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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]。
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]。
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。
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。
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