La rectificación activa , o rectificación sincrónica , es una técnica para mejorar la eficiencia de la rectificación al reemplazar diodos con interruptores controlados activamente, generalmente MOSFET de potencia o transistores de unión bipolar (BJT) de potencia. [1] Mientras que los diodos semiconductores normales tienen una caída de voltaje aproximadamente fija de alrededor de 0,5 a 1 voltio, los rectificadores activos se comportan como resistencias y pueden tener una caída de voltaje arbitrariamente baja.
Históricamente, los interruptores accionados por vibrador o los conmutadores accionados por motor también se han utilizado para rectificadores mecánicos y rectificación sincrónica. [2]
La rectificación activa tiene muchas aplicaciones. Se utiliza con frecuencia en conjuntos de paneles fotovoltaicos para evitar el flujo de corriente inversa que puede provocar un sobrecalentamiento con sombreado parcial y, al mismo tiempo, una pérdida de potencia mínima. También se utiliza en fuentes de alimentación conmutadas (SMPS). [1]
La caída de tensión constante de un diodo de unión pn estándar suele estar entre 0,7 V y 1,7 V, lo que provoca una pérdida de potencia significativa en el diodo. La potencia eléctrica depende de la corriente y la tensión: la pérdida de potencia aumenta proporcionalmente a la corriente y la tensión.
En los convertidores de bajo voltaje (alrededor de 10 voltios y menos), la caída de voltaje de un diodo (normalmente alrededor de 0,7 a 1 voltio para un diodo de silicio a su corriente nominal) tiene un efecto adverso en la eficiencia. Una solución clásica reemplaza los diodos de silicio estándar por diodos Schottky , que presentan caídas de voltaje muy bajas (tan bajas como 0,3 voltios). Sin embargo, incluso los rectificadores Schottky pueden tener significativamente más pérdidas que el tipo síncrono, especialmente con corrientes altas y voltajes bajos.
Cuando se utilizan convertidores de voltaje muy bajo, como una fuente de alimentación de convertidor reductor para una CPU de computadora (con una salida de voltaje de alrededor de 1 voltio y muchos amperios de corriente de salida), la rectificación Schottky no proporciona una eficiencia adecuada. En tales aplicaciones, se hace necesaria la rectificación activa. [1]
La sustitución de un diodo por un elemento de conmutación controlado activamente, como un MOSFET, es el núcleo de la rectificación activa. Los MOSFET tienen una resistencia constante muy baja cuando conducen, conocida como resistencia de encendido (R DS(on) ). Pueden fabricarse con una resistencia de encendido tan baja como 10 mΩ o incluso menor. La caída de tensión a través del transistor es entonces mucho menor, lo que provoca una reducción de la pérdida de potencia y una ganancia en eficiencia. Sin embargo, la ley de Ohm rige la caída de tensión a través del MOSFET, lo que significa que, a altas corrientes, la caída puede superar la de un diodo. Esta limitación suele solucionarse colocando varios transistores en paralelo, reduciendo así la corriente a través de cada uno de ellos, o utilizando un dispositivo con más área activa (en los FET, un dispositivo equivalente al paralelo).
Los circuitos de control para la rectificación activa suelen utilizar comparadores para detectar el voltaje de la corriente alterna de entrada y abrir los transistores en los momentos correctos para permitir que la corriente fluya en la dirección correcta. La sincronización es muy importante, ya que se debe evitar un cortocircuito en la corriente de entrada y puede ser causado fácilmente por un transistor que se enciende antes de que otro se apague. Los rectificadores activos también necesitan claramente los condensadores de suavizado presentes en los ejemplos pasivos para proporcionar una potencia más suave que la que proporciona la rectificación sola.
El uso de rectificación activa para implementar la conversión CA/CC permite que un diseño experimente mejoras adicionales (con mayor complejidad) para lograr una corrección del factor de potencia activa , que fuerza a la forma de onda de corriente de la fuente de CA a seguir la forma de onda de voltaje, eliminando corrientes reactivas y permitiendo que el sistema total logre una mayor eficiencia.
Un MOSFET controlado activamente para actuar como un rectificador (activado activamente para permitir el paso de corriente en una dirección pero desactivado activamente para bloquear el paso de corriente en la otra dirección) a veces se denomina diodo ideal .
El uso de estos diodos ideales en lugar de diodos estándar para derivación de paneles eléctricos solares , protección de batería inversa o rectificadores de puente reduce la cantidad de energía disipada en los diodos, lo que mejora la eficiencia y reduce el tamaño de la placa de circuito y el peso del disipador de calor necesario para lidiar con la disipación de energía. [3] [4] [5] [6] [7] [8]
Un diodo ideal basado en MOSFET no debe confundirse con un superdiodo basado en amplificador operacional , a menudo llamado rectificador de precisión.
Ver puente H.
Conmutador rectificador síncrono.