Выпрямитель мостовой схема: Как выбрать мостовой выпрямитель

Как выбрать мостовой выпрямитель

Мостовые выпрямители присутствуют на рынке уже много десятилетий. Очень часто переход от дискретных диодов к интегральным мостовым выпрямителям является следствием необходимости компромисса между габаритами и стоимостью, или другими параметрами. В некоторых случаях компактные размеры и простота монтажа (вместо четырех компонентов на плату устанавливается всего один) являются критически важными параметрами, а в других случаях нет. Кроме того, применять интегральные мостовые выпрямители возможно только при условии, что уровень потребляемой мощности позволяет это сделать. В настоящей статье мы будем полагать, что выбор между дискретными диодами и интегральным выпрямителем сделан в пользу интегрального выпрямителя.

Итак, мы решили использовать интегральный выпрямитель. Какие электрические и механические характеристики необходимо учитывать при выборе конкретной модели выпрямителя, и о каких дополнительных особенностях должен помнить разработчик? В этой статье мы определим самые важные параметры выпрямителей, рассмотрим существующие варианты и дадим некоторые рекомендации того, как следует анализировать характеристики выпрямителей, а также оценивать их качество и стоимость.

В среде разработчиков широко распространены заблуждения относительно соотношения цены и качества мостовых выпрямителей. Узнав об этих заблуждениях, вы сможете повысить надежность своих устройств, не увеличивая их стоимости.

Габариты, корпус и мощность

Существуют трехфазные и однофазные мостовые выпрямители, применяемые в соответствующих приложениях. При необходимости можно использовать несколько однофазных мостовых выпрямителей в многофазном приложении. Исходными данными при выборе конкретной модели выпрямителя являются уровень требуемой мощности и площадь свободного места на печатной плате. Эти параметры будут определять габариты и корпусное исполнение выпрямителя.

Как правило, выпрямители, предназначенные для поверхностного монтажа, используются в приложениях с потребляемой мощностью до 70 Вт. Если требуется более высокая мощность, следует выбирать выводные модели с монтажом в отверстия. Выпрямители с SIP-корпусом перекрывают диапазон мощностей 70…1000 Вт.

Для устройств мощностью более 1000 Вт используют выпрямители с клеммными выводами или выпрямители, предназначенные для проводного монтажа.

Выпрямители c клеммными выводами могут устанавливаться в колодки либо распаиваться на печатной плате. На рис. 1 показаны различные варианты выпрямителей, представленные на рынке.

Рис. 1. Стандартные типы корпусов мостовых выпрямителей

Во многих случаях для охлаждения выпрямителей недостаточно конвекции. Чтобы отвести тепло от мощных выпрямителей, их устанавливают на панели. При очень большой нагрузке используют радиаторы.

Чтобы оценить тепловое сопротивление, необходимо обратиться к документации на выпрямитель. При этом следует понимать, что единственный показатель, на который может повлиять производитель мостового выпрямителя это тепловое сопротивление переход-корпус. Разработчик должен обеспечить, чтобы в процессе работы температура кристалла не превышала максимально допустимое значение (обычно 125 °C), однако при проектировании рекомендуется создавать некоторый запас и ограничивать допустимый нагрев на уровне 100 °C. Чтобы оценить, как выпрямитель будет вести себя в конкретном приложении, можно выполнить тепловое моделирование и оценить тепловое сопротивление системы.

Очень часто производители предоставляют трехмерные модели своих интегральных выпрямителей. Это существенно упрощает конструирование устройств, создание посадочных мест и проектирование печатных плат, особенно в тех случаях, когда речь идет об уникальных корпусах, которых нет в библиотеке вашего САПР. Поскольку силовые электронные устройства работают с высокими напряжениями, то они должны соответствовать требованиям отраслевых стандартов, например, по уровню напряжения изоляции. Это же касается и составных частей электронных устройств, в частности, выпрямителей, радиаторов и т. д. Проверьте, что используемые вами компоненты соответствуют требованиям UL. Это является важным условием успешного прохождения испытаний и сертификации.

Рейтинг пускового тока

При выборе выпрямителя следует убедиться, что он способен выдерживать высокие пусковые токи. Автономным устройствам и преобразователям напряжения часто приходится иметь дело со значительными бросками тока при запуске.

Это связано с наличием входных конденсаторов, которые заряжаются большим током при включении питания. Если кристалл выпрямителя имеет малый размер, или тепло от него отводится неэффективно, то он не всегда может справиться с перегревом, возникающим при первоначальном броске тока. В результате, при включении питания кристалл может быть поврежден. Поэтому при выборе выпрямителя необходимо учитывать рейтинг пускового тока и при необходимости проконсультироваться с производителем.

Недорогие выпрямители и выпрямители от малоизвестных производителей зачастую имеют меньший размер кристалла по сравнению с дорогими моделями от известных производителей. Небольшой размер кристалла является достоинством, только если речь идет о микропроцессорах или о других интегральных микросхемах со сверхбольшой степенью интеграции (VLSI), однако для силовых компонентов это скорее недостаток. Уменьшение размера кристалла выгодно для производителя, так как это позволяет ему снизить стоимость продукции. Дешевый выпрямитель может некоторое время нормально работать, однако в конечном итоге вероятность отказа для него существенно выше, чем для качественных дорогих моделей.

Таким образом, выбирая выпрямитель, помните, что скупой платит дважды.

Если из-за поломки выпрямителя потребителю придется поменять блок, расположенный в труднодоступном месте, например, на крыше или на башне, тогда затраты на замену могут составить сотни (или даже тысячи) долларов. Очевидно, что в подобных случаях не стоит рисковать и экономить несколько центов на выпрямителе. На рис. 2 показаны средние диапазоны рейтингов тока для различных типов выпрямителей.

Рис. 2. Обзор рейтингов тока для типовых мостовых выпрямителей

Высокое качество – это норма?

Сегодня все считают, что высокое качество – это норма, однако это совсем не так. Если в 80-е и 90-е многие компании делали ставку на качество, то сейчас в отрасли царят совсем другие настроения: «Это самый дешевый компонент? Я могу получить его сегодня и начать зарабатывать деньги?»

При выборе мостового выпрямителя запрашивайте у производителя информацию о качестве и надежности, интересующего вас компонента. Если мостовой выпрямитель не может выдержать суровые квалификационные испытания и сертификацию согласно AEC-Q, или производитель не предоставляет отчет о надежности, то следует отказаться от использования такого сомнительного компонента.

Поставщики, ориентированные на качество, знают, что автомобильные стандарты задают очень высокую планку надежности. Если электронный компонент отвечает требованиям надежности автомобильных стандартов, это означает, что он, скорее всего, будет отвечать требованиям надежности большинства других стандартов. Именно поэтому производители часто сертифицируют свою продукцию в соответствии с AEC-Q. Например, компания Taiwan Semiconductor (TSC) сертифицирует все свои электронные компоненты согласно автомобильным стандартам и гарантирует уровень надежности на уровне не хуже, чем 4 отказа на миллиард. При таком уровне качества и при условии нормальных условий эксплуатации электронный компонент будет исправно работать десятилетиями.

Прямое падение напряжения и процесс обратного восстановления

После того как определена мощность, средний и пусковой ток мостового выпрямителя, следующим шагом становится определение прямого падения напряжения, требуемого в проектируемом устройстве. Кроме того, следует выяснить необходимый уровень быстродействия диодов и решить, будет ли достаточно типового времени восстановления 3 мкс (стандартное значение для мостовых выпрямителей общего назначения). Как правило, в большинстве приложений хватает быстродействия мостовых выпрямителей общего назначения. Однако в некоторых специализированных приложениях можно дополнительно повысить эффективность за счет использования быстродействующих диодов или диодов Шоттки.

Рабочее напряжение

Еще одной важной характеристикой мостового выпрямителя является рабочее напряжение. В традиционной двухполупериодной схеме выпрямления выходной конденсатор заряжается до пикового напряжения сети. Амплитудное значение можно рассчитать, умножив входное действующее напряжение на √2.

