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Synchrongleichrichter: aktiver Gleichrichter

Synchrongleichrichter: aktiver Gleichrichter

Synchrongleichrichter werden auch als aktive Gleichrichter bezeichnet und dienen zur Verbesserung der Effizienz von Diodengleichrichterschaltungen.

Die Halbleiterdioden werden durch aktive Schaltelemente ersetzt: Transistoren, bei denen es sich um Leistungs-MOSFETs handeln kann, oder Leistungs-Bipolartransistoren, die zu den erforderlichen Zeiten ein- und ausgeschaltet werden, damit die Gleichrichtung erfolgen kann.

Da das Schalten offensichtlich synchron mit der eingehenden Wellenform erfolgen muss, werden diese Gleichrichter häufig als synchrone Gleichrichter oder manchmal als aktive Gleichrichter bezeichnet.

Begründung für Synchrongleichrichter

Der Bedarf an Synchrongleichrichtern oder aktiven Gleichrichtern ergibt sich aus dem konstanten Abfall, der über einer Diode auftritt, wenn diese leitet.

Obwohl die Einschaltspannung für eine Siliziumdiode - der für Gleichrichter am häufigsten verwendete Typ - bei etwa 0,6 Volt liegt, kann der tatsächliche Abfall über der Diode bei ihrem Nennstrom auf über 1 Volt ansteigen.

Die Verwendung von Schottky-Dioden kann den Spannungsabfall verringern, kann jedoch immer noch ein Problem darstellen, insbesondere wenn die höchsten Wirkungsgrade erforderlich sind. Synchrongleichrichter können sogar gegenüber Schottky-Diodengleichrichtern Verbesserungen erzielen.

Das Problem der Effizienz ist bei Verwendung von Niederspannungswandlern noch akuter. Bei Spannungspegeln von nur wenigen Volt und der Möglichkeit hoher Strompegel werden die durch Dioden eingebrachten Spannungsabfälle inakzeptabel und Synchrongleichrichtertechniken werden wesentlich

Grundlagen der synchronen Gleichrichtung

In einem typischen Diodengleichrichter schaltet sich die Diode ein, wenn sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, und aus, wenn sie in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist. Es ist möglich, ein aktives Element so zu steuern, dass der gleiche Effekt auftritt. Der Vorteil eines aktiven Gleichrichters besteht darin, dass der leitende Widerstand und der Spannungsabfall viel geringer sind als bei Dioden.

Da das Schalten des aktiven Elements korrekt zeitgesteuert sein muss, ist es tatsächlich synchron mit der gleichgerichteten Wellenform. Aus diesem Grund werden diese Gleichrichter als Synchrongleichrichter bezeichnet.

Oft sind Leistungs-MOSFETs ideale aktive Elemente für die synchrone Gleichrichtung, und sie haben einen sehr geringen Widerstand, RDS kann nur einige zehn mΩ oder weniger betragen. Der Spannungsabfall über diesem Widerstandsniveau ist wahrscheinlich sehr viel geringer als der über einer Diode. Wenn der Spannungsabfall an einem Leistungs-MOSFET zu einem Problem wird, können mehrere Geräte parallel geschaltet werden.

Der Nachteil von synchronen oder aktiven Gleichrichtern besteht darin, dass sie Steuerschaltungen benötigen, um sicherzustellen, dass sich die Geräte synchron einschalten, d. H. Zum richtigen Zeitpunkt. Die zur Steuerung des Synchrongleichrichters erforderliche Schaltung umfasst normalerweise Spannungspegeldetektoren und Ansteuerschaltungen für die aktiven Geräte.

Ein Hauptproblem für die Steuerschaltung besteht darin, sicherzustellen, dass zwei Geräte in gegenüberliegenden Zweigen des Gleichrichters nicht zusammen eingeschaltet werden, da sonst ein Kurzschluss am Eingang auftreten würde. Das Ein- und Ausschalten von Geräten wird normalerweise so gesteuert, dass selbst an dem Punkt, an dem eines ein- und ein anderes ausgeschaltet wird, eine kurze Lücke vorhanden ist, um zu verhindern, dass beide Geräte zusammen eingeschaltet sind.

Aktive Gleichrichtung oder synchrone Gleichrichtung wird häufig in AC / DC-Wandlern eingesetzt, bei denen die Effizienz ein zentrales Thema ist. Durch die Verwendung eines Synchrongleichrichters können Leistungsverluste minimiert und die Effizienz verbessert werden, allerdings auf Kosten zusätzlicher Komplexität.

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