Entwicklung von MOSFET-Brückengleichrichtern für hohe Spannungen

Ich habe mich mit MOSFET-Brückengleichrichtern, auch als "Null-IQ"-Gleichrichter bekannt, als Ersatz für herkömmliche Brückengleichrichter auf Diodenbasis beschäftigt.

Hier ist ein einfaches Beispiel:

MOSFET-Brückenschaltbild

Der Vorteil besteht natürlich darin, dass die MOSFETs keinen Durchlassspannungsabfall wie eine normale Diode aufweisen, was einen deutlich höheren Wirkungsgrad in Fällen ermöglicht, in denen der Strom hoch oder die Spannung niedrig ist.

Der Haupteinschränkungsfaktor für Designs mit höherer Leistung scheint zu sein, dass Sie keine MOSFETs mit einem V gs (max) bekommen können , das hoch genug ist, um Spannungen von mehr als 80 V gleichzurichten. Es gibt einige Steuer-ICs, die für eine höhere Spannungsgleichrichtung ausgelegt sind (z. B. LT4320 , LM74670 ), aber auch sie sind auf etwa 75 V Dauerspannung begrenzt.

Mein erster Gedanke zur Lösung dieses Problems war, die Spannung mit Zenern zu klemmen, aber ich stieß auf das Problem, dass Sie die Spannung an zwei der Transistoren gut klemmen können, aber wenn Sie versuchen, alle vier zu tun, werden Sie einfach durchgeschossen, weil die Dioden bieten einen Weg direkt über den AC-Eingang.

Ich habe auch darüber nachgedacht, stattdessen IGBTs zu verwenden, aber sie scheinen auch ziemlich begrenzte Gate-Spannungen zu haben.

Gibt es eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, indem man entweder die Gate-Spannungsgrenze irgendwie umgeht oder die Topologie ändert?

Sie benötigen isolierte Gate-Treiber, und ich glaube nicht, dass Sie sie außerhalb der Leitung steuern können. Sie benötigen eine Steuerung. Das alles macht es deutlich komplizierter als das, was Sie im Sinn zu haben scheinen. Kompliziert genug, dass Sie einfach mit allen NMOS gehen würden, weil PMOS keine Schaltkreise einspart.
Könnten Sie eine Antwort zusammenstellen, die erklärt, wie das funktionieren würde? Ich versuche mir vorzustellen, wie die einzelnen Gate-Ansteuerspannungen erzeugt würden, ohne die Effizienzgewinne gegenüber einer normalen Brücke (bei beispielsweise 30 A / 200 V) zu negieren, aber ich kann es mir nicht ganz vorstellen. Es macht mir nichts aus, ein komplexeres Design zusammenzustellen, wenn auch meistens nur aus akademischer Neugier und nicht aus praktischen Gründen.
Die Transistoren werden grundsätzlich einzeln gesteuert, als wären sie die High-Side-Transistoren in einem Wechselrichter oder Motortreiber. Schau das nach.
Entschuldigung, da kann ich nicht ganz folgen. Ich dachte, ein Wechselrichter sei eine Schaltung, die einen Gleichstromeingang aufnimmt und einen Wechselstromausgang erzeugt? Oder meinst du wie ein Inverter-Logikgatter?
Wechselrichter können so programmiert werden, dass sie Transistoren unterschiedlich ein- und ausschalten, um viele Dinge zu tun.
i.stack.imgur.com/ucqGR.jpg Sieht der Gleichrichterteil nicht vage wie der Wechselrichterteil aus? Dies ist dreiphasig, aber es ist dasselbe mit H-Brücken und Brückengleichrichtern.
Sicher, denk ich? Aber ich bin mir nicht sicher, ob mir das hier wirklich hilft, da das Schalten alles auf der Niederspannungsseite erfolgt, bevor es vom Ausgangstransformator verstärkt wird.
Der Punkt ist, dass ein Wechselrichter nur ein Gleichrichter mit Transistoren anstelle von Dioden ist und nichts Sie daran hindert, Strom in die entgegengesetzte Richtung durch ihn zu schicken und ihn so zu schalten, wie Sie es brauchen. Was Sie gerade haben, ohne die Unterstützungs- und Steuerkreise.
Eines der Merkmale einer Gleichrichterbrücke ist, dass sich die Glättungskappe nicht zurück ins Netz entlädt, wenn die Netzspannung niedriger als der Gleichstrom an der Kappe ist ... was ist also, wenn der Ausgang dieses Gleichrichters an eine große Glättungskappe angeschlossen ist?
Es schließt den Ausgang kurz, da es einen vollen Halbzyklus anstelle von maximal 1/4 Zyklus leitet. Der Ladezyklus muss immer max. 50 % betragen und fällt auf % Vdc Welligkeit ab
@Dave Tweed Ihr gelöschter cct mit Dioden-Deeding der 10ks sollte funktionieren. FETS leiten dann nur, wenn AC "über" der Ausgangsspannung liegt.
"Ich habe auch darüber nachgedacht, stattdessen IGBTs zu verwenden" - aber sie haben einen relativ hohen Spannungsabfall und lösen daher das ursprüngliche Problem nicht.

