Rectificación síncrona







Índice


ÍNDICE DE FIGURAS

ÍNDICE DE TABLAS


1. JUSTIFICACIÓN DE LA RECTIFICACIÓN SÍNCRONA
En los convertidores continua/continua de baja tensión de salida y alta corriente de salida es fundamental reducir las pérdidas que se producen en los dispositivos rectificadores. Si se utilizasen diodos como dispositivos rectificadores la eficiencia máxima se vería limitada avalores inferiores al 80 %, debido a las pérdidas de la etapa rectificadora [1].
Las pérdidas de potencia que se producen en las diferentes etapas de un convertidor, tales como las de la etapa de filtrado, de transformación, de control de rectificación, así como en elementos resonantes y los interruptores de potencia dependen de numerosos factores entre los que se encuentra la topología utilizada, lafrecuencia de conmutación y principalmente la tensión de salida. Esta última afecta fundamentalmente al porcentaje que representan las pérdidas de rectificación respecto a la potencia de salida del convertidor.
En la Figura 1. b) se muestra la distribución de pérdidas por conducción de la etapa rectificadora en un convertidor de baja tensión de salida (3,3 V) [1]. Se observa que aproximadamenteel 50% de las pérdidas del convertidor se producen en la etapa rectificadora.

a) Convertidor CC/CC con transformador. b) Distribución de las pérdidas.
Figura . Distribución de las pérdidas en un convertidor CC/CC con transformador de baja tensión de salida y rectificación con diodos.
Para ilustrar la influencia de la etapa rectificadora en la eficiencia global del convertidor al irreduciendo la tensión de salida (Vs), se puede calcular la eficiencia global de un convertidor (η) teniendo en cuenta solo las pérdidas en la etapa de rectificación (Pd). Si se asume que la corriente de salida (Is) circula en todo momento por alguno de los diodos, el rendimiento puede calcularse con la siguiente expresión en la que se aprecia que la caída de tensión directa en el diodo (Vγ ) es tanto mássignificativa cuanto menor es la tensión de salida
.
Ecuación
En la siguiente figura se muestra una gráfica que describe el comportamiento de la Ecuación 1, en función de la tensión de salida. En esta gráfica se muestra el efecto de la disminución del voltaje de salida sobre la eficiencia del convertidor, considerando un diodo de rectificación convencional y un diodo Schottky, con una caída detensión de 0,6 V y 0,3 V respectivamente.

Figura . Efecto de la disminución del voltaje de salida en el rendimiento del convertidor (considerando únicamente la etapa rectificadora) [2].
Considerando únicamente las pérdidas de la etapa rectificadora el rendimiento del convertidor está muy limitado, si utilizamos diodos como rectificadores en la salida. Por lo tanto, la única manera de mantenerla eficiencia en niveles significativamente altos es el empleo de rectificadores síncronos. El objetivo fundamental de la rectificación síncrona es la reducción de las pérdidas de la etapa rectificadora, sustituyendo los diodos rectificadores convencionales por rectificadores síncronos con menor caída de tensión.
Se expone el siguiente ejemplo, en el que se calculan las pérdidas producidascuando se conducen 20 A con el fin de obtener una idea clara del beneficio de aplicar esta técnica.
Un diodo Schottky con una tensión nominal de 0,3 V de voltaje directo tiene una disipación de energía:
Is·Vγ = 20 · 0,3 = 6 W
Mientras que un MOSFET con una resistencia de ON de 5mΩ a 100ºC, proporciona una disipación de energía de:
Is^2·RDSon= 202·0,005 = 2 W
Esto resultaría en un incremento deeficiencia del 4 % en una fuente de alimentación de 100 W, que vistos desde el punto de la reducción de pérdidas supone un decremento del 66,66 %.
La reducción de pérdidas conlleva una menor disipación de calor permitiendo reducir el tamaño de los circuitos realizados, evitando el uso de refrigeración forzada, pudiendo realizarse circuitos con mayores densidades de potencia. Otras ventajas son: la...