"Matlamat aktiviti makmal ini adalah untuk menyiasat penerus aktif litar. Khususnya, litar penerus aktif menyepadukan penguat operasi, saluran P ambang rendah mosfet, dan gelung maklum balas untuk mensintesis injap arus satu arah atau penerus dengan ke hadapan yang lebih rendah voltan jatuh daripada diod simpang PN konvensional.
"
Oleh Doug Mercer, Penyelidik Perunding dan Antoniu Miclaus, Jurutera Aplikasi Sistem
Sasaran
Matlamat aktiviti makmal ini adalah untuk menyiasat litar penerus aktif. Khususnya, litar penerus aktif menyepadukan penguat operasi, saluran P ambang rendah MOSFET, dan gelung maklum balas untuk mensintesis injap arus satu arah atau penerus dengan penurunan voltan hadapan yang lebih rendah daripada diod simpang PN konvensional.
pengetahuan latar belakang
Apabila bekalan kuasa menggunakan diod tradisional untuk membetulkan voltan AC untuk mendapatkan voltan DC, beberapa bahagian yang sememangnya tidak cekap mesti dibetulkan. Diod standard atau diod ultrafast mungkin mempunyai voltan hadapan 1 V atau lebih pada arus undian. Penurunan voltan hadapan diod ini adalah bersiri dengan sumber AC, yang mengurangkan potensi voltan keluaran DC. Juga, hasil kejatuhan voltan ini dan arus yang dihantar melalui diod bermakna pelesapan kuasa dan penjanaan haba boleh menjadi besar.
Voltan hadapan bawah diod Schottky adalah penambahbaikan berbanding diod standard. Walau bagaimanapun, diod Schottky juga mempunyai voltan hadapan tetap terbina dalam. Kecekapan yang lebih tinggi boleh dicapai dengan menukar peranti MOSFET secara aktif secara serentak dengan bentuk gelombang AC input untuk meniru diod, mengambil kesempatan daripada kehilangan pengaliran yang lebih rendah FET. Pembetulan aktif, sering dirujuk sebagai pembetulan segerak, melibatkan penukaran peranti FET pada titik yang sesuai dalam bentuk gelombang AC berdasarkan kekutuban, jadi ia bertindak sebagai penerus, mengalirkan arus hanya dalam arah yang dikehendaki.
Tidak seperti kes diod simpang, kehilangan pengaliran FET bergantung pada rintangan-on (RDS (HIDUP)) dan semasa. Pilih R rendahDS (HIDUP)FET yang cukup besar mengurangkan penurunan voltan hadapan kepada sebahagian kecil daripada apa yang boleh dicapai oleh mana-mana diod. Oleh itu, penerus segerak akan mempunyai kerugian yang jauh lebih rendah daripada diod, membantu meningkatkan kecekapan keseluruhan.
Reka bentuk litar adalah lebih kompleks daripada penerus berasaskan diod kerana isyarat get yang digunakan untuk menukar FET mesti disegerakkan. Kerumitan ini selalunya lebih mudah dikendalikan daripada kerumitan tambahan untuk mengeluarkan haba yang dihasilkan oleh diod. Dengan keperluan kecekapan yang semakin meningkat, dalam banyak kes tidak ada pilihan yang lebih baik daripada menggunakan pembetulan segerak.
Material
• ADALM2000 Pembelajaran Aktif Modul
• Papan Roti Tanpa Solder
• pelompat
• Satu penguat kendalian AD8541 CMOS dengan input/output rel-ke-rel-ke-rel
• Satu PMOS ZVP2110A Transistor (atau setaraf)
• A 4.7 µF kapasitor
• Kapasitor 220 µF
• A 10 Ω Perintang
• Perintang 2.2 kΩ
• Perintang 47 kΩ
• Perintang 1 kΩ
ilustrasikan
Bina litar penerus separuh gelombang ringkas yang ditunjukkan dalam Rajah 1 pada papan roti. Litar pemacu get aktif menggunakan penguat operasi (AD8541) untuk mengesan apabila bentuk gelombang input AC daripada output AWG berada di atas voltan keluaran Vkeluar(dalam arah positif), yang seterusnya menghidupkan PMOS Transistor M1. Litar ini menyediakan pembetulan aktif untuk voltan ac serendah voltan bekalan minimum op amp (2.7 V untuk AD8541) atau voltan ambang pintu peranti PMOS (1.5 V tipikal untuk ZVP2110A). Pada voltan input yang lebih rendah, pintu belakang MOSFET untuk mengalirkan diod mengambil alih, bertindak sebagai penerus diod biasa.