Например, для бытовой сети 230 В (ГОСТ 29322-2014 и IEC 60038:2009), амплитудное значение составит 230 В •√2 ≈ 325 В (без учета допустимого отклонения ±10 %). Данное значение обычно удваивают, чтобы обеспечить надежный запас, предполагая, что к мосту может быть приложено удвоенное пиковое напряжение 600 В (максимальное напряжение при обрыве нуля). Однако при прохождении испытаний согласно IEC вам может потребоваться еще более высокий рейтинг напряжения 800 В или 1000 В. Кроме того, в некоторых развивающихся странах параметры электросети вообще слабо нормируются (остерегайтесь экспорта в Индию!). По этой причине большой запас по напряжению может быть большим плюсом.

Последнее замечание заслуживает дополнительного рассмотрения. Сеть переменного тока и другие сети, где используются мостовые выпрямители, часто сталкиваются с переходными процессами и скачками напряжения. Во время тестирования на соответствие стандартам IEC испытуемое устройство будет целенаправленно подвергаться воздействию статических разрядов, синфазных и дифференциальных помех и т. д. Стандарт IEC 61000-4-5 предполагает подачу на вход устройства напряжений 300 В RMS и других помех.

Среди инженеров бытует ошибочное мнение, что для снижения стоимости изделий следует выбирать мостовые выпрямители с минимальным запасом по напряжению. Это распространенная ошибка. Например, на протяжении десятилетий диоды семейства 1N400X имеют одинаковые электрические характеристики (кроме номинального обратного напряжения) и примерно одинаковую низкую стоимость. С точки зрения цены не важно, выберете вы 1N4001, 1N4007 или другую модель. Так почему бы не применять во всех случаях 1N4007, даже для выпрямления напряжения на вторичной стороне низковольтного трансформатора на 24 В?

То же самое относится и к мостовым выпрямителям. Как правило, стоимость мостовых выпрямителей с более высоким рейтингом напряжения не намного отличается от более низковольтных моделей. Это объясняется достаточно просто. Дело в том, что обычно все модели мостовых выпрямителей изготавливаются из одной пластины кремния с расчетом получения самого высокого рейтинга напряжения. После изготовления изделия проходят дополнительную выборочную проверку. Если по каким-то причинам партия не соответствует требованиям, ее рейтинг напряжения понижается. Таким образом, модели с низким напряжением – это всего лишь партии, которые были отсеяны в процессе тестирования. Другими словами, мостовой выпрямитель на 50 или 100 В может фактически иметь рейтинг 800 В или даже 1000 В.

Тем не менее, некоторые производители не проводят проверки мостовых выпрямителей после производства, и указывают для них максимальный рейтинг напряжения, что приводит к потенциальным проблемам с надежностью. Клиенты могут избежать неприятных ситуаций, убедившись, что поставщик выполняет выборочное тестирование PAT (part average testing) [1].

Стандартные мостовые выпрямители имеют диапазон рабочих напряжений от 50 до 1000 В и выше. Специальные мостовые выпрямители (на диодах Шоттки, на сверхбыстрых диодах и т. д.) обычно имеют номинальное напряжение от 40 В до 1000 В. При прочих равных условиях следует выбирать мостовой выпрямитель с максимальным рабочим напряжением. Как показывает практика, из-за высокого спроса выпрямитель с более высоким рейтингом напряжения 800 В может стоить даже меньше, чем модели с напряжением 50 или 100 В. При этом ваше устройство будет иметь больший запас прочности, что позволит ему выдерживать неблагоприятные воздействия и сохранять работоспособность в течение долгого времени.

Источник:

1. “Secrets Of The Datasheet: What Rectifier Specs Really Mean” by Jos van Loo and Kevin Parmenter, How2Power Today, September 2019.
2. http://www.how2power.com

Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Схема. понятие. прин…

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про двухполупериодный мостовой выпрямитель, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое двухполупериодный мостовой выпрямитель,выпрямитель , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

По способу подключения вентилей ко вторичной обмотке трансформатора – существуют следущие схемы выпрямления ( выпрямители )

• нулевые схемы,
• с использованием нулевой (средней) точки вторичной обмотки трансформатора
• и мостовые схемы,

в которых нулевая точка изолирована или вторичные обмотки трансформатора соединены в треугольник . рассмотрим третий вид в данной статье.

Схема двухполупериодного мостового выпрямителя

Рис.1 двухполупериодный мостовой выпрямитель

Принцип работы мостового выпрямителя

Мостовая схема диодов, подключена ко вторичной обмотке трансформатора рис.1,
каждая пара диодов работает поочередно VD1 VD3 и VD2VD4: на временных диаграммах рис.2
в интервал времени 0-T/2 открыты VD1VD3, закрыты VD2VD4 в нагрузке течет ток Iн;
в интервал времени T/2-T закрыты VD1VD3, открыты VD2VD4 в нагрузке течет ток Iн;
частота пульсаций выпрямленного напряжения в два раза больше сетевой частоты
f п = 2fс = 100, Гц.

Рис.2 . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Временные диаграммы мостового выпрямителя

Основные параметры мостового выпрямителя

1. Средневыпрямленное напряжение:

2. Средневыпрямленный ток:

Прямой ток диода:

3. Разложив напряжение на нагрузке в ряд Фурье, получим числовое значение коэффициента пульсаций для мостовой схемы выпрямления:

Амплитуда основной второй гармоники частотой 2ω:

Следовательно, коэффициент пульсаций будет равен:

Максимальное обратное напряжение на каждом из закрытых диодов имеет такое значение, что и в однополупериодном выпрямителе, так как по отношению к входу они включены параллельно:
U2m = √2U2;
Uобрmax = π•Uнср; Uобрmax = √2U2
Основной недостаток – это большое количество диодов.
В настоящее время выпускаются полупроводниковые выпрямительные блоки по мостовой схеме (КЦ402, КЦ403 и др

Запоминание правильного соединения диодов схемы мостового выпрямителя иногда может вызвать проблемы у того кто начинает понимать данную проблему.

Альтернативное начертание этой схемы может облегчить запоминание и понимание.

Это точно полнотью анологичная схема, за исключением того, что все диоды расположены в горизонтальном положении и указывают в одном направлении (рисунок ниже).

А как ты думаешь, при улучшении двухполупериодный мостовой выпрямитель, будет лучше нам? Надеюсь, что теперь ты понял что такое двухполупериодный мостовой выпрямитель,выпрямитель и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятелно рекомендую изучить комплексно всю информацию в категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Маломощные однофазные выпрямители

Одними из самых  распространенных преобразователей тока являются выпрямители переменного тока в пульсирующий (постоянный по направлению движения носителей, но переменный по мгновенной величине) ток. Они имеют очень широкое применение. Условно их можно разделить на маломощные выпрямители (до нескольких сотен ватт  и выпрямители большой мощности (киловатты и больше)).

Содержание:

Принцип работы выпрямителя

Структурная схема выпрямителя показана ниже:

Главною его частью является выпрямляющее устройство В, образованное из диодов, объединенных особым образом. Именно здесь и происходит преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Переменное напряжение подается на выпрямляющее устройство через трансформатор Тр. В некоторых случаях трансформатора может и не быть (если напряжение силовой сети отвечает той, которая необходима для работы выпрямителя). Трансформатор(если он есть) в большинстве также имеет особенности в соединении его обмоток. Пульсирующий ток , как правило не является постоянным по величине в каждое мгновение времени, и когда необходимо иметь более сглаженное его значение, чем полученный после выпрямляющего устройства, применяют фильтры Ф. В случае необходимости выпрямитель дополняют стабилизатором напряжения  или тока Ст, который поддерживает их на постоянном уровне, если параметры силовой сети изменяется по разным причинам. Структурную схему завершает нагрузка Н, которая значительно влияет на работу всего устройства и поэтому считается составляющей частью всего преобразователя.

Собственно выпрямителем является та его часть, которая обведена на рисунке выше пунктиром и состоит из трансформатора и выпрямительного устройства.

В этом подразделе рассматриваются  выпрямители малой мощности, которые необходимы для обеспечения постоянным напряжением всяких устройств в областях управления, регулирования, усилителях тока, генераторах малой мощности и так далее. Как правило, они питаются от однофазного переменного напряжения 220 или 380 В частотою 50 Гц.

Нулевая схема выпрямления

Рассмотреть принцип действия самого простого выпрямителя однофазного тока целесообразно на так называемой нулевой схеме. Хотя она сейчас встречается относительно редко (о чем речь пойдет далее), знание физических процессов, которые происходят в этой схеме, очень важны для понимания дальнейшего материала.

