Raddrizzatore Ideale con Mosfet per garantire una Altissima Efficienza e una Caduta di Tensione Minore Rispetto ai Diodi…
INTRO
In commercio esistono integrati che permettono di realizzare un raddrizzatore ideale che al posto dei diodi utilizza dei MOSFET in modo tale da non avere una caduta di tensione dovuta alla barriera di potenziale dei diodi.
Oltre ai MOSFET, per il funzionamento del raddrizzatore ideale, è necessario utilizzare un controller, ovvero un integrato che pilota i MOSFET in modo tale da far scorrere la corrente nel verso giusto per ogni semionda.
In particolare l’integrato LT4320 è un controller che permette di raddrizzare una tensione che può avere una frequenza pari a 0 (ovvero una tensione continua) fino ad un massimo di 600Hz. Questo circuito è ideale per i sistemi a bassa tensione, dove una caduta di tensione nell’ordine del volt (ad esempio con un ponte di diodi Schottky si ha almeno 0.8V di caduta) potrebbe creare problemi nella progettazione.
L’utilizzo di un ponte di diodi ideale permette inoltre di eliminare problemi termici visto che dissipano una potenza molto bassa e quindi creano una quantità di calore esigua che dipende dalla resistenza di ON (Rds_on). Grazie alla pompa di carica interna, l’integrato permette di avere tutti N-MOS in uscita, senza necessità di avere P-MOS, più costosi e meno conduttivi dei precedenti.
SCHEMA E CARATTERISTICHE
Lo schema è molto semplice, serve solo il controller, i 4 MOSFET a canale N e i condensatori di livellamento per creare un convertitore da tensione alternata a continua. Si avrà:
Durante la semionda positiva la tensione VGS di MTG1 è maggiore di 2V e quindi MTG1 acceso, stessa cosa accade per MBG1 e quindi la corrente segue il percorso MTG1-MBG1. Durante la semionda negativa invece conduce MTG2 e MBG2.
Il condensatore da 1uF e C1 sono i condensatori di livellamento.
Le caratteristiche di questo integrato sono le seguenti:
- Tensione di alimentazione: da 9V ad un massimo di 72V
- Corrente assorbita: da 1mA ad un massimo di 1.5mA
- VGS top MOSFET: da 6.6V ad un massimo di 10.8V
- VGS bottom MOSFET: da 7V ad un massimo di 12V
Le caratteristiche del raddrizzatore invece dipendono di MOSFET usati.
In particolare bisogna avere MOSFET con una tensione di soglia maggiore di 2V per non avere capacità di gate elevate, quindi bisogna tenere sotto controllo anche la carica totale Qc che deve essere minore di 100nC circa. La RDS(on) del MOSFET inoltre deve essere minore di un valore che dipende dalla corrente del raddrizzatore, inoltre dipende dal fatto se l’ingresso è continuo o alternato. Si avrà:
Quindi se ho una pale eolica (dove la tensione di uscita si può invertire) e la corrente di uscita è 1A servono dei MOSFET con RDS cacolata a VGS=4.5V. Per l’ingresso alternato invece vi è un fattore 3, quindi se in uscita si vogliono 10A e l’ingresso è alternato servono 4 MOSFET con RDS=0.001 Ohm.
Inoltre bisogna considerare la VDS massima supportata dai MOSFET, da questo valore dipende la tensione massima di ingresso del raddrizzatore, ad esempio, se uso MOSFET con VDS massima di 30V non potrò avere in ingresso tensioni superiori a 20Vrms alternati oppure 30V continui.
EFFICIENZA
Considerando la termografia di un raddrizzatore realizzato con diodi Schottky e di uno realizzato con 4 MOSFET e un LT4320 si ha la seguente situazione:
Dalla tabella comparativa si vede che vi è un incremento di temperatura molto maggiore nel caso dei diodi rispetto al ponte di diodi ideale. Questo ovviamente implica che il ponte di diodi ideale è molto più efficiente.
Consideriamo una corrente di 5A con uscita a 12V. Supponiamo di usare dei diodi Schottky con caduta di tensione di Vf=0.5V per il ponte di diodi classico e dei MOSFET con RDS pari a 0.002 Ohm per il ponte di diodi ideale. Nel caso classico si ha una potenza dissipata pari a Vf*I*2 quindi circa 0.5*5*2=5W, ovviamente è un calcolo molto approssimato. Nel caso del ponte di diodi ideali la potenza sarà Rds_on*(I^2)*2 ovvero 0.002*25*2=0.1W quindi addirittura 50 volte minore.
Lo schema realizzato su breadboard con MOSFET FDB6035 e due condensatori (uno da 1000uF e uno da 2200uF) è il seguente:
Usando chip SMD e 4 MOSFET integrati in un unico chip si possono avere anche dimensioni molto ridotte anche ad elevate correnti di uscita, addirittura dimensioni minore rispetto i normali diodi vista l’alta efficienza.
DOWNLOAD
Potete scaricare il datasheet dell’integrato LT4320 al seguente LINK!!!
