工频正弦同步整流方案讨论

shipeng

工频正弦同步整流方案讨论 [复制链接]

 

最近同事跟我讨论工频同步整流电路（大电流普通桥堆发热太严重），我们一起做了几个方案，后面由于懒癌发作不想搞了。但我还是想知道这些方案是否可行，望有识之士做个点评：
思路一：通过比较器比较整流前后的压差，正压差则打开整流MOS,负压差则关闭整流MOS;该思路难点是要解决比较驱动电路与MOS的共地问题。具体解决方案如下：
1.半波整流：

2.全波整流：

思路二：同上还是比较整流前后的压差，用分立元件设计一个同步驱动电路正压差时打开整流MOS，负压差关闭整流MOS并利用负压差给整个驱动电路供电（相当于一个有源的二极管）。该思路难点同样在共地问题难以解决并且比思路一更困难。具体解决方案：
有源二极管方案：

此方案需要解决D3的导通压降与Q2发射结压降近似相等问题，否则会导致电路无法正常工作（这个问题征求一下大家的改进建议）。由于R2,R3的阻值会限制Q1的开关速率因此本电路不宜用于高频整流。

shipeng

顶楼的最后一张电路图现在看来似乎不一定会出现无法正常工作的问题，两种结果：1.Q2发射结压降 > D3压降+Q1导通DS压降，Q1开通后无法关断；
2.Q2发射结压降 < D3压降+Q1导通DS压降，Q1会进入线性区，导通时DS压降维持在VFD3-Q2Vbe以维持VFD3=Q1Vds+Q2Vbe等式平衡。

maychang

用MOS管代替二极管进行“同步整流”，目的在于减小整流管正向压降所产生的损耗。只有整流后输出很低的直流电压并且需要大电流情况下才合适。工频整流，变压器的体积重量以及滤波电感和滤波电容已经很大，使用“同步整流”没有多少意义。

shipeng

maychang 发表于 2018-5-9 17:26
用MOS管代替二极管进行“同步整流”，目的在于减小整流管正向压降所产生的损耗。只有整流后输出很低的直流 ...

忘记说了以上方案对于太高或太低的电压整流都不适用，交流电压等于mos额定驱动电压范围的一半左右比较合适。
请教一下maychang老师：
1.“只有整流后输出很低的直流电压并且...”为什么一定要很低的电压才合适，较高电压大电流就不合适？
2.变压器的体积、滤波元件和同步整流的意义之间有什么关系。
望老师赐教

maychang

shipeng 发表于 2018-5-9 18:45
忘记说了以上方案对于太高或太低的电压整流都不适用，交流电压等于mos驱动电压范围的一半左右比较合适。
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整流管损耗等于整流管压降乘以通过整流管的电流。
输出电压较高的话，整流管压降仅占整流输出电压的很小一部分，效率减小并不多。如果在高电压情况下使用同步整流，因同步整流还需要一些控制电路，这当然要增加成本。采用同步整流提高的效率所节省的电能成本与元器件增加的成本比较，高电压下采用同步整流是得不偿失。所以只有很低电压(例如5V以下)才会采用同步整流。

maychang

shipeng 发表于 2018-5-9 18:45
忘记说了以上方案对于太高或太低的电压整流都不适用，交流电压等于mos驱动电压范围的一半左右比较合适。
...

工频整流以得到直流，必采用工频变压器，而工频变压器体积重量都很大，滤波电路也是体积重量都大。采用同步整流，也是得不偿失。
为提高工频整流的效率，功率较大但电压较低时往往采用三相整流，甚至多相(六相、十二相等等)，不使用电容滤波……用这些方法提高效率，而不会采用同步整流，因为这种情况下同步整流仍然成本较高。

shipeng

maychang 发表于 2018-5-9 18:56
整流管损耗等于整流管压降乘以通过整流管的电流。
输出电压较高的话，整流管压降仅占整流输出电压的很小 ...

这个确实，高压对于提高效率意义不大。我做这些电路的初衷主要是为了解决整流桥发热严重又不方便做散热的情况（温升有上百摄氏度，长时间工作PCB都会烧黑）。

maychang

shipeng 发表于 2018-5-9 18:45
忘记说了以上方案对于太高或太低的电压整流都不适用，交流电压等于mos额定驱动电压范围的一半左右比较合 ...

同步整流通常只用于开关电源，且输出电压较低而电流相当大的情况。开关电源在输出电流不是非常大时，采用萧特基二极管整流，这样成本也比同步整流要低。所以同步整流使用的范围是相当窄的。

maychang

shipeng 发表于 2018-5-9 18:45
忘记说了以上方案对于太高或太低的电压整流都不适用，交流电压等于mos额定驱动电压范围的一半左右比较合 ...