Нулевая схема выглядит так:

Трансформатор Тр    имеет на вторичной стороне две обмотки, соединенные последовательно таким образом, что относительно средней точки а  напряжения  на свободных концах обмоток в и с одинаковые по величине, но противоположные по фазе. Выпрямительное устройство образовано двумя диодами D1 и D2, которые соединены вместе своими катодами, тогда как каждый анод соединен с соответствующей обмоткой. Нагрузка Zн присоединена между катодами диодов и точкой трансформатора.

Рассмотрим, как возникает пульсирующее напряжение на нагрузке. Сначала будем считать нагрузку чисто активным сопротивлением, Z_н=R_н.  Когда напряжение в обмотках будет изменяться по синусоидальному закону, то в тот полупериод, когда к аноду диода приложен положительный потенциал, будет проходить прямой ток. Поскольку напряжение на диоде составляет доли вольта, пренебрежем им. Тогда вся положительная полуволна переменного напряжения будет приложена просто к нагрузке R_н.  Когда напряжение приложенное минусом к аноду, тока не будет (малым обратным током диода также пренебрежем). Таким образом, до нагрузки будем доходить лишь положительная полуволна переменного напряжения в течении половины периода. Вторая половина периода будет свободна от тока.

Вторичные обмотки соединены противофазно, нагрузка общая для обеих обмоток, таким образом, в то время, когда в одной из них (например в верхней) ток будет проходить, другая будет от него свободна и наоборот.

Поэтому в нагрузке каждый полупериод будет заполнен полуволной переменного напряжения:

И выпрямленное напряжение U_d будет иметь вид одинаковых полуволн, которые повторяются с периодом, вдвое меньшим, чем период переменного напряжения в сети питания (2π радиан). Для обобщения, что будет удобно, далее будем считать, что период изменения выпрямленного напряжения меньше 2π в m раз и равняется 2π/m (в нашем случае m-2). Если нагрузка активное сопротивление R_н, то и ток в нем i_{d ,} будет повторять кривую напряжения.

Рассмотренная схема будет иметь тот недостаток, что во вторичных обмотках по сравнению с первичной имеют место значительные пульсации тока, потому что эти обмотки работают по очереди. Поскольку они намотаны на один сердечник, магнитный поток в последнем будет переменным, поэтому и в первичной обмотке ток будет переменным, имея как положительную, так и отрицательную полуволны. Как известно из курса электротехники, действующие и средние значения тока или напряжения одинаковые только для постоянного тока. Чем больше пульсации, тем больше будет действующее значение относительно среднего. Поэтому мощности обеих сторон трансформатора не будут одинаковыми. Однако трансформатор один, и объем железа для его сердечника следует выбирать, исходя из какого-то одного значения мощности.

Поэтому условно ввели понятие типовой мощности трансформатора, которая равняется среднему мощностей обеих сторон:

Выпрямительный мост или схема Гретца

Указанный недостаток можно исправить, используя выпрямляющее устройство в виде так называемого моста (схема Гретца):

В этом случае первые полупериоды будут работать, например, диоды D2  и D4, а вторые полупериода — D1 и D3. На нагрузке каждый раз будет полная полуволна вторичного напряжения:

 Мостовая схема кроме того имеет менее сложный, более легкий и дешевый трансформатор. Как мы увидим далее, у нее есть еще несколько преимуществ.

Интересно, что эта схема появилась исторически раньше нулевой однако распространения не получила, потому что имела во-первых четыре диода вместо двух. Однако главным  было не их количество, а то что при работе каждые полупериода ток проходит через два последовательно соединенных диода, на которые падает двойное напряжение. На то время полупроводниковых диодов еще не было, а вакуумные или ртутные имели значительное падение напряжения при прохождении прямого тока, что существенно понижало коэффициент  полезного действия. Оказалось, что более сложный трансформатор нулевой схемы, но с одним диодом в кругу выпрямления тока экономично выгоднее, чем мостовая схема с удвоенным числом диодов и двойным расходом энергии на них. И только появление относительно дешевых полупроводниковых диодов с очень маленьким падением прямого напряжения позволило повернуться к мостовым схемам, которая сейчас практически вытеснила нулевую ( в этом при желании можно усмотреть проявление одного из  диалектических законов – развитие по спирали).

Основные соотношения для выпрямителя

Выведем некоторые важные формулы, которые описывают процессы, существующие в этой схеме. Будем считать, что заданными величинами являются средние значения напряжения на нагрузку U_d и среднее значение тока в нем I_d.

Среднее значение выпрямленного напряжения

Запомним это выражение на дальнейшее. В нашем случае m=2 и  . Поскольку U_d считаем заданным, то

Амплитудное значение вторичного напряжения

Из предыдущего выражения имеем:

Коэффициент трансформации трансформатора

Этот коэффициент определяет отношения питающей сети к напряжению на обмотке вторичной стороны:

Действующее значение тока вторичной обмотки

Ток вторичной обмотки в то же время есть током в нагрузке. Поскольку нагрузка чисто активная и ток в ней повторяет по форме пульсирующее напряжение, то между его средним значением и его действующим значением существует такая же зависимость, что и для напряжений, то есть

Действующее значение тока первичной обмотки

Ток в первичной обмотке повторяет с учетом n ток вторичной обмотки :

Мощность трансформатора

Мощности первичной и вторичной сторон трансформатора в этой схеме одинаковые, поэтому:

Пульсация выпрямленного напряжения

Пульсирующее напряжение состоит из среднего значения U_d   и бесконечного количества гармоничных составляющих, амплитуды которых можно определить по формулам Фурье. Если начало координат выбрать так как на рисунке, то в гармоничном составе будут присутствовать только косинусные гармоники (т.к. кривая симметрична относительна оси координат). Амплитуда k-ой гармоники определяется по формуле:

Где: l – полупериод π/m;  

Наибольшую амплитуду будет иметь первая гармоника U_(1)m, поэтому определим только ее, предположив, что k=1:

Заменив   получим:

Отношение первой гармоники к среднему значению называют коэффициентом пульсаций:

Запомним эту формулу на будущее, а сейчас отметим, что в нашем случае при m – 2, q – 2/3. Это большие пульсации – амплитуда первой гармоники составляет 67% от среднего значения выпрямленного напряжения.

 Средний ток диодов

Как мы уже видели диоды работают по очереди – каждый из них проводит в среднем половину общего тока , который есть в нагрузке. Поэтому каждый из диодов должен быть рассчитан на ток  I_в = I_d/2

Наибольшее обратное напряжение на диоде

В то время когда диод B1 проводит его можно считать замкнутым, и тогда к диоду B2 будет приложено в обратном направлении напряжение вторичной обмотки. Поэтому каждый из диодов должен быть рассчитан на ее амплитудное значение:

Неуправляемые трёхфазные схемы выпрямления | BlogTIMT.ru

Трёхфазный выпрямитель – это устройство, преобразующее энергию трёхфазной сети переменного тока в энергию постоянного тока.

Рассмотрение темы трёхфазных выпрямителей является одной из обязательных при изучении дисциплины «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций». Для изучения этой темы рекомендуется ознакомиться с темами о выпрямительных устройствах, трансформаторах и диодах, и только потом приступать к изучению этой темы.

Схема трехфазного выпрямления имеют более лучшую характеристику выпрямленного переменного тока – коэффициент пульсаций выходного напряжения по сравнению со схемами однофазных выпрямителей. Это достигается за счёт того, что синусоиды ЭДС трёхфазного трансформатора накладываются друг на друга, а после выпрямления напряжения, они не складываются, а происходит выделение максимальных амплитуд всех трёх фаз вторичной обмотки трансформатора.

В статье рассмотрим несколько трёхфазных неуправляемых выпрямителей, которые студенты обязаны знать, а также их схемы и принципы действия.

Трёхфазная однотактная схема выпрямления

Трёхфазная однотактная схема выпрямления также называется трёхфазный нулевой выпрямитель или с нулевым выводом. В некоторой литературе можно встретить название «схема В.Ф. Миткевича», названная в честь её изобретателя советского учёного электротехника в 1901 году.

