Retificação ativa - Active rectification

Queda de tensão em um diodo e um MOSFET. A propriedade de baixa resistência de um MOSFET reduz as perdas ôhmicas em comparação com o retificador de diodo (abaixo de 32 A neste caso), que exibe uma queda de tensão significativa mesmo em níveis de corrente muito baixos. O paralelismo de dois MOSFETs (curva rosa) reduz ainda mais as perdas, enquanto o paralelismo de vários diodos não reduzirá significativamente a queda de tensão direta.

A retificação ativa , ou retificação síncrona , é uma técnica para melhorar a eficiência da retificação por meio da substituição de diodos por chaves ativamente controladas, geralmente MOSFETs de potência ou transistores de junção bipolar de potência (BJT). Enquanto os diodos semicondutores normais têm uma queda de tensão quase fixa de cerca de 0,5-1 volts, os retificadores ativos se comportam como resistências e podem ter uma queda de tensão arbitrariamente baixa.

Historicamente, interruptores accionado vibrador ou accionados por motor comutadores também têm sido utilizados para rectificadores mecânicas e rectificação síncrono.

A retificação ativa tem muitas aplicações. É freqüentemente usado para matrizes de painéis fotovoltaicos para evitar o fluxo de corrente reversa que pode causar superaquecimento com sombreamento parcial, enquanto fornece perda de energia mínima. Também é usado em fontes de alimentação comutadas (SMPS).

Motivação

Gráfico de potência dissipada vs. corrente em 4 dispositivos.

A queda de tensão constante de um diodo de junção pn padrão é normalmente entre 0,7 V e 1,7 V, causando perda significativa de energia no diodo. A energia elétrica depende da corrente e da tensão: a perda de energia aumenta proporcionalmente à corrente e à tensão.

Em conversores de baixa tensão (em torno de 10  volts e menos), a queda de tensão de um diodo (normalmente em torno de 0,7 a 1 volt para um diodo de silício em sua corrente nominal) tem um efeito adverso na eficiência. Uma solução clássica substitui os diodos de silício padrão por diodos Schottky , que exibem quedas de tensão muito baixas (tão baixas quanto 0,3 volts). No entanto, mesmo os retificadores Schottky podem apresentar perdas significativamente maiores do que o tipo síncrono, principalmente em altas correntes e baixas tensões.

Ao abordar conversores de voltagem muito baixa, como uma fonte de alimentação do conversor Buck para uma CPU de computador (com uma saída de voltagem em torno de 1 volt e muitos amperes de corrente de saída), a retificação Schottky não fornece eficiência adequada. Em tais aplicações, a retificação ativa torna-se necessária.

Descrição

Substituir um diodo por um elemento de chaveamento controlado ativamente, como um MOSFET, é o coração da retificação ativa. Os MOSFETs têm uma resistência constante muito baixa durante a condução, conhecida como resistência on (R DS (on) ). Eles podem ser feitos com uma resistência de até 10 mΩ ou até inferior. A queda de tensão no transistor é muito menor, o que significa uma redução na perda de potência e um ganho na eficiência. No entanto, a lei de Ohm rege a queda de tensão no MOSFET, o que significa que em altas correntes, a queda pode exceder a de um diodo. Esta limitação é geralmente tratada colocando vários transistores em paralelo, reduzindo assim a corrente através de cada um individualmente, ou usando um dispositivo com mais área ativa (em FETs, um dispositivo equivalente ao paralelo).

O circuito de controle para retificação ativa geralmente usa comparadores para detectar a tensão da entrada CA e abrir os transistores nos tempos corretos para permitir que a corrente flua na direção correta. O tempo é muito importante, pois um curto-circuito na alimentação de entrada deve ser evitado e pode ser facilmente causado por um transistor ligando antes que outro seja desligado. Os retificadores ativos também precisam claramente dos capacitores de suavização presentes nos exemplos passivos para fornecer uma potência mais suave do que a retificação sozinha.

Usar a retificação ativa para implementar a conversão AC / DC permite que um projeto passe por melhorias adicionais (com mais complexidade) para atingir uma correção do fator de potência ativa , o que força a forma de onda da corrente da fonte AC a seguir a forma de onda da tensão, eliminando as correntes reativas e permitindo que sistema total para alcançar uma maior eficiência.

Diodo ideal

Um MOSFET controlado ativamente para agir como um retificador - ativado ativamente para permitir a corrente em uma direção, mas desativado ativamente para impedir que a corrente flua na outra direção - é às vezes chamado de diodo ideal. Usar diodos ideais em vez de diodos padrão para desvio de painel elétrico solar , proteção de bateria reversa ou em um retificador de ponte reduz a quantidade de energia dissipada nos diodos, melhorando a eficiência e reduzindo o tamanho da placa de circuito e o peso do calor dissipador necessário para lidar com a dissipação de energia.

Tal diodo ideal baseado em MOSFET não deve ser confundido com um super diodo baseado em amp op , freqüentemente chamado de retificador de precisão.

Construção

Ver ponte-H .

Referências

Leitura adicional