá­nyító Q2 tranzisztorának kapu- és forráselektródáját.

 

TexasPower 42 1 abra

1. ábra A Q1 gyorsan kikapcsolja a szinkron flyback-áramkör Q2 tranzisztorát


A 2. ábra egy diszkrét alkatrészekből felépített meghajtó áramkört mutat, amely a Q1 és a Q4 tranzisztorok vezetését irányítja egy szinkron forward[1] konverterben. A bemutatott áramkör bemeneti feszültsége széles tartományban változhat. Ez azt jelenti, hogy a két MOSFET kapuelektródáját a határadatokat meghaladó feszültség érheti, ezért egy vágóáramkört kell beépítenünk. Ebben az áramköri elrendezésben a Q4 akkor kapcsolódik be, amikor a transzformátor kimenőfeszültsége pozitív, a Q1 pedig akkor vezet, ha ez a feszültség negatív. A D2- és D4-diódák nagyjából 4,5 V-ra korlátozzák a pozitív meghajtófeszültséget. A kapcsoló MOSFET a D1- és D3-diódákon keresztül kapcsol ki, amelyet a transzformátor és az induktív tekercs árama határoz meg. A földpotenciálhoz képest fordított irányú kapufeszültséget a Q1 és a Q4 korlátozza. A bemutatott áramkörben használt tranzisztorok kapuelektródájának aránylag kicsi a vezérlőelektróda-kapacitása, ezért az átmenetek gyorsan történnek. Ha nagyobb áramú kapcsolófeteket használnánk, szükség lehetne egy pnp-tranzisztor beépítésére is, amely lekapcsolja a kapuelektróda-kapacitást a transzformátor tekercséről, és ezzel gyorsabbá teszi a kikapcsolást. A Q2 és Q3 kapumeghajtó tranzisztorokhoz jó hűtésű tokozattal rendelkező típusokat célszerű választani. Ezeken a tranzisztorokon ugyanis jelentős hődisszipáció lép fel, mivel lényegében lineáris szabályozókként működnek, miközben a MOSFET kapuelektróda-kapacitása töltődik. Ezenkívül – nagyobb kimeneti feszültségeknél – az R1- és R2-ellenállások hődisszipá­ciója is jelentős lehet.

 

TexasPower 42 2 abra

2. ábra Ebben a szinkron forward átalakítóban a D2 és D4 diódák korlátozzák a pozitív kapufeszültséget

 

Összegezve: sok szinkron-egyenirányítóval működő tápegységben lehet a transzformátor tekercsén keletkező feszültséget a szinkron-egyenirányító kapuelektródájának meghajtására felhasználni. A széles bemeneti feszültségtartományú vagy nagy kimeneti feszültségű megoldásoknál jelkondicionáló áramkörök beépítése szükséges a kapuelektróda túlfeszültség elleni védelméhez. Az 1. ábrán bemutatott szinkron flyback-átalakító példáján illusztráltuk, hogyan lehet a nega­tív feszültség ellen védeni a FET-ek kapuelektródáját és közben fenntartani a gyors kapcsolási átmeneteket. A 2. ábrán látható szinkron forward átalakítón pedig bemutattuk, hogyan lehet korlátozni a szinkron-egyenirányítók kapcsolótranzisztorának kapuelektródáján fel­lépő pozitív vezérlőfeszültséget.  

Következő folytatásunkban bemutatjuk a terheléseken fellépő ugrásszerű áramváltozások hatását és ennek következményeit a megfelelő tápegységek tervezésében és tesztelésében.

 


[1] Ebben az áramkörben egy transzformátort használnak a kimeneti feszültségnek a kívánt értékre növelésére, illetve csökkentésére (a transzformátor áttételétől függően). A transzformátor egyben a bemenet és a terhelés közötti galvanikus elválasztást is megoldja. Több szekunder tekerccsel egyidejűleg különböző kimenőfeszültségeket is előállíthatunk A kapcsolás erősen emlékeztet a flyback-átalakítóra, működése azonban lényegesen eltér attól; rendszerint a hatásfoka is jobb. – A ford. megj., forrás: Wikipedia

 

www.ti.com/power-ca

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

5. rész

6. rész

7. rész

8. rész

9. rész

10. rész

11. rész

12. rész

13. rész

14. rész

15. rész

16. rész

17. rész

18. rész

19. rész

20. rész

21. rész

22. rész

23. rész

24. rész

25. rész

26. rész

27. rész

28. rész

29. rész

30. rész

31. rész

32. rész

33. rész

34. rész

35. rész

36. rész

37. rész

38. rész

39. rész

40. rész

41. rész

 

 

 

 

 

A szerző

robert_kollmanRobert Kollman, a Texas Instruments műszaki állományának kiemelt tagja, vezető alkalmazástechnikai mérnök. Több mint 30 év tapasztalattal rendelkezik a teljesítményelektronikában és egy ideig induktív alkatrészeket tervezett az 1 W alattitól a csaknem 1 MW-ig terjedő teljesítménytartományú elektronikus áramkörökhöz, egészen a megahertzes kapcsolási frekvenciákig. Robert Kollman a Texas A&M Egyetemen BSEEdiplomát, majd a Déli Metodista Egyetemen Master-fokozatot (MSEE) szerzett. A cikksorozattal kapcsolatban a powertips@list.ti.com címen érhető el.

 

 

 

 

 

   
Advertisement