Выпрямленное напряжение на выходе всегда равно напряжению той фазы, при которой открыт диод. Из этого следует, что напряжение на выходе выпрямителя равно огибающей синусоид ЭДС на выходе трёхфазного трансформатора. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжение равен 0,25, в то время, когда у двухполупериодного и мостового выпрямителя он равен 0,67. В свою очередь, пульсаций в этого выпрямителя равна в три раза больше питающей сети. Основной недостаток схемы заключается в вынужденном намагничивании сердечника трансформатора. Трёхфазная однотактная схема выпрямления и диаграммы, поясняющие её работу изображены на рисунке 1.

Первичная обмотка может быть выполнена либо по схеме треугольник, либо как в данном случае, по схеме звезда. Концы свободных фаз вторичной обмотки подключаются к анодам диодов, катоды объединяются в общую точку, образуя тем самым положительный полюс выпрямления, и подключаются к нулевому выводу вторичной обмотки трансформатора. Возможен другой вариант подключения. Свободные концы фаз вторичной обмотки трансформатора подключаются к катодам диодов, а аноды объединяются в общую точку, образуя отрицательный полюс выпрямления и затем подключаются к нулевому выводу трансформатора.

Рисунок 1 – Трёхфазная однотактная схема выпрямления (а) и диаграммы, поясняющие её работу (б)

Более подробно рассмотрим принцип действия первого подключения. Напряжение на выходе выпрямителя зависит от максимального значения ЭДС фазы относительно нейтральной точки, при которой открыт диод. Рассмотрим период времени от ωt₁ до ωt₂, максимальное положительное значение ЭДС будет у обмотки e_2a (рисунок 1б), следовательно, будет открыт диод VD₁ и в цепи вторичной обмотки будет протекать ток i_2a, с обмотки e_2a, через диод VD₁, нагрузку R_н и на нулевой вывод вторичной обмотки.

В следующий период времени от ωt₂ до ωt₃. Максимальное значение ЭДС изменится на e_2b (рисунок 1б), откроется диод VD₁, и ток i_2b будет замыкаться по следующей цепи: вторичная обмотка трансформатора e_2b, диод VD₂, нагрузку R_н и на нулевой вывод вторичной обмотки. В момент времени от ωt₃ до ωt₄ процесс аналогичен двум предыдущим момента времени.

Из всего выше перечисленного, можно сделать вывод, что выходное напряжение будет равняться огибающей максимальных положительных пиков ЭДС фаз вторичной обмотки трансформатора (смотри нижнюю диаграмму рисунка 1б).

Трёхфазная мостовая схема выпрямления

Второй наиболее важной схемой, которая применяется во многих устройствах связи, питающихся от трёхфазной сети является трёхфазная мостовая схема выпрямления также называется схемой Ларионова или трёхфазный выпрямитель Ларионова. Названа в честь учёного электротехника Андрея Николаевича Ларионова, который впервые предложил эту схему.

В литературе выделяют две разновидности схем Ларионова в зависимости от схемы включения вторичных обмоток трансформатора – звезда или треугольник. Несмотря на одинаковую трёхфазный мостовой диодный блок, из-за разных соединений вторичных обмоток, выпрямители будут отличаться средним выпрямленным напряжением, эквивалентным внутренним сопротивлением, потерей в меди, а также совершенно разным принципом работы. На практике часто применяется схема со звездообразным включением вторичной обмотки трансформатора (Рисунок 2). Коэффициент пульсаций для этой схемы будет 0,057.

Рассмотрим диодный блок схемы, который состоит из двух групп диодов. Верхняя группа диодов VD₁, VD₃, VD₅ объединённая катодами образует положительный полюс относительно нулевой точки. Нижняя группа диодов VD₂, VD₄, VD₆ объединённая анодами, образует отрицательный полюс. В связи с тем, что нагрузка подключается к выводам этих диодных групп, здесь не требуется вывод нейтрали трансформатора. Если рассмотреть схему повнимательней, то можно увидеть, что она состоит из двух трёхфазных однотактных выпрямителей. Первый состоит из трансформатора и первой группы диодов (VD₁, VD₃, VD₅) и имеет напряжение на выходе u₀₁’. Второй выпрямитель выполнен на том же трансформаторе и второй группе диодов (VD₂, VD₄, VD₆), на выходе которого будет напряжение u₀₁’’. Выходное напряжение u₀₁ трёхфазного мостового выпрямителя будет равно сумме напряжений u₀₁’ и u₀₁’’.

Рисунок 2 – Схема трехфазного мостового выпрямителя (а) и диаграммы, поясняющие её работу (б)

Рассмотрим принцип действия «идеальной» схемы. В каждый момент времени, в каждой группе диодов может работать только один диод, причём в катодной группе работает тот диод, который подключен к фазе, имеющей наибольшее положительное значение ЭДС. В анодной группе, работает диод, который подключен к фазе, имеющей наибольшее отрицательное значение ЭДС.

Рассмотрим момент времени от ωt₁ до ωt₂. На этом временном интервале, наибольшее положительное значение ЭДС будет на фазе e_2a, следовательно в катодной группе будет открыт диод VD₁. В анодной группе будет открыт диод VD₄, так как наибольшее отрицательное значение будет на фазе e_2b. Отсюда следует, что ток будет замыкаться по следующей цепи: с фазы e_2a, точка «A», диод VD₁, нагрузка R_н, диод VD₄, точка «B» и в фазу e_2b.

Для большей ясности рассмотрим следующий промежуток времени от ωt₂ до ωt₃. В Катодной группе до сих пор будет открыт диод VD₁, так как фаза e_2a имеет наибольшее положительное значение ЭДС в данный момент времени. В анодной группе будет работать диод VD₆, так как теперь в этом мент времени максимальная отрицательная ЭДС будет на фазе e_2с. Следовательно, ток будет замыкаться по следующей цепи: с фазы e_2a, точка «A», диод VD₁, нагрузка R_н, диод VD₄, точка «C» и в фазу e_2c.

Трёхфазной мостовой схеме выпрямления, в отличие от однотактной схемы более высокая частота первой гармоники пульсаций, меньшее значение коэффициента пульсаций, меньшая габаритная мощность трансформатора, более высокий коэффициент мощности, и минимум в два раза меньшее обратное напряжение на диодах.

Из недостатков стоит отметить, что по сравнению с однотактной схемой, в мостовой схеме в диодном блоке больше потерь на диодах, так как в каждый момент времени, одновременно работают два диода. Поэтому данную схему нецелесообразно применять при напряжениях в единицы вольт и при низкочастотных технологиях построения схем.

Трёхфазные каскадные схемы выпрямления

В электроустановках предприятий связи так же как и предыдущие две схемы распространены и каскадные или комбинированные схемы выпрямления трёхфазного напряжения. Применение подобных схем обеспечивает более высокую частоту первой гармоники пульсаций, что позволяет уменьшить каскады сглаживающих фильтров.

Каскадные схемы представляют собой комбинацию нескольких классических трёхфазных схем выпрямления, которые включаются между собой относительно выхода последовательно или параллельно и работают на одну нагрузку. Стоит отметить, что диаграммы выходных напряжений сдвинуты относительно друг друга по фазе.

Для изучения принципа действия каскадных схем для примера возьмём схему Кюблера (Рисунок 3). По схеме видно, что она состоит из двух трёхфазных однотактных выпрямителей. Напряжения u01’ и u01’’ этих схем будут иметь сдвиг относительно друг друга на 2π/6. Для обеспечения этого сдвига, требуется использовать соединение вторичных обмоток трансформатора по схеме звезда с выводом нейтрали, Обмотки верхнего выпрямителя объединяются концами, а второго началами, нейтрали обоих выпрямителей соединяются между собой и образуют отрицательный полюс выходного напряжения выпрямителя. На диаграммах рисунка 3б изображены диаграммы напряжений u₀₁’ (e_2a, e_2b, e_2c) первого выпрямителя сплошной линией, второго u₀₁’’ (e_2x, e_2y, e_2z) пунктирной.

Чтобы обеспечить одновременную работу двух фаз, которые принадлежат различным выпрямителям, общая точка соединения катодов этих выпрямителей подключаются к уравнительному реактору L_ур, а средняя точка этого реактора подключается к нагрузке R_н.

