능동적 정류

Active rectification
다이오드와 MOSFET에서 전압이 떨어집니다.MOSFET의 낮은 온저항 특성은 매우 낮은 전류 레벨에서도 상당한 전압 강하를 보이는 다이오드 정류기(이 경우 32A 미만)에 비해 오믹 손실을 줄여줍니다.두 개의 MOSFET(분홍 곡선)를 병렬로 연결해도 손실이 더 감소하지만 여러 개의 다이오드를 병렬로 연결해도 순방향 전압 강하가 크게 감소하지는 않습니다.

능동 정류 또는 동기 정류는 능동 제어 스위치(일반적으로 전력 MOSFET 또는 전력 양극 접합 트랜지스터(BJT))[1]로 다이오드를 교체하여 정류 효율을 향상시키는 기술입니다.일반 반도체 다이오드는 약 0.5~1V의 대략적인 고정 전압 강하를 갖는 반면, 능동 정류기는 저항으로 작용하여 임의로 낮은 전압 강하를 가질 수 있습니다.

지금까지 진동자 구동 스위치 또는 모터 구동 정류자는 기계적 정류기 및 동기식 [2]정류에도 사용되어 왔습니다.

능동적 정류에는 여러 가지 용도가 있습니다.이는 전력 손실을 최소화하면서 부분 음영으로 과열을 일으킬 수 있는 역전류 흐름을 방지하기 위해 태양광 발전 패널 어레이에 자주 사용됩니다.Switched Mode Power Supply(SMPS;[1] 스위치모드 전원장치)에서도 사용됩니다.

동기

4개의 장치에서 분산된 전력 대 전류 플롯.

표준 p-n 접점 다이오드의 정전압 강하는 일반적으로 0.7V에서 1.7V 사이이므로 다이오드에 상당한 전력 손실이 발생합니다.전력은 전류와 전압에 따라 달라집니다. 전력 손실은 전류와 전압에 비례하여 증가합니다.

저전압 변환기(약 10V 이하)에서는 다이오드의 전압 강하(일반적으로 정격 전류에서 실리콘 다이오드의 경우 약 0.7~1V)가 효율에 악영향을 미칩니다.하나의 고전적인 솔루션은 표준 실리콘 다이오드를 매우 낮은 전압 강하(최저 0.3V)를 보이는 쇼트키 다이오드로 대체합니다.그러나 숏키 정류기조차도 동기식보다 특히 고전류 및 저전압에서 손실이 훨씬 클 수 있습니다.

컴퓨터 CPU용 벅 컨버터 전원장치(전압 출력 약 1V, 출력 전류 많은 암페어)와 같은 초저전압 컨버터에 대처하는 경우 숏키 정류는 적절한 효율을 제공하지 못합니다.이러한 응용 프로그램에서는 능동적인 교정이 필요합니다.[1]

묘사

다이오드를 MOSFET와 같이 능동적으로 제어되는 스위칭 소자로 교체하는 것이 능동 정류의 핵심입니다.MOSFET는 전도 시 일정한 매우 낮은 저항을 가지며, 이를 On-Resistance(RDS(on))라고 합니다.10MΩ 이하의 온저항으로 만들 수 있습니다.그러면 트랜지스터 전체의 전압 강하는 훨씬 낮아져 전력 손실이 감소하고 효율이 향상됩니다.그러나 옴의 법칙은 MOSFET 전체의 전압 강하를 제어하며, 즉 고전류에서는 강하가 다이오드의 강하를 초과할 수 있습니다.이러한 제한은 일반적으로 여러 트랜지스터를 병렬로 배치하여 각각의 트랜지스터를 통과하는 전류를 줄이거나 보다 활성 면적이 많은 장치(FET, 병렬과 동등한 장치)를 사용하여 해결됩니다.

능동 정류용 제어 회로는 일반적으로 비교기를 사용하여 입력 AC의 전압을 감지하고 올바른 시간에 트랜지스터를 열어 전류가 올바른 방향으로 흐를 수 있도록 합니다.입력 전원의 단락을 피해야 하고 다른 트랜지스터가 꺼지기 전에 한 트랜지스터가 켜지면 쉽게 발생할 수 있으므로 타이밍은 매우 중요합니다.능동 정류기 역시 수동식 예에 있는 스무딩 캐패시터를 사용하여 정류만 하는 것보다 더 부드러운 전력을 공급해야 합니다.

AC/DC 변환을 구현하기 위해 능동 정류를 사용하면 설계가 더욱 개선되어(복잡하게) 능동 역률 보정을 달성할 수 있습니다. 능동 역률 보정은 AC 소스의 전류 파형이 전압 파형을 따르도록 강제하므로 무효 전류가 제거되고 전체 시스템이 더 큰 효율성을 달성할 수 있습니다.

이상 다이오드

정류기로 작동하도록 능동적으로 제어되는 MOSFET는 한 방향으로 전류를 허용하기 위해 능동적으로 켜지지만 다른 방향으로 전류가 흐르지 않도록 능동적으로 꺼지는 것을 이상적인 다이오드라고 합니다.태양광 패널 바이패스, 리버스 배터리 보호 또는 브리지 정류기에 표준 다이오드가 아닌 이상적인 다이오드를 사용하면 다이오드에서 방산되는 전력량을 줄일 수 있어 효율이 향상되고 회로 기판의 크기와 전력 [3][4][5][6][7][8]방산에 필요한 히트 싱크의 무게가 줄어듭니다.

이러한 MOSFET 기반의 이상적인 다이오드는 종종 정밀 정류기라고 불리는 op-amp 기반의 슈퍼 다이오드와 혼동해서는 안 됩니다.

건설

「H-bridge」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c Ali Emadi (2009). Integrated power electronic converters and digital control. CRC Press. pp. 145–146. ISBN 978-1-4398-0069-0.
  2. ^ Maurice Agnus Oudin (1907). Standard polyphase apparatus and systems (5th ed.). Van Nostrand. p. 236. synchronous rectifier commutator.
  3. ^ "태양광 패널 바이패스에 이상적인 다이오드"
  4. ^ "이상 다이오드 브리지 컨트롤러"
  5. ^ 이상적인 다이오드 브리지 컨트롤러로 PoE 수전 장치의 전력 손실과 발열을 최소화합니다.
  6. ^ "역류 회로 보호"
  7. ^ "역전류/배터리 보호 회로"
  8. ^ "Power MOSFET를 사용한 역방향 전력 보호"

추가 정보

  • T. 그로센, E. 멘젤, J.J.R. 엔슬린(1999) 역률 보정 및 낮은 EMI를 갖춘 3상 벅 능동 정류기. IEE 절차 - 전력 애플리케이션, Vol. 146, Iss. 6, 1999, 페이지 591–596.디지털 객체 식별자: 10.1049/ip-epa: 19990523.
  • W. 산티아고, A.버체노프.(2005).고출력 스털링 엔진에 적용되는 단상 수동 정류 대 능동 정류AIAA 2005-5687.