ШИМ-Контроллер

За последнее десятилетие мы видим ускоренный темп развития электронных устройств. Вместе с ним растут и требования к устройству питания. Линейные регуляторы напряжения имеют низкий КПД и не всегда могут обеспечить требования, предъявляемые к устройству. Схемы с синхронным выпрямителем сегодня получили большое распространение. Номенклатура ИС, выпускаемых различными производителями, очень велика. В данной статье пойдет речь об особенностях использования синхронного ключа в синхронном выпрямителе и будет рассмотренно несколько видов ШИМ-контроллеров компании International Rectifier.

Схема синхронного выпрямителя была разработана очень давно. Для ее построения используются обычные n-канальные полевые транзисторы, только работают они в источниках питания с низким выходным напряжением и заменяют собой выпрямительные диоды. Напряжение сток-исток таких транзисторов обычно невелико, но емкости между сток-исток и затвор-сток весьма и весьма значительны. Характерной особенностью работы полевых транзисторов в качестве синхронных выпрямителей является их работа в четвертом квадранте их вольтамперной характеристики, то есть ток через них протекает в обратном направлении — от истока к стоку. На рис. 1 представлена схема построения синхронного выпрямителя.

Даже если на затворы транзисторов не подавать вообще никакого сигнала, ток все равно будет протекать через паразитный диод. Сначала следует обратить внимание на то, что работа синхронного ключа зависит от работы других управляемых ключей, в нашем примере — от работы коммутирующего транзистора Q1. Управляющие сигналы для обоих ключей являются зависимыми друг от друга и должны отвечать определенным временным критериям. Управляющие сигналы ни в коем случае не должны накладываться друг на друга — это неизбежно приведет к протеканию ничем не ограниченного сквозного тока через оба открытых ключа. В идеале оба транзистора должны переключаться одновременно и никакой ток через паразитный диод синхронного ключа протекать не должен. Но, к сожалению, избежать протекания тока через паразитный диод практически никогда не удается. Для этого требуется слишком точное и адаптивное время задержки, выходящее за пределы традиционных технологий. Поэтому в большинстве случаев приходится мириться с весьма небольшим промежутком времени — обычно от 20 до 80 нс — когда синхронный ключ еще не включился и весь ток течет через его паразитный диод. Можно ли посмотреть интерсные фотографии этого процесса?

Процесс работы синхронного выпрямителя был описан во многих изданиях и различных статьях, но не все они в равной мере описывают процесс, протекающий в синхронном ключе. Процесс включения синхронного ключа начинается с момента выключения коммутирующего ключа Q1. Когда управляющее напряжение на затворе коммутирующего транзистора становится низким, напряжение на его стоке стремится от уровня входного напряжения к нулю. Ток продолжает протекать через коммутирующий транзистор до тех пор, пока не разрядится выходной конденсатор и паразитный диод не получит прямое смещение. В этот момент синхронный ключ принимает на себя весь ток и коммутирующий транзистор окончательно выключается.

Рис. 1