Рисунок 3 – Трёхфазная каскадная схема выпрямления (а) и диаграммы, поясняющие её работу (б)

Рассмотрим принцип действия этой схемы. На интервале времени ωt₁ до ωt₂ наибольшее положительное значение ЭДС верхнего выпрямителя будет на фазе e_2a, следовательно будет открыт диод VD_a и ток начнёт протекать в верхнюю обмотку W дросселя. В нижнем выпрямителе максимальной положительной ЭДС будет e_2z, значит ток с этой обмотки будет протекать через диод VD_z в нижнюю обмотку W’ дросселя. В этот момент времени напряжение на нагрузке будет равно u₀₁=(e_2a+e_2z)/2.

На следующем интервале времени от ωt₂ до ωt₃ в верхнем выпрямителе до сих пор будет максимальное положительное значение ЭДС на фазе e_2a, у нижнего выпрямителя максимальное положительное значение ЭДС изменится, и теперь ток будет протекать с фазы e_2x и через диод VD_x в нижнюю обмотку W’ дросселя. На следующих интервалах времени будут работать фазы e_2b и e_2x, затем e_2b и e_2y и так далее.

Главным достоинством схемы над трёхфазной мостовой это то, что потери на диодах намного меньше, но уступает по габаритной мощности трансформатора и обратном напряжении на диодах. Помимо всего прочего, дополнительно требуется дроссель в качестве уравнительно реактора.

Схема применяется при низких выходных напряжениях примерно до нескольких десятков вольт и при больших токах нагрузки в районе ста ампер.

P.S. Статья со временем будет обновляться. На данный момент в ней рассмотрены только принципы работы схем, в недалёком будущем планируется добавить расчётные формулы и параметры схем. Для более глубокого изучения выпрямительных устройств воспользуйтесь соответствующей литературой.

Мостовой выпрямитель — определение, изготовление и работа

Раньше к выпрямителю моста, нам нужно знать, что на самом деле выпрямитель есть и зачем нужен выпрямитель. Так Сначала давайте посмотрим на эволюцию выпрямителей.

Эволюция выпрямители

Выпрямители находятся в основном подразделяется на три типа: полуволна выпрямитель, Центр двухполупериодный выпрямитель и мостовой выпрямитель.Все у этих трех выпрямителей есть общая цель — преобразовать Чередование Ток (AC) в постоянный Ток (постоянный ток).

Нет все эти три выпрямителя эффективно преобразуют Переменный ток (AC) в постоянный ток (DC), только двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением и мостовой выпрямитель эффективно преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный Ток (постоянный ток).

В однополупериодный выпрямитель, допускается только 1 полупериод и оставшаяся половина цикла заблокирована. В результате почти половина приложенная мощность тратится на полуволновой выпрямитель. В в дополнение к этому, выходной ток или напряжение производимый полуволновым выпрямителем — это не чистый постоянный ток, а пульсирующий постоянный ток, который не очень полезен.

В чтобы преодолеть эту проблему, ученые разработали новый тип выпрямителя, известный как двухполупериодный с отводом по центру выпрямитель.

Основным преимуществом двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением является то, что пропускает электрический ток как во время положительных, так и отрицательных полупериоды входного сигнала переменного тока.В результате DC выходная мощность двухполупериодного выпрямителя с отводом в два раза больше что из полуволнового выпрямителя. В дополнение к этому, DC выход двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением содержит очень меньше ряби. В результате выход постоянного тока центра двухполупериодный выпрямитель с ответвлениями более плавный, чем полуволновой выпрямитель.

Однако двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением имеет один недостаток: трансформатор с центральным отводом, используемый в нем, очень дорогой и занимает большую площадь.

Кому сократить эти дополнительные расходы, ученые разработали новый тип выпрямитель, известный как мостовой выпрямитель. В мостовом выпрямителе, центральный кран не требуется. Если уйти или подняться напряжения не требуется, тогда даже трансформатор можно устраняется в мостовом выпрямителе.

выпрямительный КПД мостового выпрямителя практически равен к центру двухполупериодного выпрямителя.Единственное преимущество мостового выпрямителя над двухполупериодным выпрямителем с отводом по центру это снижение стоимости.

В мостовой выпрямитель, вместо использования центрального отвода трансформатор, используются четыре диода.

Сейчас мы получаем представление о трех типах выпрямителей. Половина волновой выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру (двухполупериодный выпрямитель) уже обсуждались в предыдущем учебные пособия.В этом уроке основное внимание уделяется мосту. выпрямитель.

Let’s взгляните на мостовой выпрямитель…!

Мост выпрямитель определение

А мостовой выпрямитель — это тип двухполупериодного выпрямителя, в котором используется четыре или более диодов в конфигурации мостовой схемы для эффективного преобразовать переменный ток (AC) в постоянный ток (ОКРУГ КОЛУМБИЯ).

Мост выпрямитель строительный

строительство Схема мостового выпрямителя показана на рисунке ниже. Мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов. а именно D ₁ , D ₂ , D ₃ , D ₄ и нагрузочный резистор R _L . Четыре диода подключены по замкнутому контуру (мост) к эффективно преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный Ток (постоянный ток).Главное достоинство этой мостовой схемы конфигурация такова, что нам не нужен дорогой центр трансформатор с ответвлениями, что снижает его стоимость и габариты.

входной сигнал переменного тока подается на две клеммы A и B и выходной сигнал постоянного тока получается через нагрузочный резистор R _L , который подключается между клеммами C и Д.

четыре диода D ₁ , D ₂ , D ₃ , D ₄ расположены последовательно только с двумя диодами, что позволяет ток в течение каждого полупериода. Например, диоды D ₁ и D ₃ рассматриваются как одна пара, что позволяет электрический ток в течение положительного полупериода, тогда как диоды D ₂ и D ₄ считаются другая пара, пропускающая электрический ток во время отрицательный полупериод входного сигнала переменного тока.

Как мост выпрямитель работает?

Когда входной сигнал переменного тока подается на мостовой выпрямитель, во время положительного полупериода диоды D ₁ и D ₃ имеют прямое смещение и пропускают электрический ток, в то время как диоды D ₂ и D ₄ имеют обратное смещение и блокирует электрический ток.С другой стороны, во время диоды отрицательного полупериода D ₂ и D ₄ имеют прямое смещение и пропускают электрический ток, а диоды D ₁ и D ₃ имеют обратное смещение и блокирует электрический ток.

Во время положительный полупериод, клемма A становится положительной в то время как клемма B становится отрицательной.Это вызывает диоды D ₁ и D ₃ с прямым смещением и при при этом вызывает диоды D ₂ и D ₄ обратное смещение.

направление тока в течение положительного полупериода равно показано на рисунке A (т.е. от A до D, от C до B).

Во время отрицательный полупериод, клемма B становится положительной в то время как клемма A становится отрицательной.Это вызывает диоды D ₂ и D ₄ с прямым смещением и на при этом вызывает диоды D ₁ и D ₃ обратное смещение.

отображается текущее направление потока во время отрицательного полупериода на рисунке B (то есть от B до D, от C до A).

От на двух рисунках (A и B), мы можем заметить, что направление тока через резистор нагрузки R _L то же самое в течение положительного полупериода и отрицательного цикл.Следовательно, полярность выходного сигнала постоянного тока то же самое для положительных и отрицательных полупериодов. Выход Полярность сигнала постоянного тока может быть либо полностью положительной, либо отрицательный. В нашем случае это полностью положительно. Если направление диодов перевернут, то мы получаем полный отрицательный постоянный ток вольтаж.

Таким образом, мостовой выпрямитель пропускает электрический ток во время обоих положительные и отрицательные полупериоды входного сигнала переменного тока.

формы выходных сигналов мостового выпрямителя показаны на рисунок ниже.

Характеристики из мостовой выпрямитель

Peak Inverse Напряжение (PIV)

максимальное напряжение, которое диод может выдержать при обратном смещении состояние называется пиковым обратным напряжением (PIV)

или

максимальное напряжение, которое может выдержать непроводящий диод называется пиковым обратным напряжением (PIV).

Во время положительный полупериод, диоды D ₁ и D ₃ находятся в проводящем состоянии, а диоды D ₂ и D ₄ находятся в непроводящем состоянии. На с другой стороны, во время отрицательного полупериода диоды D ₂ и D ₄ находятся в проводящем состоянии, а диоды D ₁ и D ₃ находятся в непроводящее состояние.

