有源整流
有源整流（Active rectification）或同步整流（synchronous rectification）是由有源控制的电子开关取代二极管，以提升整流效率的技术，使用的电子开关多半是功率MOSFET或双极性晶体管[1]。一般半导体的二极管压降固定，约为0.5至1V，在工作电流范围内，压降不会随电流有明显的变化，有源整流器的压降比较像是电阻，在低电流时的压降很小。
整流器是将交流的电压转换为直流的电压，使用有源整流时，会在输入电压为正时将开关打开，输入电压为负时关闭开关。因为开关的导通和关闭和电压同步，或是和电路中的其他开关有同步的关系，因此称为同步整流。
以往用振动器驱动的开关，或是用马达驱动的换向器也曾用在机械整流器及同步整流[2]。
有源整流有很多的应用，常用在太阳能光伏板的阵列中，在使得功率损失最小的情形下，也避免因为部分光伏板未晒到太阳，电流回灌造成的过热。有源整流也常用在开关模式电源（SMPS）里[1]。
有关有源整流的架构，可以参考H桥。像是降压变换器中也会用同步整流代替二极管。
目的[编辑]
标准PN结二极管的固定电压降约在0.7 V至1.7 V之间，因此二极管上会产生相当的功率损失。功率是电压和电流的乘积，若任何一个增加，功率就会增加。
在低电压的直流-直流转换器（约10V或是更低)，电压降（若是硅二极管，在额定电流下约在0.7V至1V)，对效率有不良的影响。传统的作法是将标准的二极管改为电压降非常低（约0.3V）的肖特基二极管。不过就算是肖特基二极管，在大电流及小电压时，其功率损失仍然会比有源整流要大。
若处理很低电压的转换器，例如电脑中央处理器的降压变换器（输出电压约为1伏特，输出电流为数安培）。肖特基二极管所产生的损失太大，因此无法达到所需的效率。在这类的应用里，需要用到有源整流技术[1]。
叙述[编辑]
有源整流的重点就是将二极管换成有源控制的功率晶体（例如MOSFET）。MOSFET导通时的电阻（RDS(on)）很低，可以做到10 mΩ甚至更小。因此功率晶体上的电压降可以降低，减少损失并且提高效率。不过MOSFET的压降会依照欧姆定律，因此若高电流时，其压降可能会超过二极管。此限制一般会用并联多个功率晶体来改善（因此每一个功率晶体流过的电流减小）或是导通面积更大的器件（例如FET）。
有源整流的控制电路一般会用比较器来侦测输入的交流电压，并且在正确的方向时导通功率晶体，允许电流流过。其中的时序非常重要，因为需要避免输入侧的短路，若交流输入用有源整流进行全波整流，二个晶体不能同时导通，若一个晶体尚未关闭时，另一个晶体就已导通，就会造成输入侧的短路。有源整流器也像一般的整流器一样，需要平滑电容器。
若用有源整流来实现整流器，其设计就可以有进一步的改善（不过也更复杂），来达到输入功率因数修正的目的，也就是强迫电流波形依照电压波形而变化，可以消除无功电流，也会让系统的效率再提升。
理想二极管[编辑]
有有源控制的MOSFET，可以有类似整流体的作用，电压为正时打开，允许电流通过，电压为负时关闭，不允许电流通过，因此也称为理想二极管。在光伏阵列电路、反向电池保护或是二极管电桥中，可以用理想二极管取代标准的二极管，以减少损失的功率，提高效率，因为散热量减少，电路板以及散热片可以缩小，重量也可以减轻[3][4][5][6][7][8]。
这类以MOSFET为基础的理想二极管和用运算放大器为基础的超级二极管不同，超级二极管的电压非常准确，用在高精度的信号处理上，不会用来作为功率转换的整流体。
相关条目[编辑]
参考资料[编辑]
- ^ 1.0 1.1 1.2 Ali Emadi. Integrated power electronic converters and digital control. CRC Press. 2009: 145–146 [2020-02-06]. ISBN 978-1-4398-0069-0. （原始内容存档于2016-12-23）.
- ^ Maurice Agnus Oudin. Standard polyphase apparatus and systems 5th. Van Nostrand. 1907: 236.
- ^ "Ideal Diode for Solar Panel Bypass" （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
- ^ "Ideal Diode Bridge Controller" （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
- ^ "Ideal Diode Bridge Controller Minimizes Power Loss & Heat in PoE Powered Devices". [2020-02-06]. （原始内容存档于2016-10-18）.
- ^ "Reverse-Current Circuitry Protection" （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
- ^ "Reverse Current/Battery Protection Circuits" （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
- ^ "Reverse Power Protection using Power MOSFETs" （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
延伸阅读[编辑]
- T. Grossen, E. Menzel, J.J.R. Enslin. (1999) Three-phase buck active rectifier with power factor correction and low EMI. IEE Proceedings - Electric Power Applications, Vol. 146, Iss. 6, Nov. 1999, pp. 591–596. Digital Object Identifier:10.1049/ip-epa:19990523.
- W. Santiago, A. Birchenough. (2005). Single Phase Passive Rectification versus Active Rectification Applied to High Power Stirling Engines（页面存档备份，存于互联网档案馆）. AIAA 2005-5687.