La rectificación activa , o rectificación síncrona , es una técnica para mejorar la eficiencia de la rectificación mediante el reemplazo de diodos con interruptores controlados activamente, generalmente MOSFET de potencia o transistores de unión bipolar de potencia (BJT). [1] Mientras que los diodos semiconductores normales tienen una caída de voltaje aproximadamente fija de alrededor de 0.5-1 voltios, los rectificadores activos se comportan como resistencias y pueden tener una caída de voltaje arbitrariamente baja.
Históricamente, los interruptores de vibrador accionado o accionados por motor conmutadores también se han utilizado para rectificadores mecánicos y rectificación síncrona. [2]
La rectificación activa tiene muchas aplicaciones. Se utiliza con frecuencia para matrices de paneles fotovoltaicos para evitar el flujo de corriente inverso que puede causar sobrecalentamiento con sombreado parcial al tiempo que proporciona una pérdida de energía mínima. También se utiliza en fuentes de alimentación conmutadas (SMPS). [1]
Motivación
La caída de voltaje constante de un diodo de unión pn estándar suele estar entre 0,7 V y 1,7 V, lo que provoca una pérdida de potencia significativa en el diodo. La energía eléctrica depende de la corriente y el voltaje: la pérdida de energía aumenta proporcionalmente a la corriente y al voltaje.
En convertidores de bajo voltaje (alrededor de 10 voltios y menos), la caída de voltaje de un diodo (típicamente alrededor de 0,7 a 1 voltio para un diodo de silicio a su corriente nominal) tiene un efecto adverso sobre la eficiencia. Una solución clásica reemplaza los diodos de silicio estándar con diodos Schottky , que exhiben caídas de voltaje muy bajas (tan bajas como 0.3 voltios). Sin embargo, incluso los rectificadores Schottky pueden tener una pérdida significativamente mayor que los del tipo síncrono, especialmente a altas corrientes y bajos voltajes.
Al abordar convertidores de muy bajo voltaje, como una fuente de alimentación de convertidor reductor para una CPU de computadora (con una salida de voltaje de alrededor de 1 voltio y muchos amperios de corriente de salida), la rectificación Schottky no proporciona la eficiencia adecuada. En tales aplicaciones, la rectificación activa se vuelve necesaria. [1]
Descripción
Reemplazar un diodo con un elemento de conmutación controlado activamente, como un MOSFET, es el corazón de la rectificación activa. Los MOSFET tienen una resistencia constante muy baja cuando conducen, conocida como resistencia activa (R DS (activada) ). Se pueden fabricar con una resistencia de encendido tan baja como 10 mΩ o incluso menor. La caída de voltaje a través del transistor es entonces mucho menor, lo que significa una reducción en la pérdida de potencia y una ganancia en eficiencia. Sin embargo, la ley de Ohm gobierna la caída de voltaje a través del MOSFET, lo que significa que a altas corrientes, la caída puede exceder la de un diodo. Esta limitación generalmente se resuelve colocando varios transistores en paralelo, reduciendo así la corriente a través de cada uno individual, o usando un dispositivo con un área más activa (en FET, un dispositivo equivalente a paralelo).
El circuito de control para la rectificación activa generalmente usa comparadores para detectar el voltaje de la CA de entrada y abrir los transistores en los momentos correctos para permitir que la corriente fluya en la dirección correcta. La sincronización es muy importante, ya que debe evitarse un cortocircuito en la potencia de entrada y puede ser causado fácilmente por un transistor que se enciende antes de que otro se apague. Los rectificadores activos también necesitan claramente los condensadores de suavizado presentes en los ejemplos pasivos para proporcionar una potencia más suave que la rectificación sola.
El uso de la rectificación activa para implementar la conversión de CA / CC permite que un diseño se someta a mejoras adicionales (con más complejidad) para lograr una corrección activa del factor de potencia , lo que obliga a la forma de onda de corriente de la fuente de CA a seguir la forma de onda de voltaje, eliminando las corrientes reactivas y permitiendo la sistema total para lograr una mayor eficiencia.
Diodo ideal
Un MOSFET controlado activamente para actuar como un rectificador, activado de forma activa para permitir la corriente en una dirección, pero desactivado activamente para bloquear la corriente que fluye en la otra dirección, a veces se denomina diodo ideal. El uso de diodos ideales en lugar de diodos estándar para el bypass de panel eléctrico solar , protección de batería inversa o en un puente rectificador reduce la cantidad de energía disipada en los diodos, mejorando la eficiencia y reduciendo el tamaño de la placa de circuito y el peso del calor. fregadero necesario para hacer frente a la disipación de energía. [3] [4] [5] [6] [7] [8]
Este diodo ideal basado en MOSFET no debe confundirse con un super diodo basado en amplificador operacional , a menudo llamado rectificador de precisión.
Construcción
Ver H-puente .
Referencias
- ↑ a b c Ali Emadi (2009). Convertidores electrónicos de potencia integrados y control digital . Prensa CRC. págs. 145-146. ISBN 978-1-4398-0069-0.
- ^ Maurice Agnus Oudin (1907). Aparatos y sistemas polifásicos estándar (5ª ed.). Van Nostrand. pag. 236 .
conmutador rectificador síncrono.
- ^ "Diodo ideal para bypass de panel solar" .
- ^ "Controlador de puente de diodo ideal" .
- ^ "El controlador de puente de diodo ideal minimiza la pérdida de energía y el calor en dispositivos alimentados por PoE"
- ^ "Protección de circuitos de corriente inversa" .
- ^ "Circuitos de protección de batería / corriente inversa" .
- ^ "Protección de potencia inversa utilizando MOSFET de potencia" .
Otras lecturas
- T. Grossen, E. Menzel, JJR Enslin. (1999) Rectificador activo reductor trifásico con corrección del factor de potencia y baja EMI. Actas de la IEE - Aplicaciones de energía eléctrica, vol. 146, edición. 6, noviembre de 1999, págs. 591–596. Identificador de objeto digital: 10.1049 / ip-epa: 19990523.
- W. Santiago, A. Birchenough. (2005). Rectificación pasiva monofásica versus rectificación activa aplicada a motores Stirling de alta potencia . AIAA 2005-5687.