Пиковое обратное напряжение (PIV) для мостового выпрямителя дано по

PIV = V _Smax

Коэффициент пульсации

гладкость выходного сигнала постоянного тока измеряется с использованием известного коэффициента как фактор пульсации. Выходной сигнал постоянного тока с очень меньшим рябь рассматривается как плавный сигнал постоянного тока, в то время как выходной сигнал постоянного тока с высокой пульсацией считается высоким пульсирующий сигнал постоянного тока.

Пульсация фактор математически определяется как отношение пульсаций напряжения к чистое постоянное напряжение.

коэффициент пульсаций для мостового выпрямителя равен

.

коэффициент пульсаций мостового выпрямителя составляет 0,48, что равно как центральный выпрямитель.

Выпрямитель эффективность

выпрямитель КПД определяет, насколько эффективно выпрямитель преобразует Переменный ток (AC) в постоянный ток (DC).

Высокая выпрямитель КПД указывает на самый надежный выпрямитель, в то время как низкий КПД выпрямителя указывает на плохой выпрямитель.

Выпрямитель эффективность определяется как отношение выходной мощности постоянного тока к мощности переменного тока. входная мощность.

Максимальный выпрямительный КПД мостового выпрямителя — 81.2% который аналогичен двухполупериодному выпрямителю с отводом по центру.

Преимущества выпрямительного моста

Низкий пульсации в выходном сигнале постоянного тока

Выходной сигнал постоянного тока мостового выпрямителя более плавный, чем однополупериодный выпрямитель. Другими словами, мост выпрямитель имеет меньше пульсаций по сравнению с полуволновым выпрямитель.Однако коэффициент пульсации моста Выпрямитель такой же, как двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру.

Высокая выпрямитель эффективность

выпрямитель КПД мостового выпрямителя очень высок по сравнению к однополупериодному выпрямителю. Однако выпрямитель КПД мостового выпрямителя и двухполупериодного ответвления выпрямитель такой же.

Низкий потеря мощности

В однополупериодный выпрямитель только на один полупериод входного переменного тока сигнал разрешен, а оставшийся полупериод ввода Сигнал переменного тока заблокирован. В результате почти половина приложенная входная мощность тратится впустую.

Однако в мостовом выпрямителе допускается наличие электрического тока во время как положительных, так и отрицательных полупериодов ввода Сигнал переменного тока.Таким образом, выходная мощность постоянного тока почти равна входная мощность переменного тока.

Недостатки из мостовой выпрямитель

Мост выпрямитель схема выглядит очень сложной

В полуволновой выпрямитель, используется только один диод, тогда как в двухполупериодном выпрямителе с отводом по центру используются два диода. Но в мостовом выпрямителе мы используем четыре диода для схема работы.Так выглядит схема мостового выпрямителя сложнее, чем однополупериодный выпрямитель и с отводом по центру двухполупериодный выпрямитель.

Подробнее потеря мощности по сравнению с центральной полосой выпрямитель

В электронный цепей, чем больше диодов мы используем, тем больше будет падение напряжения происходят. Потери мощности в мостовом выпрямителе почти равны двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру.Однако в мосту выпрямитель, падение напряжения немного выше по сравнению с двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру. Это связано с двумя дополнительные диоды (всего четыре диода).

В двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру, проводит только один диод в течение каждого полупериода. Значит падение напряжения в цепи составляет 0,7 вольт. Но в мостовом выпрямителе два диода, которые соединены последовательно в течение каждого полупериода.Так падение напряжения происходит за счет двух диодов, что равно 1,4 вольта (0,7 + 0,7 = 1,4 вольта). Однако потеря мощности из-за этого падение напряжения очень мало.

«Это статья посвящена только мостовому выпрямителю. Если хочешь читайте про мостовой выпрямитель с посещением фильтра: мостовой выпрямитель с фильтром «

Мостовой выпрямитель с фильтром

«Это статья про мостовой выпрямитель с фильтром.Если хочешь чтобы прочитать только про мостовой выпрямитель посетите: мостовой выпрямитель «

»

В центр нажат двухполупериодный выпрямитель, как положительная, так и отрицательная половина циклы исправлены. Так что нет напряжения тратится на выходе. Кроме того, выход постоянного тока производимый двухполупериодным выпрямителем с центральным отводом более плавный чем выход полуволнового выпрямителя.

Однако Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением имеет один недостаток. Что трансформатор, используемый в двухполупериодном выпрямитель очень дорог и занимает много места. Итак, чтобы преодолев этот недостаток, был разработан выпрямитель нового типа. разработан под названием мост выпрямитель.

В мост выпрямитель, трансформатор не нужен.Однако два лишних диоды (всего четыре диода) необходимы для работы моста выпрямитель.

общая стоимость мостового выпрямителя невысока по сравнению с двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру.

Нравится двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением, прямой выход Ток (DC) мостового выпрямителя содержит небольшой рябь.Эту небольшую рябь можно уменьшить, если использовать фильтр на выходе.

фильтр преобразует пульсирующий постоянный ток (DC) в чистый Постоянный ток (DC). Фильтр состоит из комбинации компонентов, таких как конденсаторы, резисторы, и индукторы.

В в этом руководстве мостовой выпрямитель, состоящий из конденсатора фильтр объяснен.

Нравится двухполупериодный выпрямитель с отводом по центру, мостовой выпрямитель также исправляет как положительные, так и отрицательные полупериоды входной сигнал переменного тока. Однако строительство моста выпрямитель отличается от двухполупериодного с отводом по центру выпрямитель. В мостовом выпрямителе диоды расположены по схеме мостовой схемы.

мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов а именно D ₁ , D ₂ , D ₃ и D ₄ . Вход сигнал подается на две клеммы A и B, в то время как Выход постоянного тока получается через нагрузочный резистор R _L подключен между клеммами C и D.

пульсирующий выход постоянного тока, полученный через нагрузочный резистор R _L содержит мелкую рябь.Чтобы уменьшить эту рябь, мы используем фильтр на выходе.

Фильтр, обычно используемый в мостовом выпрямителе, представляет собой конденсатор фильтр. На приведенной ниже схеме конденсаторный фильтр подключается через нагрузочный резистор R _{L ..}

Когда подается входной сигнал переменного тока в течение положительного полупериода оба диода D ₁ и D ₃ передние предвзято.При этом диоды D ₂ и D ₄ имеют обратное смещение.

Вкл. с другой стороны, во время отрицательного полупериода диоды D ₂ и D ₄ смещены вперед. В то же время, диоды D ₁ и D ₃ — обратное смещение.

Таким образом, мостовой выпрямитель позволяет использовать как положительную, так и отрицательную половину циклы входного сигнала переменного тока.

Выход постоянного тока, создаваемый мостовым выпрямителем, не является чистым постоянным током. но пульсирующий постоянный ток. Этот пульсирующий постоянный ток содержит как переменный ток, так и Компоненты постоянного тока.

Компоненты переменного тока колеблются во времени, в то время как компоненты остаются неизменными во времени. Итак, AC компоненты, присутствующие в пульсирующем постоянном токе, являются нежелательными сигнал.

конденсатор фильтр, присутствующий на выходе, удаляет нежелательный переменный ток составные части. Таким образом, на нагрузочном резисторе получается чистый постоянный ток. Р _Л .

Что такое мостовой выпрямитель? — Работа, преимущества и недостатки

Определение: мостовой выпрямитель образован путем соединения четырех диодов в виде моста Уитстона .Он также обеспечивает полное выпрямление волны. В течение первой половины цикла переменного тока два диода смещены в прямом направлении, а во второй половине цикла переменного тока два других диода становятся смещенными в прямом направлении. Таким образом, выпрямитель обеспечивает выход постоянного тока во время положительного цикла переменного тока, а также во время отрицательного цикла переменного тока.

Компоненты схемы мостового выпрямителя

Состоит из понижающего трансформатора, четырех диодов, соединенных в виде моста. Два из четырех диодов подключены по диагонали и подключены к вторичным обмоткам трансформатора, а два других диода подключены к нагрузочному резистору.