Antworten (2)

Dieser Gleichrichter funktioniert möglicherweise nicht wie erwartet oder benötigt.

Die MOSFETs schalten sich ein und leiten für den entsprechenden Zweig der Schaltung, aber im Gegensatz zu einem herkömmlichen Gleichrichter bleiben sie an der „hinteren“ Flanke des AC-Eingangs leitend. Wenn Sie also das Signal spitzengleichrichten möchten, funktioniert dies nicht - die FETs entladen auch den Kondensator.

Sie können am Ausgang eine Diode (oder sogar einen Schottky) hinzufügen; oder Sie können 2 der MOSFETs durch einfache Dioden ersetzen. Auf diese Weise hat der gesamte Brückengleichrichter nur einen Abfall von einer Diode + FET-Widerstand, nicht 2 Dioden wie bei einem herkömmlichen Gleichrichter.

Hinweis: Dave Tweed bemerkte, dass diese Schaltung Probleme hat.
Ich lasse es hier, da es hilft, das Problem zu klären. Zeige Kommentare.

Dies basiert auf der jetzt gelöschten Schaltung von Dave Tweed mit 4 hinzugefügten Dioden.

Die Dioden in Reihe mit den 10k-Widerständen treiben die FETs nur dann an, wenn Vmains für einen gegebenen FET um Vf_diode + Vth_FET über V_DC_out liegt.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Diagram ist eine gehackte About-Cut-and-Paste-Version von Dave Tweeds Diagramm.

David Tweed sagte:

Wenn Sie beispielsweise 10-V-400-mW-Zener verwenden, können sie einen durchschnittlichen Strom von 40 mA verarbeiten. Mit 10k-Widerständen können Sie etwa 400 V verarbeiten.

Achten Sie aber auch auf die Verlustleistung in den Widerständen. Größere Widerstandswerte verbrauchen weniger Leistung, verlangsamen aber auch das Schalten etwas.

Das funktioniert nicht. Die zusätzlichen Dioden verhindern, dass die MOSFETs jemals eingeschaltet werden.
@DaveTweed Hoppla – stimmt. Drehen Sie die Dioden um 180 Grad. Wie dumm von mir. Du verstehst den Punkt aber. Mit Dioden der richtigen Polarität denke ich, dass es funktioniert. Ja?
Nein. Dann haben Sie immer noch Tonys Problem des Durchschießens, wenn die Spannung hoch genug ist, um alle Transistoren gleichzeitig einzuschalten. Dieser "Trick" funktioniert nur für Niederspannungsanwendungen, wo er den größten Wert hat. Hochspannungsanwendungen benötigen eine viel komplexere Steuerschaltung. Deshalb habe ich aufgegeben und meine Antwort gelöscht.
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