Создан идеальный диод
Как известно, диод - прибор (двухполюсник), пропускающий ток в одном направлении и не пропускающий его в другом направлении. Но реальные диоды начинают пропускать ток только с некоторого прямого падения напряжения, при меньшем падении напряжения ток не идёт. Сделать аналог идеального диода можно, например, на операционном усилителе, но это будет уже не двухполюсник, потребуется питание, и подойдёт такой аналог диода лишь для детектирования малых сигналов. А как быть с выпрямлением? Лишнее падение напряжения - это лишние потери, необходимость отвода тепла. Обычные кремниевые диоды начинают проводить при прямом падении напряжения на них около 0,6 В, диоды Шоттки включаются при прямом напряжении около 0,4 В, германиевые диоды имеют малое прямое падение напряжения (от 0,2 В), но большие обратные токи, и требуют ещё больших теплоотводов, чем кремниевые, поскольку плохо переносят нагрев. К тому же они сейчас практически не применяются.
Фирма Texas Instruments выпускает микросхему LM74610-Q1, которую можно было бы назвать "Контроллер умного диода". Полное её наименование на английском звучит так: Zero IQ Reverse Polarity Protection Smart Diode Controller. IQ в данном случае - это ток покоя. Он равен нулю, т.к. микросхема вместе с небольшим количеством навесных элементов представляет собой двухполюсник, не требующий питания. Питается она как раз тем самым небольшим прямым падением напряжения на ней, и расходует это питание на то, чтобы это падение уменьшить, тем самым снизив потери мощности. Когда увидел обзор этой микросхемы, не мог поверить в такое волшебство современной электроники, но, почитав даташит в первоисточнике, пришёл к выводу, что так и есть. Поначалу непонятно было, стоило ли так заморачиваться, чтобы получился именно двухполюсник, можно ведь было выделить ради такого умного диода и дополнительный источник питания. Но, если нужно сделать, например, мостовой выпрямитель, то пришлось бы городить четыре независимых источника питания с гальванической развязкой, а это уже геморрой...
Приведу типовую схему включения из даташита.
Ведёт себя эта схема так. Исходно, пока всё обесточено, полевой транзистор закрыт. Если потенциал на аноде меньше потенциала на катоде, ток через схему не течёт. При положительной разности потенциалов анод-катод ток начинает течь через встроенный в полевой транзистор диод, и падение напряжения на транзисторе оказывается равным прямому падению напряжения на этом диоде. При напряжении около 0,48 В начинает работать зарядный насос, и подключенный к контроллеру конденсатор VCAP заряжается до напряжения 6,3 В, которое используется для питания всей микросхемы и для получения управляющего напряжения GATE DRIVE, открывающего полевой транзистор. В результате транзистор открывается и падение напряжения на "умном диоде" сокращается до минимума. В таком состоянии устройство может находиться до тех пор, пока конденсатор VCAP не разрядится до 5,1 В или пока не изменится направление тока. В первом случае полевой транзистор закроется и снова заработает зарядный насос, который быстро зарядит VCAP, во втором случае контроллер обнаружит смену полярности на выводах анода и катода (достаточно обратного напряжения 20 мВ) и в течение 2 мкс принудительно закроет полевой транзистор.
Звучит всё это заманчиво, но мне, как устаревшему схемотехнику, совершенно непонятно вот что.
1. Как микросхема на кремниевых транзисторах может работать при напряжении питания всего 0,48В?
2. Как с помощью всего одного внешнего конденсатора сделан умножитель напряжения более чем в 10 раз?
3. Как сделана защита контроллера от отрицательного напряжения анод-катод? Заявлено обратное напряжение 45 В, а диод здесь неуместен, т.к. напряжение, от которого питается контроллер, по определению меньше прямого падения напряжения на диоде.
Фирма Texas Instruments выпускает микросхему LM74610-Q1, которую можно было бы назвать "Контроллер умного диода". Полное её наименование на английском звучит так: Zero IQ Reverse Polarity Protection Smart Diode Controller. IQ в данном случае - это ток покоя. Он равен нулю, т.к. микросхема вместе с небольшим количеством навесных элементов представляет собой двухполюсник, не требующий питания. Питается она как раз тем самым небольшим прямым падением напряжения на ней, и расходует это питание на то, чтобы это падение уменьшить, тем самым снизив потери мощности. Когда увидел обзор этой микросхемы, не мог поверить в такое волшебство современной электроники, но, почитав даташит в первоисточнике, пришёл к выводу, что так и есть. Поначалу непонятно было, стоило ли так заморачиваться, чтобы получился именно двухполюсник, можно ведь было выделить ради такого умного диода и дополнительный источник питания. Но, если нужно сделать, например, мостовой выпрямитель, то пришлось бы городить четыре независимых источника питания с гальванической развязкой, а это уже геморрой...
Приведу типовую схему включения из даташита.
Ведёт себя эта схема так. Исходно, пока всё обесточено, полевой транзистор закрыт. Если потенциал на аноде меньше потенциала на катоде, ток через схему не течёт. При положительной разности потенциалов анод-катод ток начинает течь через встроенный в полевой транзистор диод, и падение напряжения на транзисторе оказывается равным прямому падению напряжения на этом диоде. При напряжении около 0,48 В начинает работать зарядный насос, и подключенный к контроллеру конденсатор VCAP заряжается до напряжения 6,3 В, которое используется для питания всей микросхемы и для получения управляющего напряжения GATE DRIVE, открывающего полевой транзистор. В результате транзистор открывается и падение напряжения на "умном диоде" сокращается до минимума. В таком состоянии устройство может находиться до тех пор, пока конденсатор VCAP не разрядится до 5,1 В или пока не изменится направление тока. В первом случае полевой транзистор закроется и снова заработает зарядный насос, который быстро зарядит VCAP, во втором случае контроллер обнаружит смену полярности на выводах анода и катода (достаточно обратного напряжения 20 мВ) и в течение 2 мкс принудительно закроет полевой транзистор.
Звучит всё это заманчиво, но мне, как устаревшему схемотехнику, совершенно непонятно вот что.
1. Как микросхема на кремниевых транзисторах может работать при напряжении питания всего 0,48В?
2. Как с помощью всего одного внешнего конденсатора сделан умножитель напряжения более чем в 10 раз?
3. Как сделана защита контроллера от отрицательного напряжения анод-катод? Заявлено обратное напряжение 45 В, а диод здесь неуместен, т.к. напряжение, от которого питается контроллер, по определению меньше прямого падения напряжения на диоде.