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Praktische Elektronik


Die Funktion und die Probleme einer Idealen Diode.


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So funktioniert's

Ideale Diode


Ideale Diode

Insbesondere bei kleinen Betriebsspannungen stört die Flussspannung der Dioden. Sie verursacht relativ hohe Verluste, die zudem noch über Kühlmaßnahmen abgeführt werden müssen.

Eine Ideale Diode hat eine Flussspannung von 0V. Sie sollte wesentlich kleiner als die Flussspannung von Dioden (0,6V bis 1V) sein.

Einfache-ideale-Diode.png
Bild 1: Schaltung einer einfachen leider nicht Idealen Diode

Wenn die Eingangsspannung positiv ist, fließt ein Strom über die Body-Diode des P-MOSFET über den Widerstand RL. Wenn die Spannung an RL größer als die Schwellenspannung des MOSFET ist schaltet dieser durch. Die Body-Diode wird kurzgeschlossen und nur eine geringe Spannung fällt an der Idealen Diode ab.

Wenn die Eingangsspannung negativ ist, sperrt die Body-Diode des P-MOSFET. Die Gate-Source-Spannung des MOSFET ist 0V. Er sperrt.

Dieses Verhalten entspricht einer Idealen Diode.

Die nicht ideale Diode

Bei einer Diode ist es ohne Belang, in welche Richtung die betrieben wird.

Einfache-ideale-Diode-reverse.png
Bild 2: Einfache Idealen Diode reverse betrieben

Durch eine positive Spannung an Uout wird der MOSFET eingeschaltet und es kann ein Strom durch R1 fließen. Der Strom fließt gegen die Richtung der Diode. Die Ideale Diode ist keineswegs ideal:

Einfache-ideale-Diode-Gleichrichter.png
Bild 3: Die Ideale Diode funktioniert nicht als Gleichrichter
  • Wenn Uout größer als Uin ist, sperrt die Ideale Diode nicht.
  • Wenn die Eingangsspannung größer als die Ausgangsspannung ist, wird der Kondensator aufgeladen.
  • Wenn die Ausgangsspannung kleiner als die Ausgangsspannung ist, wird der Kondensator wieder entladen. Allerdings wird er nur bis zur Schwellenspannung des MOSFET entladen. Negative Spannungen treten am Ausgang nicht auf.

Diese Schaltung einer Idealen Diode kann nicht als Gleichrichter für Wechselspannung verwendet werden.

Attention pin

Fazit

Die Schaltung einer einfachen Idealen Diode nach Bild 1

  • hat in Durchlassrichtung eine geringe Flussspannung
  • wenn die Ausgangsspannung größer als die Schwellenspannung des MOSFET ist
  • sperrt nur, wenn die Ausgangsspannung kleiner als die Schwellenspannung des MOSFET ist
  • dann kann Strom vom Ausgang zum Eingang fließen
  • kann als Verpolungsschutz nur eingesetzt werden,
  • wenn Kondensatoren am Ausgang über den Eingang entladen werden dürfen
  • ist kein Gleichrichter
  • für Wechselspannung
  • für Akkumulatoren am Ausgang

Ideale Diode mit Stromspiegel

Eine komplexere Schaltung hat bessere Eigenschaften.

Ideale-Diode-mit-Stromspiegel.png
Bild 4: Ideale Diode mit Stromspiegel

Die Schaltung in Bild 4 kommt einer Idealen Diode sehr nahe.

Attention pin

Fazit

Eine Ideale Diode mit Stromspiegel ist leider auch nur fast ideal:

  • Sie hat in Durchlassrichtung eine Flussspannung unter 100mV, wenn die Ausgangsspannung über der Schwellenspannung des MOSFET liegt.
  • Sie sperrt, wenn die Ausgangsspannung kleiner aus die Eingangsspannung ist.
  • Sie hat allerdings eine maximal zulässige Sperrspannung von 5V.
  • Wenn die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung ist, fließt ein Strom von etwa 1mA (Q3 E-B R1).

Weitere Informationen

Weitere Informationen zum Stromspiegel und der Idealen Diode gbt es unter: