тах. Отметим, что данная работа посвящена анализу чопперной схемы стабилизатора, но ее выводы вполне можно распространить и на бус-терную схему, о чем мы скажем в заключение этого раздела.

Итак, в типичной схеме понижающего стабилизатора, приведенной на рис. 10.13, роль силового ключа исполняет полевой транзистор, а роль разрядного диода - диод Шоттки. При достаточно больших значениях выходного напряжения потери на этих элементах незаметны, но когда такая схема используется для стабилизации напряжения порядка 5 вольт и ниже, эти потери становятся ощутимыми. Причины здесь две:

• становятся соизмеримыми величина падения напряжения на разрядном диоде и величина выходного напряжения;

• увеличивается среднее значение тока как за счет увеличения тока нагрузки, так и за счет увеличения коэффициента заполнения.

Эти положения подтверждаются расчетом изменения предельно допустимого уровня КПД в зависимости от выходного напряжения. Схема в синхронном варианте имеет следующий вид. На схеме рис. 10.14: [/„ = 12 В, Р = 24 Вт.

VT2r

Рис. 10.13. Классическая схема стабилизатора

Рис. 10.14. Схема стабилизатора с синхронным элементом

На интервале проводимости обоих ключей (VT1 и VT2) примем их сопротивления равными: Rg = 5 мОм, диод Шоттки заменим эквивалентным источником ЭДС в 0,4 В (типичное падение напряжения в прямом направлении). Считаем также, что основная часть потерь - это тепловые потери на активном сопротивлении элементов.

Результаты расчета сведены в таблицу 10.1.

Таблица 10.1

Мы замечаем, что с уменьшением выходного напряжения резко возрастают потери в разрядном диоде, в то время как рост потерь в транзисторе VT1 незначителен. Почему так происходит?

Дело в том, что диод Шоттки замещается в эквивалентной схеме источником ЭДС, а транзистор - линейным резистором с очень низким значением сопротивления - всего 0,005 Ом! Отсюда и рождается простая идея замены диода коммутируемым в нужный момент транзистором, который в данной схеме носит название синхронного.

Следующее замечание, сделанное исследователями, очень важно: «При относительно низких значениях выходного тока преимущества в КПД, создаваемые включением полевого транзистора, оправдывают некоторое усложнение схемы за счет появления управляющих цепей». То есть приходится вводить в схему управления дополнительный узел, осуществляющий в нужный момент коммутацию синхронного элемента.

Из главы, посвященной элементной базе силовой электроники, мы знаем, что в своем составе транзистор MOSFET имеет паразитный диод. В схеме синхронного выпрямителя этот паразитный диод оказывается включенным в том же направлении, что и диод Шоттки. Вдобавок ко всему получается, что полевой транзистор должен работать в этой схеме при отрицательных токах и напряжениях. Проведенные авторами статьи исследования показали, что в условиях отрицательных токов и напряжений характеристики MOSFET, применяемого в качестве синхронного элемента, даже лучше, чем в условиях положительных токов и напряжений.

Таблица 10.2. Работа транзистора MOSFET при противоположных направлениях тока

Чтобы понять, каким образом направлен ток через синхронный транзистор, взгляните на рис. 10.15.

VT2f~

©

VT2Tn

Направление тока

J«2 Uds

Положительное значение

VT2J-

Отрицательное значение

Рис. 10.15. К расчету характеристик работы MOSFET в условиях отрицательных токов

Результаты анализа говорят о том, что замена диода Шоттки полевым транзистором дает выигрыш вплоть до некоторого граничного тока нагрузки. Граничное значение тока увеличивается с уменьшением i? и увеличением прямого падения на диоде Шоттки.

Все предыдущие рассуждения были проведены без зета частотных свойств транзистора и коммутационных потерь, что вполне справедливо на невысоких частотах работы. При повышении частоты переключения доля коммутационных интервалов в цикле переключения становится все больше, растет доля этих потерь в суммарных потерях. С злотом перечисленных обстоятельств требования к элементам схемы таковы:

• интервал проводимости синхронного транзистора имеет наибольшую продолжительность, и чтобы снизить потери на этом интервале, сопротивление R"s синхронного транзистора должно быть как можно более низким;

• интервалы проводимости основного и синхронного транзисторов (VT1 и VT2) разделены короткими интервалами проводимости паразитного диода. Этот диод должен иметь низкое пря-