Köprü Diyot Yerine Mosfet Aktif Doğrultucu (+ Uygulamalar LM317 0-30V 0-5A, NCP1230 SMPS 20V 5A)

Güç elektroniğinde Verimliliği arttırmak, kayıpları en aza indirmek için Mosfet kullanılarak aktif DC doğrultucu modülü. Mosfet’li doğrultucu, klasik silikon diyot, köprü doğrultucunun hem de çift yönlü, simetrik doğrultucunun yerine avantajlı bir şekilde kullanılabilir.

En büyük avantajı, minimum güç kayıplarına (diyotlardan on kat daha küçük) ulaşmaktır. Bu, yüksek verimlilik, düşük ısı kaybı, minimum soğutma gereksinimi, artırılmış güvenilirlik, enerji tasarrufu ve maliyet tasarrufu sağlar.

Aktif Mosfet Doğrultucu

Çeşitli stabilize cihazlar gibi daha yüksek akım tüketimine sahip cihazlarda, ister doğrusal ister anahtarlamalı güç kaynakları, şarj cihazları veya güç amplifikatörleri olsun, güç kayıplarının ana nedenlerinden biri, cihazı çalıştırmak için kullanılan DC doğrultucudur.

Bir hat trafosu veya D Sınıfı amplifikatörlerle beslenen verimli bir anahtarlamalı güç kaynağı durumunda, bu durum, DC doğrultucu kayıplarının, oldukça verimli bir cihazdaki diğer kayıpların toplamını aştığı noktaya ulaşabilir (ve bu, yüksek akım tüketimine sahip düşük voltajlı doğrultucular için iki katına çıkar).

%95’in üzerinde verimliliğe sahip, 5A’da zar zor ısınan bir anahtarlama güç kaynağı ve aynı zamanda, normalde 300W’lık bir D Sınıfı amplifikatörden birkaç kat daha büyük bir amplifikatör gerektiren mükemmel bir köprü doğrultucu vardı, bu yüzden bu konuda bir şeyler yapmanın zamanı gelmişti.

Güç doğrultucusundaki daha yüksek akımlardaki kayıpları azaltmak için, mevcut silikon diyotları, aynı akımda aynı yönde daha düşük voltaja sahip Schottky diyotlarla ek değişiklik yapmadan değiştirmek mümkündür.

Ne yazık ki, bu fark yalnızca düşük akımlarda en yüksek seviyededir ve daha yüksek akımlarda artık o kadar belirgin değildir, ancak tasarruflar gözle görülür.

Kullanılan tipe de bağlıdır, ancak yüksek akımlarda en düşük ileri gerilime sahip Schottky diyotlar yalnızca 60 volta kadar düşük gerilimlerle üretilir ve 20A kadar akımlar için yapılır.
Ancak, soğutma / soğutucu kullanma ihtiyacını ortadan kaldıracak minimum kayıplara ulaşmak istiyorsak, biraz daha karmaşık bir çözüm aramamız gerekir: Mosfet’i aktif kontrollü doğrultucu olarak kullanmak.

Mosfet ile geleneksel bir silikon veya Schottky diyot arasındaki kayıp azaltma farkının ne kadar önemli olduğunu anlamak için Şekil 1’deki grafiğe bakın. (970mV ve 9,7 W güç kaybı), ardından aynı şey MBR4060 Schottky diyot için de geçerli (450mV ileri gerilim düşüşü ve 4,5W güç kaybı) ve son olarak IRF3205 Mosfet tipi transistör için de geçerli (D.S. bağlantı gerilim düşüşü sadece 70mV ve güç kaybı sadece 0,7W), IRF3205, MBR4060 Schottky diyottan 2 kattan daha ucuzdur.

DC Doğrultucu Kayıpları

Aktif DC Doğrultucu Devre Şemaları

80 Plus Sertifikasyonu

Diyot yerine mosfet kullanılan doğrultucu sistemini yeni nesil PFC destekli Bilgisayar güç kaynaklarında görüyorum. Ama yüksek güç yani 12V hattında hala diyot kullanıyorlar neyse.

2003 yılında, bilgi işlem ve multimedya teknolojilerinde kullanılan güç kaynaklarının daha yüksek verimliliğini teşvik etmek amacıyla bir kuruluş kurulmuş. 80 Plus kuruluşu tarafından yapılan testlere dayanarak, %80’den yüksek verimliliğe sahip kaynaklara sertifikalar verilmektedir.

Sertifikaların çeşitli versiyonları mevcutmuş. Verimliliğe göre kaynakların sertifikalandırılması

Kaynaklar, 115V ±%1 ve 230V ±%1 giriş voltajlarından biri için test edilmiştir. Daha yüksek giriş voltajına sahip kaynaklar, daha düşük giriş akımı nedeniyle daha yüksek verimliliğe sahip olacaktır. Ölçümler %20, %50 ve %100’lük farklı yükler için gerçekleştirilir.

Her bir yük için minimum verimlilik sınırları belirlenir, bu sınırların altına düşülmemelidir, aksi takdirde güç kaynağının verimliliği belirtilen sertifikaya ulaşamaz.

80 PLUS sertifikası

80 PLUS sertifikası ve üzerini almak için bir diğer koşul da cosP 0,9 güç faktörüne ihtiyaç duyulmasıdır. Bu tür sertifikalı kaynakların kullanılmasının avantajı öncelikle işletme maliyetinde tasarruf, daha düşük ısı üretimi ve buna bağlı olarak daha yüksek güvenilirlik, daha düşük soğutma gereksinimleri ve daha düşük gürültüdür.

Yukarıda belirtilen avantajların nihayetinde yüksek fiyatı ağır basıp basmadığını değerlendirmek gerekir. Güç kaynağı seçimi de önemlidir. Güç kaynağı ile cihazın güç tüketiminin yakın olması tercih edilir. 80 PLUS sertifikalarının dezavantajı ise bekleme (StandBy *) durumundaki kaynakların tüketimiyle hiç ilgilenmemeleridir. Bu durumda güç tüketimi 10W’a kadar çıkabilir.

ATX Güç Kaynağı Mosfet Doğrultucu Devre Şeması

Piyasada 750…850W arası etiketler ile satılan yeni nesil ATX güç kaynağı mosfetli doğrultucunun şemasını çıkarttım ilginç bir tasarım.

Karel Bartoň tarafından hazırlanan bu yazı bir çok kişiye kaynak olmuş tezlerinde kullanmışlar. Dosyaya bunlarıda ekliyorum. LM317 & LM741 ile yapılan 0-30V 0-5A güç kaynağı DC doğrultma katında IR2101, IRF3205 Mosfetli devre kullanılmış.

Diğer uygulama ise 20V 5A SMPS Devresi. NCP1230, NCP4302 kullanılıyor doğrultucu mosfet ise IRFS4010

Kaynak: forosdeelectronica.com/threads/rectificaci%C3%B3n-activa-con-mosfet.165761/