Ideale Diode
Insbesondere bei kleinen Betriebsspannungen ist die Flussspannung der Dioden störend. Sie verursacht relativ hohe Verluste, die zusätzlich durch Kühlmaßnahmen abgeführt werden müssen.
Eine ideale Diode hat eine Flussspannung von 0 V. Sie sollte deutlich kleiner sein als die Flussspannung der Dioden (0,6 V bis 1 V).
Wenn die Eingangsspannung positiv ist, fließt ein Strom durch die Body-Diode des P-MOSFET über den Widerstand RL. Ist die Spannung an RL größer als die Schwellenspannung des MOSFET, 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 0 V. Er sperrt.
Dieses Verhalten entspricht dem einer Idealen Diode.
Die nicht ideale Diode
Bei einer Diode spielt es eine Rolle, in welcher Richtung sie betrieben wird.
In Bild 2 sind in und out vertauscht.
Eine positive Spannung an Uout schaltet den MOSFET ein und lässt einen Strom durch RL fließen. Der Strom fließt entgegen der Richtung der Diode.
Die Ideale Diode ist keineswegs ideal!
- 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 Eingangsspannung kleiner als die Ausgangsspannung ist, wird der Kondensator wieder entladen. Er wird jedoch 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.
Fazit: Einfache Ideale Diode
Die Schaltung einer einfachen Idealen Diode nach Bild 1
- hat eine niedrige Flussspannung in Durchlassrichtung,
- wenn die Ausgangsspannung größer als die Schwellenspannung des MOSFET ist.
- Sie sperrt nur, wenn die Ausgangsspannung kleiner als die Schwellenspannung des MOSFET ist.
- Ist die Ausgangsspannung größer als die Schwellenspannung des MOSFET, kann Strom vom Ausgang zum Eingang fließen.
- Die einfache Ideale Diode kann nur als Verpolungsschutz verwendet werden,
- wenn Kondensatoren am Ausgang über den Eingang entladen werden dürfen.
- Sie ist kein Gleichrichter
- für Wechselspannung und
- für Akkumulatoren am Ausgang.
Ideale Diode mit Stromspiegel
Eine komplexere Schaltung hat bessere Eigenschaften.
Die Schaltung in Bild 4 kommt einer Idealen Diode sehr nahe.
Fazit: Ideale Diode mit Stromspiegel
Eine Ideale Diode mit Stromspiegel ist leider auch nur fast ideal:
- Sie hat in Durchlassrichtung eine Flussspannung unter 100 mV, wenn die Ausgangsspannung größer als die Schwellenspannung des MOSFET ist.
- Die Eingangsspannung sollte mindestens 2,5 V betragen.
- Sie sperrt, wenn die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung ist.
- Die maximal zulässige Sperrspannung beträgt jedoch 5 V.
- Wenn die Ausgangsspannung größer als die Eingangsspannung ist, fließt ein Strom vom Ausgang von etwa 1 mA über (Q3 E-B) und R1.
Weitere Informationen
Weitere Informationen zum Stromspiegel und der Idealen Diode gibt es unter: