Выпрямительный мост с низким энергопотреблением. Особенности применения 

I. Что такое выпрямительный мост с низким энергопотреблением?

Основное определение:

Благодаря оптимизации технологического процесса производства микросхем (канавчатый Шотки, ультратонкие кремниевые пластины, оптимизированная металлизация) в сочетании с конструкцией корпуса с плоскими выводами удалось создать выпрямительный мост с более низким прямым падением напряжения (VF), меньшими потерями в открытом состоянии и меньшим тепловыделением.

Разделяются на две категории: обычные кремниевые мосты с низкими потерями и Шоттки-мосты с низким напряжением провода (основные решения для систем с низким энергопотреблением, представленные на рынке).

II. Пять основных особенностей продукта

1. Низкий прямой падение напряжения VF, малые потери в проведённом состоянии

Обычный выпрямительный мост GPP: напряжение на одном транзисторе VF ≈ 1,0–1,1 В.

Шотткиевский выпрямительный мост с низким энергопотреблением: VF ≈ 0,55–0,70 В.

При одинаковом токе тепловыделение значительно снижается, эффективность преобразования энергии повышается, а оборудование становится более энергоэффективным.

2. Низкий рост температуры, что повышает надежность всего устройства

Потери напрямую преобразуются в тепло; решения с низким энергопотреблением снижают выделение тепла.

Преимущества:

Нет необходимости увеличивать размер радиатора, что позволяет сократить габариты всего устройства.

Снижение риска старения окружающих конденсаторов и трансформаторов под воздействием высоких температур.

При длительной работе с полной нагрузкой редко срабатывает защита от перегрева.

3. Оборудование, предназначенное для непрерывной работы в течение длительного времени

Бытовая техника, системы «умный дом», источники питания с круглосуточным режимом ожидания, источники питания для систем видеонаблюдения, адаптеры для маршрутизаторов; оборудование находится под постоянным напряжением, что обеспечивает заметную экономию электроэнергии в долгосрочной перспективе.

4. Подходит для высокочастотных SMT-корпусов с плоскими выводами (серия LSB/ABS с плоскими выводами)

Большинство широко распространённых на рынке выпрямительных мостов с низким энергопотреблением имеют конструкцию с плоскими выводами для поверхностного монтажа:

Низкая паразитная индуктивность, подходит для высокочастотных импульсных источников питания с обратной связью QR и LLC;

Поддерживает полностью автоматическую пайку рефлюксным методом, подходит для автоматизированного производства больших партий.

5. Оптимизация энергопотребления в режиме ожидания в соответствии со стандартами энергоэффективности

В настоящее время во всех странах действуют строгие требования к энергоэффективности 6-го уровня и нормы энергопотребления ERP.

Использование выпрямительного моста с низким энергопотреблением помогает устройству без труда достичь требуемого уровня низкого энергопотребления в режиме ожидания и является одним из наиболее распространенных компонентов, используемых производителями источников питания для повышения энергоэффективности.

III. Типичные сценарии применения в конечных сегментах рынка.

Источники питания для «умного дома»: адаптеры для роботов-пылесосов, увлажнителей и очистителей воды.

Аудио- и видеотехника: маршрутизаторы, камеры видеонаблюдения, дополнительные источники питания для телевизоров.

Быстрая зарядка средней и малой мощности, вторичное выпрямление в зарядных устройствах PD.

Компактные промышленные источники питания для управления, питание приборов и измерительного оборудования.

Автомобильный вспомогательный источник питания низкого напряжения.

Общие характеристики сценариев: стремление к высокой эффективности, компактность, длительная непрерывная работа, необходимость получения сертификатов энергоэффективности.

IV. Сравнение преимуществ (обычный выпрямительный мост VS Шоттки-мост с низким энергопотреблением)

Параметр Обычный выпрямительный мост GPP Шоттки-мост с низким энергопотреблением Прямой VF Высокий Значительно ниже Нагрев при работе Довольно высокий Низкий Применимая частота Сетевая частота/ низкочастотные импульсные источники питания Оптимально подходит для средне- и высокочастотных импульсных источников питания Потери Большие Малые, повышение КПД всего устройства на 1–3 % Максимальное обратное напряжение До 1000 В Обычно ≤200 В Стоимость Ниже Немного выше

V. Недостатки продукта

1. У Шоттки-типа выпрямительных мостов с низким энергопотреблением обратный ток утечки IR больше, чем у обычных кремниевых мостов, причем в условиях высоких температур этот ток заметно возрастает.

2. Устройство имеет ограниченную выдержку напряжения, поэтому не подходит для выпрямительных цепей первичной стороны высокого напряжения в несколько сотен вольт.

3. Стоимость материалов выше, чем у обычных выпрямительных мостов, поэтому заказчику необходимо тщательно взвесить соотношение выгод от повышения энергоэффективности и затрат на материалы.

Среди выпрямительных мостов с низким энергопотреблением в настоящее время доминирующее положение занимают поверхностно-монтируемые мосты Шоттки с плоскими выводами. Их основными особенностями являются низкое прямое падение напряжения, малые потери в проводящем состоянии и низкий нагрев при работе. Обычные выпрямительные мосты выделяют значительное количество тепла при прохождении тока, тогда как в продуктах с низким энергопотреблением тепловыделение заметно снижается. С одной стороны, это позволяет упростить конструкцию системы охлаждения и уменьшить габариты всего устройства; с другой — помогает источникам питания соответствовать требованиям шестого уровня энергоэффективности и стандартам энергосбережения ERP.

Устройства имеют конструкцию LSB с плоскими выводами для поверхностного монтажа, отличаются низкой паразитной индуктивностью и идеально подходят для современных широко распространенных высокочастотных импульсных источников питания. Они широко используются в роботах-пылесосах, системах видеонаблюдения, маршрутизаторах и различных компактных адаптерах. Однако следует объективно отметить, что у таких низкопотребляющих шотткиевских мостов обратный сток по стоку относительно велик, а выдерживаемое напряжение невысоко, поэтому они подходят для низковольтного выпрямления на вторичной обмотке источника питания; для высоковольтной первичной обмотки по-прежнему следует использовать обычные GPP-выпрямительные мосты.

Краткое резюме: для оборудования, работающего при низком напряжении, требующего высокой эффективности и длительного нахождения под напряжением, следует отдавать предпочтение выпрямительным мостам с низким энергопотреблением.