Схема синхронного випрямляча, показана на рис. 19.4, використовує два / ^-канальних і два я-канальних потужних МОП-транзистора. Все ж це не комплементарно-симетрична схема в звичайному сенсі. Для простоти вбудовані діоди МОП-транзисторів не показані. Є, однак, й інша причина, по якій ці діоди не потрібно зображати на принциповій схемі.

Читач, без сумніву, знайомий з низкою застосувань потужного МОПтранзістора, в яких вбудований діод виконує деякі функції, типу «фіксуючого» діода в ПІП або демпфуючого діода. Крім того, при рекуперативному гальмуванні, як це має місце при використанні інверторів та перетворювачів в автомобілях, вбудований діод забезпечує шлях для зворотного струму. Проте в схемі синхронного випрямлення на рис. 19.4 чотири внутрішні діода взагалі не грають ніякої ролі. Дійсно, успішна робота мостової схеми не залежить від внутрішніх діодів, які постійно перебувають в електрично не активному стані! Це добре, оскільки участь цих «паразитних» діодів значно погіршило б частотні можливості випрямляча.

У світлі висловлених тверджень природно розібратися, як вбудовані діоди можуть залишатися неактивними в схемі, в якій кожен з МОП-транзисторів піддається впливу змінного струму. Відповідь складається з двох частин. Очевидно, що внутрішні діоди не можуть проводити при одній полярності змінної напруги. При протилежної полярності діод може проводити, якщо опір відкритого МОП-транзистора велике настільки, що на ньому падає напруга 0,7 В, необхідне для прямого зміщення /> л-переходу. Хитрість полягає в тому, що використовуються МОП-транзистори, падіння напруги стік-витік яких менше ніж 0,7 В. Для цієї мети є МОП-транзистори, оптимізовані для роботи в синхронному випрямлячі, з дуже низьким опором у відкритому стані.

Рис. 19.4. Схема синхронного випрямляча, що використовує ри пканальние потужні МОП-транзистори. Незважаючи на простоту, принцип дії цього моста не тривіальний. У деяких випадках за своїми параметрами він може перевершувати міст з діодами Шотки.

Маючи це на увазі, інший аспект поведінки МОП-транзистора може викликати подив: потужні МОП-транзистори, на відміну від біполярних транзисторів можуть працювати двонаправлено. Тобто, висновки стоку і витоку можна поміняти місцями. Наприклад, транзистор з л-каналом може працювати з негативним напругою на стоці і позитивному напрузі на джерелі. У більшості випадків цього не відбувається через те, що починає проводити вбудований діод. Але в синхронної мостовий схемою випрямляча використовуються спеціальні МОП-транзистори з низьким Rd, Що не дозволяє з’явитися падіння напруги, достатньому щоб відкрити внутрішні діоди.

Особливу увагу з вищесказаного звернемо на те, що все МОПтранзістори в випрямному мосту відкриваються при полярності напруги між стоком і витоком протилежної звичайної. Але включення здійснюється звичайної полярністю напруги на затворі. Таким чином, МОП-транзистори з л-каналом включаються при позитивному напрузі на затворі і негативним напрузі на стоці. При цьому падіння напруги між стоком і витоком значно нижче 0,7 В, необхідних для прямого зміщення вбудованих діодів. І навпаки, МОПтранзістори с / ^ каналом включаються при негативним напрузі на затворі і позитивному напрузі на стоці; знову падіння напруги стік-витік значно нижче 0,7 В, яке потрібно, щоб відкрити внутрішній діод. Цей режим роботи має цікаву особливість, яка полягає в тому, що МОП-транзистори включаються в третьому квадранті, а вимикаються у першому квадранті своїх вихідних характеристик. Це щось протилежне звичайному використанню МОП-транзистора.

Припустимо, що за допомогою певної схеми ослаблення сигнал, що надходить до затворам цим чотирьох МОП-транзисторів, поступово зменшується. Що при цьому відбудеться? Дивно, але бруківка схема продовжить працювати як випрямляч! Дійсно, схема «виродилася б» в звичайну диодную бруківку схему (рис. 19.5). Звідки з’явилися діоди? Це вбудовані діоди потужних МОП-транзисторів, які тепер стали активними, тому що падіння напруги між стоком і витоком МОП-транзисторів при малому сигналі на затворі тепер перевищує 0,7 В.

Рис. 19.5. «Вироджений варіант» синхронного мостового випрямляча з МОП-транзисторами. Це еквівалентна схема синхронного мостового випрямляча з МОП-транзисторами при недостатньому сигналі на затворах. З цієї причини МОП-транзистори стали неактивними, а їх вбудовані діоди активними. Таким чином, випрямлення зберігається, але з більш низьким ККД – Особливо на високих частотах.

Хоча схема з малим сигналом на затворах продовжує працювати, к.к.д. погіршиться з двох причин. Перша полягає в тому, що через накопичення заряду в /? / Ьпереходе діодів ефективне випрямлення можливе на низьких частотах, наприклад 20 кГц і поступово погіршується з підвищенням частоти. Друга причина викликана тим, що падіння напруги 0,7 В на діодах призведе до більшого розсіювання потужності, ніж при більш низькому напрузі на МОП-транзисторах, коли на їх затвори подано великий сигнал. Гідно оцінити те, що загальний к.к.д. схеми на МОПтранзісторах значно вище, ніж у звичайних схем, які використовують площинні діоди, можна при високій частоті, наприклад, більше 100 кГц. А перевага синхронного випрямляча з МОП-транзисторами перед схемою з діодами Шотки полягає, перш за все, в тому, що можна працювати з високою частотою і високою напругою.

Проста схема (рис. 19.4) працює найкраще, коли напруги, що подаються на затвори МОП-транзисторів, не перевищують 20 В, але досить високі, щоб транзистори були в стані насичення. Випрямляємо напруги можуть бути набагато вище, якщо прийняті деякі заходи, такі як включення стабілітрона або резистора, які підтримують напругу, що надходить на затвор, в межах 15 – 20 В. Робиться це заради безпеки, щоб попередити пробою затвора.

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.