在开关电源芯片(包括开关管、控制电路等)中，往往将所谓续流二极管改用MOS管(德州仪器有很多这样的芯片)，因为这样做成本较使用二极管(无论二极管是在芯片内还是芯片外)要低。

maychang

shipeng 发表于 2018-5-9 19:02
这个确实，高压对于提高效率意义不大。我做这些电路的初衷主要是为了解决整流桥发热严重又不方便做散热的 ...

解决整流桥发热，简单的办法是用开关电源(含整流滤波部分)替代工频变压器和整流桥。
即使是不允许更换工频变压器，也应该首先考虑用萧特基二极管替代原整流桥。

shipeng

maychang 发表于 2018-5-9 19:31
解决整流桥发热，简单的办法是用开关电源(含整流滤波部分)替代工频变压器和整流桥。
即使是不允许更换工 ...

是这个理，我这么做有点秀模电的嫌疑，见怪莫怪。

maychang

shipeng 发表于 2018-5-9 19:36
是这个理，我这么做有点秀模电的嫌疑，见怪莫怪。

秀模电也是好事。
但是作为工程师，成本高了，老板可不干。
你这个工频整流，当初的设计可能就没有仔细计算，否则整流桥不会热到上百摄氏度。这么高的温度，可靠性大成问题。

shipeng

maychang 发表于 2018-5-9 20:10
秀模电也是好事。
但是作为工程师，成本高了，老板可不干。
你这个工频整流，当初的设计可能就没有仔细 ...

本来这么大电流是要加散热片的，但是由于机壳内部空间紧张无法添加足够面积的散热片。

shipeng

maychang 发表于 2018-5-9 20:10
秀模电也是好事。
但是作为工程师，成本高了，老板可不干。
你这个工频整流，当初的设计可能就没有仔细 ...

本来这么大电流是要加散热片的，但是由于机壳内部空间紧张无法添加足够面积的散热片。

shipeng

关于思路二的方案需要改进一下以应对电压偏高的应用：

在不加D2的情况下Vdd最终会达到交流电压的2倍，因此对于电压偏高时需要稳压管来箍位，否则可能导致MOS击穿。

PowerAnts

还秀模电？这是中了吴红奎《MOSFET基础与应用》的大毒了吧

PowerAnts

同步整流的基本原理，确实是在交流输入瞬时值大于输出电压瞬时值时导通，小于或等于时及时关闭。
在开关电源中，CCM时可以采用与主开关同步的信号为整流管提供驱动，也可以用辅助绕组进行“自驱”，但DCM则需要检测整流管的电流，由于MOSFET的工艺结构具备反向并联的寄生二极管，故一般是用一个CT检测整流管的电流，当电流反转时进行关闭。
为什么说吴的《》有大毒，他在书中用AC过零检测获得对称方波驱动工频整流管，还煞有介事的拍了实物图片，绝对是片子。理论稍好点的人都想得到，如果变压器的容量够大，输出滤波电容上的电压波形绝对是100HZ精密整流后的波形，整流滤波形同虚设，而且还发热巨大浪费能源。

shipeng

PowerAnts 发表于 2018-5-10 12:47
同步整流的基本原理，确实是在交流输入瞬时值大于输出电压瞬时值时导通，小于或等于时及时关闭。
在开关电 ...

过零开关确实等于没有滤波电容，我上面提供的方案有考虑到这个问题的。国内的这些所谓的专家就是误人子弟，这属于欺诈应该判刑

shipeng

PowerAnts 发表于 2018-5-10 12:47
同步整流的基本原理，确实是在交流输入瞬时值大于输出电压瞬时值时导通，小于或等于时及时关闭。
在开关电 ...

更正一点：是由于MOS的D,S可以互换，所以当D,S电压反转后MOS仍然可以流过反向电流，此时应该给G提供关闭信号。

PowerAnts

shipeng 发表于 2018-5-10 18:01
更正一点：是由于MOS的D,S可以互换，所以当D,S电压反转后MOS仍然可以流过反向电流，此时应该给G提供关闭 ...

更正？关于DS可互换的说法根本就是错误的！！你在电路中直接把DS互换试试看！！！
起码的认知是：MOSFET处于可变电阻区时DS电流可逆。

PowerAnts

退一步说，在特定条件下不但MOSFET在“导通”状态下“DS可互换”，连BJT在特定条件下CE脚也是可互换的。
比如说UC348X，SG3525等内置图腾柱的PWM IC在驱动变压器时，内部输出级的推挽对管的就会承受反向流动