¿Diferencia entre el convertidor elevador CC-CC síncrono y el 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 con CircuitLab}

Aquí no se muestra la lógica para cambiar los transistores. En el caso síncrono, es importante que M2 y M3 nunca estén encendidos al mismo tiempo, ya que esto provocaría un cortocircuito de C2 a tierra, lo que posiblemente dañaría los transistores y disminuiría severamente 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). Considere que el voltaje a través de D1 será de aproximadamente 0,6 V, o quizás 0,2 V si la corriente es lo suficientemente baja como para que sea factible un diodo Schottky. Sin embargo, un MOSFET correctamente seleccionado en muchas circunstancias puede tener un V _DS aún más bajo y, por lo tanto, pérdidas más bajas.

La desventaja es una mayor complejidad y costo.

La distinción es en realidad sobre la rectificación en el lado de salida/secundario del convertidor. La rectificación síncrona significa que se usa 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 cierto punto), el V _DS más bajo de un MOSFET completo da como resultado pérdidas más bajas.

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

El término rectificación síncrona (abreviado sync rect) implica el reemplazo de un diodo por un interruptor controlado, generalmente un MOSFET. Este transistor puede ser autocontrolado, lo que significa que su$V_{GS}$es naturalmente autogenerado 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 vuelve a 0 dentro de un ciclo de conmutación, el control del rect de sincronización puede ser complejo para evitar disparos (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 rect se simplifica enormemente. Algunos convertidores, como los que funcionan en modo límite (en el límite entre CCM y DCM), se prestan bien para sincronizar el control recto porque no pueden ingresar a CCM.

Los controladores Sync Rect observan el voltaje de fuente de drenaje del MOSFET Sync Rect. Como el diodo de su cuerpo conduce primero, el voltaje de la fuente de drenaje cae espontáneamente y luego se enciende el MOSFET: las pérdidas de encendido son pequeñas considerando la acción de conmutación de voltaje cero (ZVS). Las pérdidas de 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 cuando pasa 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 todo lo que pueda (para beneficiarse de la baja$r_{DS(on)}$pero, por otro lado, debe evitar las pérdidas por disparos. Por último, la inductancia parásita corrompe las señales mediante un desplazamiento y un timbre adicionales, lo que implica reglas rigurosas de diseño de PCB (trayectos más cortos, áreas más pequeñas, etc.) para evitar apagados falsos.

Las pérdidas por conducción de un diodo dependen de su resistencia dinámica.$r_d$y su voltaje umbral$V_{T0}$($\approx$0,6 V para Si y$\approx$0,4 V para un Schottky). El término resistivo es sensible a la corriente rms al cuadrado, mientras que la fuente de CC se ve afectada por la corriente promedio:$P_d=r_dI_{rms}^2+V_{T0}I_{avg}\approx V_fI_{avg}$dónde$V_f$es la caída total del diodo en un punto de operación dado (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 por conducción vienen dadas clásicamente por$P_d=r_{DS(on)}I_{rms}^2$donde el termino$r_{DS(on)}$representa la resistencia a la temperatura de unión más alta (100 °C aproximadamente). Aquí te das cuenta de que a veces es difícil vencer a los diodos clásicos, especialmente considerando una contribución de MOSFET sensible a la ondulación de corriente alterna mientras que un diodo es menor. Puede ser la razón por la que a menudo ve MOSFET en paralelo con un mejor rendimiento que un simple diodo: los MOSFET en paralelo ayudan a reducir el calor y pueden evitar un disipador de calor, mientras que no hay mucho que pueda hacer por un diodo además de seleccionar una matriz más grande o agregar más aluminio. alrededor.

Finalmente, la adopción de sync rect también depende de la contribución de la caída de voltaje 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 para 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 obliguen a diseñar sin disipador térmico.

En lugar de redactar mi propia redacción en un inglés entrecortado, una simple búsqueda en Google de {diferencia entre el convertidor de refuerzo dc-dc síncrono y convencional} revela el éxito en la parte superior, de Rohm Tech Web ,

se lee,

Como se muestra en la figura, la diferencia radica en que mientras que en el rectificador asincrónico el interruptor del lado de baja está compuesto por un diodo, en el rectificador síncrono, al igual que el S1, el interruptor es un transistor.