ideale Diode
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Eine normale Diode hat einen Spannungsabfall im Durchgang
je nach Höhe des Stromes und der Temperatur von etwa
0,5 bis 1V.  Eine Schottkydiode hat etwa nur die Hälfte der
Spannung. Leider haben die Schottkydioden auch eine deutlich
kleinere Sperrspannung und sind teuerer.
Die Lösung ist wieder der Mosfet, der mit einer kleinen Zusatzschaltung
fast ideale Eigenschaften einer Diode liefert. Mit sehr geringem
Spannungsabfall im Durchlaßfall ist auch die Verlustleistung und damit
die Wärmeentwicklung deutlich weniger als bei normalen Dioden.
Der IXFX180N10 hat etwa einen Widerstand von 0,007 Ohm, also 7mOhm.
Das sind z.B. bei 10A etwa 70mV Spannungsabfall und damit erhalten wir
0,7W an Verlustleistung. Die Kühlung kann dem entsprechend klein
ausfallen.  Bei einer normalen Diode wären das 10A x 0,7V = 7W.



Der Mosfet wird, wenn er z.B. die Energie eines Generators durchrreicht
inverse, auf deutsch verkehrt herrum betrieben.  Das ist eine
besondere Eigenschaft der Mosfet-Transistoren. Ihnen ist die Polarität im
durchgesteuertem Zustand egal. Sie ist aber nicht egal, wenn im inversen Zustand
der Sperrzustand erreicht werden soll.  Ein Mosfet kann nicht im inversen Zustand sperren.

Ist die Generatorspannung kleiner als die Akkuspannung, dann schaltet die Steuerschaltung
das Gate auf minus und sperrt damit den FET.
Er arbeitet jetzt in seinen normalen Spannungsverhältnissen, ist hochohmig und
kann so den Akku nicht entladen. Diese Eigenschaft könnte auch zum Verpolungsschutz
von elektronischen Baugruppen benutzt werden. Für die meisten paktischen Anwendungen
ist diese Schaltung ausreichend. Der Eigenstromverbrauch ist sehr gering.

Die symmetrische Schaltung T2, D1 und T3, D2 sorgen für eine sehr gute Temperaturbalance
und genaue Null-Volt-Umschaltung des Mosfets.
Es ist notwendig das diese Bauelemente die gleiche Temperaur haben. Sie sollten
termischen Kontakt untereinander haben. Dazu reicht es, die gesamte Schaltung, aber
ohne den Mosfet in eine eigene kleine geschlossene Box zu bauen. Die vier Zuleitungen
sollten eng in einem Isolierschlauch in die Box geführt werden. So haben alle
Bauteile die gleiche Temperatur. Für den Bootsbetrieb kann auch alles wasserdicht
vergossen werden.


Die Generatorseite der Schaltung ist der Energieeingang. Der Energieversorger kann ein
Solarpanel, ein Gleichstrom-Windgenerator  oder auch die Akkubank sein um einen externen
Akku zu laden. Ein Rückstrom, der Entladung bedeuten würde, ist nicht möglich. 
Für höhere Spannungen muß die Gate-Source-Spannung mit einer Z-Diode von etwa
15V über T3 begrenzt werden und die maximalen Spannungen der Transistoren sind zu beachten.

Eine andere Variante zeigt die folgende Schaltung. Hier werden zwei "ideale Dioden" von
zwei OPVs angesteuert, die als Komparatoren arbeiten. Die Schaltung kann zur fast idealen
Gleichrichtung für mittlere Ströme genutzt werden. Ein Transformator mit zwei identischen Sekundärwicklungen ergeben dann eine Vollweggleichrichtung. Es darf nicht vergessen werden,
das die maximalen Ströme die Spitzenströme in den nachfolgenden Ladeelko sind.
Diese sind bedeutet höher als der durchschnittliche Strom. Die Uds = Ispitze x Ron sollte nicht 0,5V überschreiten um diese Idee sinnvoll zu benutzen.
Man muß also beachten, das im Gegensatz zu normalen Gleichrichterdioden die Spannung über
Drain-Source-Strecke der Mosfet`s linear ansteigt.
D1 und D3 begrenzen die Eingangsspannung auf die Betriebsspannung des OPV`s.
Die Zenerdiode ZD13 legt die maximale Betriebsspannung des OPV`s und damit auch die maximale
Ugs des Mosfets auf 13V fest. C1 sort für Energie in der Sperrphase.
Die Schaltung und die Leiterplatte wurde in SMD mit dem Programm "Eagle" erstellt.

Die Schaltung



Die Leiterplatte hat die Größe von 20x35mm.
Die FETs passen so genau unter die Leiterplatte und bilden eine kompakte Einheit.



ideale Diode als Gleichrichter mit Transistorsteuerung
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Diese Schaltung wurde mit LTSpice entwickelt.

Man kann gut die Funktion mit LTSpice erkennen. Erkennbar ist auch der
hohe Strom in der kurzen Zeit des Durchflusses durch den Mosfet.  
Erzeugt der kurze Durchflussstrom über Source und Drain mehr als 0,8 V, ist der Einsatz
eines Mosfets nicht mehr sinnvoll. Eventuell könnte man eine Diode parallel schalten um den
Mosfet bei den Spitzenstömen zu entlasten. Auf die eingebaute Diode, die man in den meisten
Mosfet-Transistoren findet, sollte man sich nicht verlassen, weil sie nur ein Schutzdiode ist.
download LTSpice-Daten