Работа мостового выпрямителя

Когда сигнал переменного тока подается на мостовой выпрямитель, понижающий трансформатор преобразует сигнал переменного тока высокого напряжения в сигнал переменного тока низкого напряжения. Сигнал переменного тока подается на первичную обмотку трансформатора, а через взаимную индукцию — на вторичные обмотки трансформатора.

Работа диодов при положительной половине переменного тока

Когда положительная половина сигнала переменного тока подается на мостовой выпрямитель, верхняя часть вторичной обмотки трансформатора является положительной, а нижняя часть вторичной обмотки — отрицательной.Таким образом, в этом состоянии вывод анода диода D1 положительный, а вывод катода диода D3 отрицательный.

Следовательно, диод D1 и диод D3 будут смещены в прямом направлении в течение положительной половины или первой половины цикла переменного тока. И диод D2 и диод D4 будут иметь обратное смещение, потому что катодный вывод диода D4 подключен к выводу, имеющему положительное напряжение, а анодный вывод диода D2 подключен к положительному напряжению.

Работа диодов при отрицательной половине переменного тока

Когда отрицательный цикл или вторая половина сигнала переменного тока приближается к мостовому выпрямителю, верхняя часть вторичной обмотки трансформатора является отрицательной, а нижняя половина вторичной обмотки трансформатора — положительной.Таким образом, в этой ситуации вывод анода диода D1 является отрицательным, а вывод катода D3 — положительным. Это заставляет диод D1 и D3 работать в режиме обратного смещения.

Во время отрицательного полупериода сигнала переменного тока вывод катода диода D4 отрицательный, а вывод анода диода D2 положительный. Таким образом, диод D4 и диод D2 смещены в прямом направлении во время отрицательной половины переменного тока. Хотя во время этого отрицательного полупериода анодный вывод диода D1 является отрицательным, а катодный вывод диода D3 — положительным, это вызывает обратное смещение диодов D1 и D3.

Таким образом, мостовой выпрямитель проводит как половину входного сигнала переменного тока, то есть как положительную, так и отрицательную половину. Направление тока, протекающего через нагрузочный резистор, остается неизменным как для положительной половины цикла переменного тока, так и для отрицательной половины цикла переменного тока.

Анализ мостового выпрямителя

Приложенное напряжение Vsmax появляется на нагрузочном резисторе RL, таким образом, на нагрузочном резисторе появляется пиковое обратное напряжение (PIV).

1. Пиковый ток: Значение пикового тока мостового выпрямителя может быть получено с помощью мгновенного напряжения, приложенного к цепи выпрямителя.

Давайте рассмотрим прямое сопротивление некоторого значения и обратное сопротивление, обеспечивающее бесконечное сопротивление, тогда мы можем получить значение тока через резистор нагрузки.

Полный ток, протекающий через сопротивление нагрузки R _L , являющийся суммой токов i ₁ и i ₂ , определяется как: —

Пиковое значение силы тока через сопротивление RL может быть получено с помощью приведенного ниже уравнения.

Здесь RF — прямое сопротивление, а RL — сопротивление нагрузки.

2. Эффективность выпрямления: Эффективность выпрямления может быть получена соотношением мощности постоянного тока, подаваемой на нагрузку, и составляющей мощности переменного тока, присутствующей в ней.

Преимущества мостовых выпрямителей над выпрямителями с центральным отводом

1. В случае мостового выпрямителя центральное ответвление во вторичной обмотке трансформатора не требуется.Таким образом, уменьшается сложность схемы. Схема может быть упрощена, если мы удалим трансформатор из схемы выпрямителя на тот случай, если нам не нужно понижать напряжение.
2. Стабилизация напряжения мостовых выпрямителей лучше, чем у двухполупериодных выпрямителей с центральным ответвлением.
3. Коэффициент использования трансформатора в случае мостового выпрямителя выше, чем у двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением.
4. Силовой трансформатор меньшего размера может использоваться для заданной выходной мощности.

Недостатки мостовых выпрямителей перед выпрямителями с центральным отводом

1. Для работы требуется четыре диода, поэтому требования к компонентам схемы в случае мостового выпрямителя больше, чем у выпрямителей с центральным отводом.
2. Падение напряжения на диодах увеличивается в четыре раза, чем у двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением. Это создает проблему в приложениях, где требуется низкое напряжение.
3. Нагрузочный резистор и подаваемое напряжение не имеют общей точки, которую можно было бы заземлить.

На этом недостатки мостового выпрямителя завершены. Это также один из двухполупериодных выпрямителей, но благодаря своей мостовой архитектуре он обладает некоторыми преимуществами перед двухполупериодным выпрямителем.

Система стабилизации питания

со схемами мостового выпрямителя в вашей печатной плате

Кондиционирование питания имеет решающее значение при работе с печатными платами и для подачи питания на ваши компоненты. Это, казалось бы, простое действие может создать проблемы с целостностью сигнала, если ваши компоненты неправильно спроектированы, что приведет к битовым ошибкам или другим проблемам с сигналом во время работы.Программное обеспечение для проектирования может помочь вам избежать проблем, которые могут возникнуть при создании собственной схемы мостового выпрямителя для вашей печатной платы. Инструменты моделирования и подачи электроэнергии помогают визуализировать потенциальные проблемы и позволяют скорректировать конструкцию печатной платы и компонентов перед переходом к производству.

ALTIUM DESIGNER

Полностью унифицированный, основанный на правилах пакет проектирования печатных плат со встроенными библиотеками компонентов.

Имея так много компонентов на вашей печатной плате, компании-разработчики программного обеспечения и отдельные дизайнеры пытаются скомпилировать как можно больше компонентов в библиотеки компонентов.Эти библиотеки компонентов содержат все необходимое для моделирования платы на основе моделей компонентов, создания составных компонентов или добавления новых проприетарных компонентов для использования в ваших проектах.

Работа с согласованием мощности и преобразованием мощности с использованием схемы мостового выпрямителя широко используется в ряде систем. Ваша печатная плата должна позволять легко добавлять эти стандартные компоненты к вашей печатной плате или создавать собственные компоненты для использования в ваших проектах. Все эти компоненты должны быть доступны и доступны для поиска в вашей библиотеке компонентов.Лучшее программное обеспечение для проектирования печатных плат объединит эти функции управления компонентами с вашими инструментами проектирования, что поможет вам максимально повысить продуктивность проектирования.

Если вы пролистаете библиотеку компонентов, вы найдете ряд предварительно упакованных схем мостового выпрямителя, которые вы можете включить в свою печатную плату. Вы также найдете ряд отдельных компонентов, которые можно использовать для создания собственной схемы мостового выпрямителя для преобразования и кондиционирования энергии. Независимо от того, нужен ли вашим электронным схемам встроенный источник питания, или если вы ищете электронные компоненты, такие как регулятор напряжения, конденсатор или диод, наличие надежной библиотеки поможет.

Будь то волновой мостовой выпрямитель или двухполупериодный мостовой выпрямитель, возможность найти нужные вам компоненты в любой степени простой схемы является выдающейся. Для поиска необходимых компонентов требуется тщательная библиотека компонентов с лучшими функциями поиска, что дает вам гибкость, необходимую для разработки вашей печатной платы для вашего конкретного приложения.

Ваши библиотеки компонентов и вы

Ваши библиотеки компонентов предоставляют доступ к огромному количеству компонентов, включая все необходимое для размещения однополупериодного или двухполупериодного выпрямителей на следующей печатной плате.Ваши библиотеки компонентов должны быть достаточно обширными, чтобы включать в себя встроенные схемы выпрямителей, но при этом быть достаточно адаптируемыми, чтобы все ваши другие инструменты проектирования могли получить доступ к информации из этой важной базы данных.

Если существующие компоненты в библиотеке не соответствуют вашей выходной мощности или характеристикам пульсации, ваше программное обеспечение должно упростить разработку проприетарных компонентов. Вам нужно будет создать SPICE-модель, пользовательское посадочное место и 3D-модель для вашего проприетарного компонента. Все эти данные о компонентах должны интегрироваться в остальные инструменты проектирования, что даст вам возможность адаптировать ваше программное обеспечение к вашему конкретному приложению.

