. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Koncept ideální diody pro záložní napájení
8. dubna 2016 - 7:40 | Pandatron | Koncept ideální diody pro záložní napájení | Komentářů: 0  

Koncept ideální diody pro záložní napájení

Návrh referenční aplikace a ověření přechodových stavů ideální diody. Dioda je vhodná pro spínání více zdrojů ke společné zátěži a to s minimální ztrátou.

V situacích, kdy je potřeba připojit několik stejnosměrných zdrojů či baterií ke společné zátěži, je nejjednodušším řešením použití Schottkyho diody. Díky jednosměrné vodivosti je tak jednoduchým způsobem zajištěna funkce OR mezi jednotlivými zdroji proudu a poskytnuto spínání bez poruch a rušení. Takové řešení je přitom vhodné i pro použití v low-power aplikacích, jelikož disponuje nulovou vlastní spotřebou.

Bohužel jsou situace, kdy takové řešení není příliš ideální. Především jsou to systémy s vyšším příkonem, kde odpadní teplo produkované diodami při průchodu proudu je příliš vysoké, aby ho bylo možné účinně rozptýlit do okolí. Následující referenční aplikace je navržena tak, aby účinně řešila právě tento problém. Uvedený systém je určen pro napájení do 50 V.

Ideální dioda:
Diodová funkce OR může být relativně snadno nahrazena tranzistorem N-channel MOSFET. Pro kompletní simulaci diodového systému OR musí být tranzistor schopen vypnout. Pro tento účel je v obvodu použit operační zesilovače ve funkci napěťového komparátoru, kdy je tranzistor MOSFET připojen k jeho výstupu a je spínán pouze při dostatečně vysokém napětí daného zdroje.


Obr. 1: Aplikace ideální diody s vyznačenými měřicími body pro záznam na obr. 2

Aby se zabránilo rozkmitání, je přechodová hodnota posunuta o hysterezi v hodnotě 60 mV, tvořenou rozdílnými velikostmi rezistorů v napěťových děličích. toto malé zkreslení může být považováno za rovnocenné s poklesem přechodového napětí v reálné diodě. Základní okruh obsahuje pouze minimum prvků, čimž je rovněž do značné míry vyloučena řada možných problémů s bezpečností zařízení. Na rozdíl od konvenční diody je zde však potřeba zvážit otázky stability, přechodové vlastnosti a výkonost systému v celém rozsahu vstupních napětí.

Celý obvod, včetně tranzistoru Power MOSFET musí být naprosto stabilní. Kapacita řídicího pinu tranzistoru však nepříznivě ovlivňuje odezvu systému, což může ve svém důsledku znamenat nestabilitu a přílišné ovlivnění operačního zesilovače. Z toho důvodu je třeba vybírat takový operační zesilovač, který je uzpůsoben pro ovládání polem řízených tranzistorů a je schopen dodat dostatečně velký proud. Tím je zajištěna požadovaná šířka pásma a eliminováno nepříznivé ovlivnění regulace. Řadu informací lze získat také použitím modelování v systému Spice.

Kromě toho je však potřeba zajistit i vhodnou dobu přechodu mezi jednotlivými stavy. Reakce ideální diody je totiž pomalejší, než v případě skutečných diod, což může mít v krajním případě za následek i poškození zařízení při průchodu příliš velkého proudu v době přechodu. Tento problém je zde řešen použitím tranzistoru řady FET. Jeho rekuperační dioda reaguje prakticky okamžitě na nárůst napětí na pinech tranzistoru nad hodnotu zhruba 1 V. Dále poté o několik mikrosekund později zareaguje i OZ a sníží napětí na řídicím pinu tranzistoru.

Reakce obvodu na skokovou změnu proudu může být snadno otestována při použití dvou napájecí zdrojů a 10-ohmové zátěže (viz. obr. 1). Jakmile napájecí zdroj, označený číslem jedna, dodává proud do zátěže a to přes uvedenou ideální diodu, je možné provést skokovou změnu jeho napětí spínačem SW1. Jakmile je spínač sepnut, trvá asi 30 ms do doby, než je výkonový tranzistor zcela vypnut. Přesto že reverzní proudová špička dosahuje proudu až 300 A, vlastní impulsní energie je pouze 0,15 joulů, což je zcela v rámci specifikace tranzistoru FET, stanovující maximální pulsní ztrátovou energii.

Měřicí body uvedené na obr. 1 byly použity k praktickému změření přechodové charakteristiky, jejíž výsledek zachycuje osciloskopický snímek z obr. 2.


Obr. 2: Průběh napětí a proudu bezprostředně po zkratu SW1. Časová osa je 10 ms/div, první průběh reprezentuje Ids s 200 A/div a druhý Vds s 20 V/div

Jednou z neposledních podmínek na uvedenou aplikaci je rovněž bezpečný provoz v celém rozsahu napájecího napětí. Pokud zde napájecí napětí klesne blízko nebo dokonce pod hodnotu napětí na tranzistoru FET, nedojde nikdy k jeho sepnutí a v aplikaci bude rozptýleno maximálně tolik energie, rovnající se reálně diodě. Její chladič tak na to musí být dimenzován. Pokud to v aplikaci není možné zaručit, je možné monitorovat vzrůstající teplo a celý systém v tom případě vypnout. Taková situace není na obr. 1 zanesena.

Uvedená referenční aplikace ideální diody je navržena pro velmi nízký klidový příkon, nepřesahující hodnotu 6 mW, dále pak napětí v rozmezí 40 až 60 V a proud do 10 A. Vhodné použití je v místě klasické diody s nuceným chlazení, kde umožňuje snížit ztrátový výkon například 7 W na méně než 1 W, což tedy umožňuje použít malý pasivní chladič.

Zdroj:
electronicdesign.com
Datasheet IRFB4310, IRFS4310, IRFSL4310
Precision Amplifier - Low Power - TLV2381







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
WIZ107SR-RS232
Převodník TCP/IP <-> RS232 s RJ45 konektorem.
Skladem od 600 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007