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橋式創新設計消除交流電壓向直流轉換的技術缺口

上網時間: 2009年09月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:橋接電路  FET  MOSFET 

如今,低功率解決方案已成為產業的熱門話題,尤其是電池供電的可攜式設備上的節能方案更是備受關注。一般來說,在較低電壓下工作的半導體元件,能夠延長手機和多媒體播放器等可攜設備在一次充電後的使用時間。然而,在關注可攜式設備的同時,人們很容易忽略了其他可攜性較低的設備,這些設備其實也要求更高的效率。環保問題和不斷上漲的電費,使市場更加重視日常電子設備的整體功率要求。

雖然我們傾向於從低電壓的角度去思考節能,但其實大部份電子設備都是透過國家供應的高壓電來執行的,有的採用直接通電,有的利用配接器充電。毫無疑問,採用高壓配電是將電力分配到廣闊地域的最有效方法,但這麼高的電壓對用電地區來說實在太高,必須進行低效率的降壓過程。

因此,改進這個效率缺口的目的顯而易見,那就是如何能夠在將高AC電壓轉換為實用性更高的DC電壓的過程中,儘量提升效率。這種效率的最大化,對那些直接連接AC主電源的電氣設備來說尤其重要。

二極體橋式電路

二極體橋式電路是電子工程領域的最基本元素。工程人員廣泛使用二極體橋式電路來為AC電壓進行全波整流,使之開始與DC電源的特性相近。然後採用電阻、電容器和電感網路濾波,使輸出直流電壓更加平滑。

二極體是由半導體材料P-N結形成的主動元件。但與矽控整流器和電晶體等更先進的主動元件相較,缺少了可控功能。所以標準二極體在正向導通時會出現約0.7V的正嚮導通電壓降,導致全波整流效率降低。這也反映了在大電流應用中,這種功率耗散可以造成非常大的熱量損耗和功率損耗。傳統的全波輸入橋式整流電路的另一個特點,就是不論任何時間,都會有兩個二極體同時進行導通,使功耗進一步加大。

雖然擁有以上的缺點,但該拓撲電路在低負載應用中仍是一個高性價比的解決方案。同時,它也在高功率應用中廣泛使用,並且日趨流行。比如DC馬達現正逐漸取代AC感應馬達,而這類設計多會透過二極體橋式電路來提供電壓轉換。此時的功率代價更為明顯。

同步整流

針對這個問題,國際整流器公司(IR)利用MOSFET的寄生二極體,開發了能夠更好利用半導體技術的全新解決方案。該解決方案改用四個FET來設立橋式結構(如圖1)電路,避免了使用二極體而產生的功率損耗。

圖1:用四個FET來設立橋式結構電路。
圖1:用四個FET來設立橋式結構電路。


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