Nederlands
Menu

Wat is Synchrone gelijkrichting?

Techniek, onder meer in DC-DC-omvormers, waarbij een gelijkricht- of vrijloopdiode wordt vervangen door een MOSFET die wordt ingeschakeld op de momenten waarop de diode zou geleiden. Het verlies verandert van voorwaartse spanning × stroom van de diode in stroom² × aan-weerstand van de MOSFET; bij 10 A dissipeert een diode met een voorwaartse spanning van 0,5 V bijvoorbeeld 5 W, en een MOSFET met een aan-weerstand van 5 mΩ 0,5 W. Hoe lager de uitgangsspanning, hoe groter het voordeel. Er is een dode tijd nodig, zodat de twee schakelaars nooit tegelijk aan staan, en daarin voert de bodydiode de stroom.

Japanse benaming: 同期整流

“Synchrone gelijkrichting” komt voor in 6 oefenvragen uit 2 onderwerpen, bijv. Vermogenselektronische schakelingen, Vermogenshalfgeleiders.

Vakgebied: Vermogenselektronische schakelingen

Nu oefenen: vragen over Synchrone gelijkrichting

Wat is in een DC-DC-omvormer met een lage uitgangsspanning het belangrijkste doel van synchrone gelijkrichting, waarbij een MOSFET de vrijloopdiode vervangt?

  1. ADe uitgangsspanning hoger maken dan de ingangsspanning
  2. BDe schakelfrequentie automatisch constant houden, ook als de belastingsstroom verandert
  3. CHet geleidingsverlies door de voorwaartse spanning van de diode verkleinen en het rendement verhogen
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Het geleidingsverlies door de voorwaartse spanning van de diode verkleinen en het rendement verhogen

Een diode heeft, ook als het een Schottky-barrièrediode is, een voorwaartse spanning van ongeveer 0,3 tot 0,5 V, wat een verlies van stroom × voorwaartse spanning oplevert. Wordt in plaats van de diode een MOSFET met een lage aan-weerstand ingeschakeld, dan wordt het verlies stroom² × aan-weerstand, wat het sterk kan verkleinen. Hoe lager de uitgangsspanning, bijvoorbeeld rond 1 V, hoe groter de spanningsval over de diode in verhouding tot de uitgang, en hoe meer synchrone gelijkrichting oplevert. In ruil daarvoor moeten de schakelaars met een dode tijd worden aangestuurd, zodat ze nooit tegelijk aan staan.

Welke beschrijving van de weg van de spoelstroom in een buckconverter met synchrone gelijkrichting tijdens de dode tijd, waarin zowel de bovenste als de onderste MOSFET uit staat, is juist?

  1. ADe spoelstroom stopt volledig, maar alleen tijdens de dode tijd
  2. BHij vloeit door de bodydiode van de onderste MOSFET (of door een Schottky-barrièrediode die daaraan parallel staat)
  3. CHij gaat door het gate-isolatielaagje van de bovenste MOSFET en vloeit van de voeding van de gate-aansturing terug naar de ingangsbron
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Hij vloeit door de bodydiode van de onderste MOSFET (of door een Schottky-barrièrediode die daaraan parallel staat)

De spoelstroom kan niet plotseling stoppen, dus zolang beide MOSFET's uit staan, gaat de bodydiode van de onderste MOSFET geleiden en blijft de stroom vloeien. De bodydiode heeft een grote voorwaartse spanning en een trage reverse recovery, dus een te lange dode tijd verhoogt de verliezen. Een te korte dode tijd laat daarentegen de bovenste en de onderste MOSFET tegelijk aan staan, en een doorschietstroom sluit de ingang kort. De dode tijd wordt daarom zo kort gehouden als de componenten toelaten, en soms wordt er een Schottky-barrièrediode met een lage voorwaartse spanning parallel geplaatst.

“Synchrone gelijkrichting” in de toelichting

Vragen met “Synchrone gelijkrichting” (6)

  1. Wat is in een DC-DC-omvormer met een lage uitgangsspanning het belangrijkste doel van synchrone gelijkrichting, waarbij een MOSFET de vrijloopdiode vervangt?
  2. Welke beschrijving van de weg van de spoelstroom in een buckconverter met synchrone gelijkrichting tijdens de dode tijd, waarin zowel de bovenste als de onderste MOSFET uit staat, is juist?
  3. Hoe heet de parasitaire diode die structureel in een vermogens-MOSFET aanwezig is?
  4. Wat is de uitgangsspanning van een ideale step-downchopper (buck-converter) bij een ingangsspanning van 12 V en een duty cycle van de schakelaar van 0,25?
  5. Welke beschrijving van de weg van de spoelstroom in een step-downchopper (buckconverter) terwijl de schakelaar uit staat, is juist?
  6. In een ideale buckconverter (met vrijloop via een diode) met een ingangsspanning van 12 V, een uitgangsspanning van 3 V, een inductantie van 15 µH en een schakelfrequentie van 300 kHz wordt de belastingsstroom geleidelijk verlaagd. Wat is de kleinste uitgangsstroom waarbij de continue geleidingsmodus behouden blijft (de grens met de discontinue geleidingsmodus)?

Verwante termen

Step-downchopper (buckconverter) Schottky-barrièrediode Dode tijd (dead time) Bodydiode DC-DC-omvormer Aan-weerstand (on-resistance) Doorschietstroom (shoot-through-stroom) Vermogens-MOSFET (power MOSFET) Omvormer (inverter) Duty cycle

Naar de woordenlijst