Идеальный диод своими руками
Напряжение питания современных FPGA, uP и SOC настолько мало, что применение диодов становится невозможным. Вместо этого применяются идеальные диоды на основе MOSFET и схемы контроля, т.е. синхронные преобразователи. Существует большое разнообразие схем контроля, например, для:
диодного моста, flyback и др. Вот и я решил сделать свой идеальный диод.
На мой взгляд, идеальный диод должен работать при напряжении нагрузки от 0В и токе не менее 20..100А.
Это позволит создавать более эффективные схемы защиты
цепей питания FPGA, uP и SOC, снизит потери за счет
низкого сопротивления MOSFET, а ещё это один из основных
элементов электронной нагрузки переменного и постоянного
токов (мечта моего детства).
Идея проста: при положительном потенциале постоянного тока
или положительной полуволне переменного тока MOSFET
открывается, а в других случаях — закрывается.
В качестве MOSFET лучше всего использовать N тип.
Традиционно N тип применяется для нижнего включения:
Но ничто не мешает поставить N тип сверху:
Схема управления — это компаратор. При положительном
потенциале на входе схемы, компаратор формирует
напряжение, достаточное для открывания MOSFET. Если это
схема защиты от переполюсовки, то особых требований к
компаратору нет. Иная ситуация — это когда на вход
подаётся переменный ток. В этом случае при увеличении
частоты сигнала или скорости нарастания фронта, может
потребоваться дополнительный драйвер MOSFET, который будет
способен быстро перезаряжать большую ёмкость затвора.
Если в качестве входного сигнала используется напряжение
переменного тока частотой 50Гц и амплитудой 0.9В, то
осциллограммы схемы нижнего включения MOSFET выглядят так:
Потери схемы идеального диода зависят только от тока
нагрузки. Так при 20А получается примерно 1.2Вт. По
сравнению с (20..25)Вт диода, потери в 20 раз меньше. Но это
ещё не предел, т.к. MOSFET’ы можно параллелить.
Например, для 4х параллельно включённых MOSFET`ов,
потери составят примерно 0.3Вт. С диодами такой фокус не
проходит.
В целом, я остался доволен результатами, т.к.:
1) схемы можно применять для защиты FPGA, uP и SOC от
переполюсовки;
2) на основе схем можно построить идеальный мост, но надо
не забыть только про схему защиты от сквозного тока;
3) я немного успокоился от того, что на работе занимался
какой-то фигнёй (моделированием).