Rajah 1. Penerus separuh gelombang aktif menggunakan op amp berkuasa sendiri
Rajah 2. Penerus Separuh Gelombang Aktif Menggunakan Litar Papan Breadboard Op Amp Dikuasakan Sendiri
Apabila VINlebih besar daripada Vkeluarop amp akan menghidupkan transistor PMOS, dengan formula berikut:
di mana (voltan dirujuk kepada tanah):
VPINTU GERBANGialah voltan pada pintu gerbang M1.
VINUntuk voltan masukan AC.
Vkeluaruntuk C1 dan RLvoltan keluaran pada .
Voltan input dan output boleh dikaitkan dengan voltan sumber saliran PMOS VDSdan voltan sumber get VGSDihubungkan bersama, formulanya adalah seperti berikut:
Menggabungkan persamaan ini memberikan pemacu get MOSFET sebagai fungsi voltan sumber saliran:
Jika nilai R2 ialah 21 kali ganda daripada R1 (1 MΩ/47 kΩ), voltan punca saliran M1 VDSPenurunan 75 mV merentasi adalah mencukupi untuk menghidupkan transistor PMOS dengan voltan ambang C1.5 V. Nisbah R2 kepada R1 boleh lebih besar untuk mengurangkan penurunan voltan input-ke-output atau untuk menyokong transistor dengan voltan ambang yang lebih tinggi .
Op amp dikuasakan oleh kapasitor pelicin keluaran C1, jadi tiada bekalan kuasa tambahan diperlukan. Terdapat keperluan tertentu untuk op amp yang dipilih untuk litar ini. Penguat mesti mempunyai input dan output rel-ke-rel tanpa penyongsangan fasa keuntungan apabila beroperasi berhampiran rel bekalan. Lebar jalur op amp mengehadkan tindak balas frekuensi litar. Op amp semasa bekalan rendah sering dipilih untuk aplikasi ini untuk meningkatkan kecekapan, jadi lebar jalur dan kadar slew biasanya lebih rendah. Pada frekuensi input AC yang lebih tinggi (mungkin lebih tinggi daripada 500 Hz), keuntungan penguat akan mula menurun. Op amp CMOS bekalan tunggal AD8541 memenuhi semua keperluan ini dengan arus bekalan serendah 45 µA.
tetapan perkakasan
Sambungan papan roti untuk penerus separuh gelombang aktif menggunakan op amp berkuasa sendiri ditunjukkan dalam Rajah 2.
langkah program
AWG1 disambungkan ke VIN, hendaklah dikonfigurasikan sebagai gelombang sinus dengan amplitud lebih besar daripada 6 V puncak ke puncak, offset sifar dan frekuensi 100 Hz. Input osiloskop digunakan untuk memantau pelbagai titik di sekeliling litar, seperti VINVkeluarRSvoltan merentasi, dan melalui RSdan arus get M1.
Mulakan dengan kapasitor yang lebih besar iaitu 220 µF untuk C1. Kedua-dua 220 µF dan 4.7 µF Kapasitor terkutub, jadi pastikan anda menyambungkan hujung positif dan negatif dengan betul ke litar.
Gunakan dua input osiloskop untuk memantau VINpada bentuk gelombang AC input dan VkeluarBentuk gelombang keluaran DC pada . Vkeluarsepatutnya sangat dekat dengan VINPuncak. Sekarang gantikan kapasitor pukal 220 μF dengan kapasitor 4.7 μF yang lebih kecil. perhatikan VkeluarBentuk gelombang berubah pada. Apabila Vkeluarnilai yang paling hampir dengan VINselang kitaran input AC dibandingkan dengan voltan get transistor M1.