Отчет о сравнении компонентов в Altium Designer

Бывают случаи, когда на вашей печатной плате могут возникать проблемы с целостностью сигнала, источником питания, кондиционированием или распределением питания, даже если вы следовали стандартным и индивидуальным правилам проектирования. Хотя правила проектирования созданы для предотвращения этих проблем, помогает диагностировать эти проблемы до того, как вы получите готовые платы. У вас должно быть хорошее представление о целостности сигналов на вашей печатной плате, прежде чем они будут отправлены в производство.

Независимо от того, используете ли вы регулятор напряжения, конденсатор или даже драйвер MOSFET, вы должны убедиться, что ваше выходное напряжение и входное напряжение соответствуют вашей принципиальной схеме. При работе с переменным напряжением, постоянным током и падением напряжения в источниках питания вы должны быть уверены в своих расчетах входного и выходного напряжения.

Инструменты моделирования и анализа в программном обеспечении для проектирования печатных плат позволяют диагностировать и устранять эти проблемы до того, как они приведут к аварийным ситуациям.Высокоскоростные, высокочастотные и маломощные устройства подвержены различным проблемам с целостностью сигнала, которые могут вывести из строя вашу печатную плату. Вам нужно будет предпринять шаги, чтобы исправить любые проблемы с сигналом, которые вы обнаружите в результатах моделирования. Программное обеспечение для проектирования должно давать вам инструменты, необходимые для диагностики этих проблем на этапе проектирования, а не после обработки.

Инструменты моделирования и анализа для силовой электроники

Моделирование может помочь вам определить, нужно ли вам включать в печатную плату электронику преобразования сигнала или управления мощностью.Они также позволяют вам напрямую видеть, как эти компоненты и схемы влияют на целостность сигнала. Это может помочь вам сузить потенциальные причины проблем с сигналом на вашей печатной плате и найти виновника. Они также могут помочь вам определить, следует ли вам разработать собственные схемы выпрямителя, регулятора и фильтрации для вашей печатной платы.

Расположение компонентов в Altium Designer

Унифицированный дизайн переворачивает старый процесс проектирования с ног на голову. Вместо того чтобы переключаться между разными программами с разными рабочими процессами, вы можете создавать новейшие и лучшие печатные платы в одном интерфейсе.Все ваши инструменты проектирования, управления и анализа содержатся в едином программном пакете, а ваши функции легко обмениваются данными.

Это идеальная среда для создания и анализа печатных плат с возможностью преобразования мощности, преобразования сигнала и согласования мощности, не говоря уже о высокоскоростных или высокочастотных устройствах. Информация в библиотеках компонентов легко синхронизируется с информацией в правилах компоновки, схемы и проектирования. Все эти данные сразу становятся доступны из ваших инструментов моделирования, что дает вам максимально продуктивный опыт проектирования.

Унифицированное проектирование и управление данными в Altium Designer

Механизм проектирования в Altium Designer в значительной степени основан на правилах. Проверка правил и их соответствие составляют основу процесса проектирования, а ядро ​​механизма проектирования создано для взаимодействия со всеми вашими инструментами управления и анализа компонентов. Altium Designer — единственная платформа для проектирования печатных плат, которая включает в себя все инструменты проектирования, управления компонентами и создания результатов в едином интерфейсе проектирования. Другие программы для проектирования печатных плат разделяют эти функции на разные программы с непоследовательным рабочим процессом, что затрудняет вашу продуктивность и стратегию управления.

Создание лучших плат смешанных сигналов и поиск подходящего компонента для преобразования между переменным и постоянным током требует библиотек компонентов, которые напрямую взаимодействуют с вашими инструментами проектирования и анализа. Наличие доступа к самому большому диапазону доступных компонентов гарантирует, что вы не будете вынуждены делать выбор дизайна, жертвуя функциональностью вашего устройства.

Работа в единой среде проектирования означает, что ваши конструктивные особенности созданы для совместной работы на единой программной платформе.Ваши инструменты моделирования и проектирования интегрируются с вашими библиотеками компонентов, и вы можете анализировать поведение вашей мостовой схемы и диагностировать потенциальный сигнал. Pr

Полноволновой мостовой выпрямитель Работа и применение

Двухполупериодный мостовой выпрямитель представляет собой схему, состоящую из четырех диодов, расположенных в виде структурной схемы мостового типа, как показано. Эта схема обеспечивает двухполупериодное выпрямление, а также является экономичной, поэтому используется во многих приложениях.

Конструкция полноволнового выпрямителя

Полноволновой мостовой выпрямитель

В мостовом выпрямителе используются четыре диода.Все четыре диода в форме ромба подключены к трансформатору и нагрузке, как показано на схеме.

Работа полноволнового выпрямителя

Работа двухполупериодного выпрямителя проста. Первичная обмотка трансформатора запитана синусоидальным током. В то же время вторичная обмотка трансформатора диаметрально соединена с двумя диаметрально противоположными точками. Нагрузка R _{, нагрузка} подключается к оставшимся двум точкам моста.

Теперь, когда подается вход переменного тока, в течение первого полупериода верхняя часть трансформатора становится положительной по сравнению с нижней половиной того же самого. Таким образом, во время первой половины диоды D4 и D1 смещены в прямом направлении. Токи следуют по пути 1-2 и входят в нагрузку. Возвращаясь, путь 4-3. Аналогичным образом диоды D2 и D3 имеют обратное смещение. Таким образом, по путям 2-3 и 1-4 ток не течет.

Во время отрицательного полупериода, то есть в следующем цикле, верхняя часть трансформатора становится отрицательной по сравнению с нижней частью того же самого.Таким образом, диоды D2 и D3 смещены в прямом направлении, и токи следуют по пути 3-2-4-1. Два других, то есть D1 и D4, имеют обратное смещение для этого цикла. Таким образом, ток не течет по путям 1-2 и 3-4. Следовательно, отрицательный цикл исправляется, поскольку он проявляется в нагрузке.

Форма волны выпрямленного входа будет иметь вид

.

Максимальное вторичное напряжение = Пиковое обратное напряжение (PIV) мостового выпрямителя

Таким образом, в схеме мостового выпрямителя два диода из четырех проводят в течение одного полупериода, и, следовательно, прямое сопротивление становится в два раза больше, чем 2RF.

Пиковый ток в полноволновом выпрямителе

Значение мгновенного напряжения, приложенного к выпрямителю, равно

.

В _с = В _smax sin wt

Предположим, что прямое сопротивление диода R _f Ом, а обратное сопротивление равно бесконечности, следовательно, ток через нагрузку R _L может быть задан как:

• I1 = I _max Sin wt и I ₂ = 0 для первого полупериода и
• I1 = 0 и I ₂ = I _max Sin wt для второго полупериода.

Сумма токов I ₁ и I ₂ протекает через сопротивление нагрузки R _L , которое определяется как:

I = I ₁ + I ₂ = I _max Sin wt для полного цикла

Пиковое значение тока нагрузки, протекающего через сопротивление нагрузки R _L , составляет:

I _макс = V _smax / (2R _F + R _L )

Выходной ток полноволнового выпрямителя

Ток через нагрузку RL представляет собой сумму двух половин периодов переменного тока.Величина постоянного тока Idc равна среднему значению переменного тока и получается путем интегрирования тока I1 между 0 и Π или тока I2 между и 2Π.

I _{постоянного тока} = 1 / Π ∫ ∫ ₀ ^Π I ₁ d (вес)

= 1 / Π ∫ ∫ ₀ ^Π I _max sin wt d (вес)

= 2I _макс / Π

Выходное напряжение постоянного тока

Постоянный ток или среднее значение напряжения на нагрузке равно

.

В = I ₌ RL = 2 / (Π I _макс. R _L )

Среднеквадратичное значение тока

Действующее или среднеквадратичное значение тока, протекающего через сопротивление нагрузки RL, может быть задано как:

I ² _RMS = 1 / Π ∫ ∫ ₀ ^Π I1 d (wt) = I ² _макс /2

I _RMS = Imax / √2

Эффективность выпрямления полноволнового выпрямителя

Теперь количество мощности, передаваемой на нагрузку

Pdc = I ² _dc R _L = 2Im / Π = RLoad

= (4 / Π ² ) I ² _м RL

Входная мощность переменного тока на трансформатор = мощность, рассеиваемая на диоде + мощность, рассеиваемая на сопротивлении нагрузки RL

I ² _RMS R _f + I ² _RMS R _{Нагрузка} = (I ² _м /2) (R _f + R _{Нагрузка}

.