Rajah 3. Menggunakan Kapasitor 220 µF untuk Vkeluardan VIN Salin gambar rajah
Rajah 4. V Menggunakan Kapasitor 4.7 µFkeluardan VIN Salin gambar rajah
Saluran osiloskop 2 disambungkan pada shunt (iaitu perintang 10 Ω RS), gunakan ciri ukuran untuk mendapatkan nilai puncak dan purata arus. Sambungkan nilai purata dengan perintang beban 2.2 kΩ RLberbanding dengan nilai DC VkeluarDikira daripada voltan yang diukur. Ulangi pengukuran ini untuk nilai kapasitor 220 µF dan 4.7 µF.
Kegunaan lain litar ini
Litar yang hanya membenarkan arus mengalir dalam satu arah dengan penurunan voltan yang sangat rendah merentasi suis mempunyai potensi kegunaan lain. Dalam pengecas bateri, di mana kuasa input mungkin terputus-putus (seperti panel solar atau penjana turbin angin), adalah perlu untuk menghalang bateri daripada menyahcas apabila kuasa input tidak menghasilkan voltan yang cukup tinggi untuk mengecas bateri. Diod Schottky mudah biasanya digunakan untuk tujuan ini, tetapi seperti yang dinyatakan dalam bahagian latar belakang, ini mengakibatkan kehilangan kecekapan. Menggunakan op amp dengan arus bekalan operasi yang cukup rendah selalunya boleh lebih rendah daripada arus bocor terbalik diod Schottky yang besar.
soalan:
Bolehkah anda menamakan beberapa aplikasi praktikal penerus aktif? Anda boleh mendapatkan jawapan di forum Zon Pelajar.
Mengenai Peranti Analog
Peranti Analog, Inc. (NASDAQ: ADI) ialah peneraju dunia semikonduktor syarikat yang berdedikasi untuk merapatkan dunia fizikal dan digital untuk membolehkan inovasi terobosan di kelebihan pintar. ADI menyediakan penyelesaian yang menggabungkan teknologi analog, digital dan perisian untuk menggalakkan pembangunan berterusan kilang digital, kereta dan penjagaan perubatan digital, menangani cabaran perubahan iklim, dan mewujudkan hubungan yang boleh dipercayai antara manusia dan segala-galanya di dunia. Hasil tahun fiskal ADI 2022 melebihi AS$12 bilion, dengan lebih 24,000 pekerja di seluruh dunia. Bersama 125,000 pelanggan di seluruh dunia, ADI membantu para inovator terus melebihi apa yang mungkin. Untuk maklumat lanjut, lawati www.analog.com/cn.
Mengenai Pengarang
Doug Mercer lulus dari Institut Politeknik Rensselaer (RPI) pada tahun 1977 dengan BSEE. Sejak menyertai Peranti Analog pada tahun 1977, beliau telah menyumbang secara langsung atau tidak langsung kepada lebih daripada 30 produk penukar data dan memegang 13 paten. Beliau dinamakan Fellow ADI pada tahun 1995. Pada tahun 2009, beliau beralih daripada pekerjaan sepenuh masa dan terus berkhidmat sebagai perunding kepada ADI sebagai penyelidik emeritus, menulis untuk Inisiatif Pembelajaran Aktif. Pada tahun 2016, beliau telah dilantik sebagai Jurutera dalam Kediaman Jabatan RPI ECSE. Hubungi: doug.mercer@analog.com.
Antoniu Miclaus kini merupakan Jurutera Aplikasi Sistem di Peranti Analog, bekerja pada projek pengajaran ADI dan membangunkan perisian terbenam untuk Litar dari Lab®, automasi QA dan pengurusan proses. Beliau menyertai Peranti Analog pada Februari 2017 di Cluj-Napoca, Romania. Beliau kini merupakan pelajar MSc dalam program MSc Kejuruteraan Perisian di Babes Bowyer University dan memegang BSc dalam Kejuruteraan Elektronik dan Telekomunikasi dari Universiti Teknikal Cluj-Napoca. Hubungi: antoniu.miclaus@analog.com.
Lihat lagi: modul IGBT | Memaparkan LCD | Komponen Elektronik