Диодный трансформатор: Страница не найдена – Светодиодное освещение

Содержание

В чём отличия драйвера и трансформатора?

И трансформатор, и драйвер являются блоками питания какой-либо электроники. Даже иногда внешне они очень похожи.

Но отличия между ними есть и очень серьёзные. Чтобы их понять, нужно определиться, что обычно подразумевается под этими терминами.

Что такое трансформатор?

Классический трансформатор - это электромагнитная катушка как минимум с двумя обмотками с разным количеством витков в каждой.

Подавая переменное напряжение на одну из обмоток, с другой можно снимать переменное напряжение, как меньшего, так и большего значения, в зависимости от соотношения количеств витков в обмотках.

Все прочие электронные приборы, питающие какую-либо технику, технически не являются трансформаторами, либо являются ими только в какой-то своей части.

Светодиодный трансформатор на 50 ватт

Но, тем не менее, трансформатор - общепринятое название источника питания, под которым обычно понимается источник постоянного по значению напряжения, тип тока которого может быть как переменным, так и постоянным.

Именно в таком понимании мы используем термин трансформатор

.

В нашем каталоге

Что такое драйвер?

Термин драйвер применяется к блокам питания, которые обеспечивают постоянный по значению ток в некотором диапазоне выходных напряжений.

Драйвер поддерживает в цепи постоянный по значению ток при изменении сопротивления подключённой нагрузки. Достигается это изменением выходного напряжения.

Для чего это нужно? Светодиоды нужно питать постоянным по типу и постоянным по значению током. Превышение номинального тока светодиода очень пагубно сказывается на его сроке эксплуатации - он быстро тускнеет, теряет яркость, перегревается и может перегореть.

Казалось бы, в чём проблема подсоединить светодиод к трансформатору постоянного тока? Подсоединяем же мы лампу накаливания - получаем и постоянный ток, и постоянное напряжение.

Можно, но не нужно! Дело в том, что сопротивление лампы накаливания практически не меняется, поэтому через неё и течёт постоянный по значению ток. Совсем другое дело светодиод - его сопротивление сильно «плавает» в зависимости от температуры. Поэтому, подключив его к трансформатору, мы получим на нём постоянное напряжение, но значение тока будет меняться и может превысить номинальный максимум. А от этого сильно страдает срок службы светодиодов.

Для решения этой проблемы и предназначены драйверы. Они меняют напряжение, поддерживая одно и то же значение тока, а светодиоды в этой ситуации чувствуют себя очень комфортно.

Светодиодный драйвер на 50 ватт

Применительно к светодиодным прожекторам термин драйвер идентичен термину блок питания - под ними всегда подразумевается одно и тоже.

Везде ли, где есть светодиоды, стоят драйверы?

Нет, не везде. Например, светодиодные ленты и почти все светодиодные лампы G4 лишены драйверов. При этом и те и другие подключаются к трансформаторам (ленты 220 вольт - к выпрямителям, но в данном контексте это одно и тоже). Также, например, различные светодиоды подсветки во всей технике подключаются явно не к драйверам.

Не имеют драйверов

Светодиодная лента 220 вольтСветодиодная лента 12 вольтСветодиодные лампы с цоколем G4

Но во всех перечисленных случаях светодиоды специально запитываются пониженным током, чтобы избежать перегрева. Т.е. в этих случаях светодиоды светят не в полную яркость, меньше греются и, дополнительно, не получают превышения предельных значений тока при подключении к трансформатору.

Но если мы хотим получить максимальную отдачу, максимальную яркость, как, например, в прожекторе, то неизбежно нужен драйвер для стабилизации тока и хороший теплоотвод в виде радиатора.

Можно ли использовать трансформатор вместо драйвера?

Например, наши светодиодные матрицы для прожекторов в штатном режиме работают примерно на 33 вольтах. Можно ли их подключить к трансформатору постоянного тока напряжением 33 вольта?

Можно, они будут работать. Но их процесс выгорания (потери яркости) будет сильно ускорен. Поэтому

мы категорически не рекомендуем этого делать

В последнее время на рынке появилось очень много дешевых светодиодных прожекторов, у которых в качестве одного из достоинств указано, что они «бездрайверные». Якобы это повышает надежность, т.к. электроники существенно меньше. Но об обратной стороне, указанной выше, продавцы подобных изделий всегда умалчивают.

У Вас есть вопрос? Спросите консультанта.

Позвоните нам.
Или кликните здесь и задайте свой вопрос - подробный ответ Вы получите очень быстро.
Мы всегда стараемся помочь.Каталог продукции

Трансформатор для диодной ленты тип Р 150Вт IP67 Navigator

Артикул: 806000407

Коннектор Geniled 10 мм жесткий разъем-разъем

45.– за шт

Артикул: 806000406

Коннектор Geniled 8 мм жесткий разъем-разъем

45.– за шт

Артикул: 806000397

Коннектор Geniled 10 мм гибкий разъем-провод

49.– за шт

Артикул: 806000396

Коннектор Geniled 8 мм гибкий разъем-провод

49.– за шт

Артикул: 806000258

Коннектор IEK RGB 10 мм разъем-разъем 3 шт

49.– за упак

Артикул: 806000409

Коннектор Geniled MIX 10 мм жесткий разъем-разъем

59.– за шт

Артикул: 806000408

Коннектор Geniled 10 мм жесткий разъем-разъем мультиколор

59.– за шт

Артикул: 806000400

Коннектор Geniled 10 мм гибкий разъем-разъем

59.– за шт

Артикул: 806000399

Коннектор Geniled 8 мм гибкий разъем-разъем

59.– за шт

Артикул: 806000398

Коннектор Geniled 10 мм гибкий разъем-провод мультиколор

59.– за шт

Артикул: 806000403

Коннектор Geniled 10 мм гибкий разъем-разъем мультиколор

69.– за шт

Артикул: 806000405

Коннектор Geniled 10 мм гибкий разъем-Jack

79.– за шт

Артикул: 806000404

Коннектор Geniled 8 мм гибкий разъем-Jack

79.– за шт

Артикул: 806000416

Коннектор Geniled 10 мм L-образный жесткий

89.– за компл

Артикул: 806000415

Коннектор Geniled 8 мм L-образный жесткий

89.– за компл

Артикул: 806000266

Коннектор IEK Моно 8 мм Jack 5,5-15 см-разъем 3 шт

99.– за упак

Артикул: 806000417

Коннектор Geniled 10 мм L-образный жесткий мультиколор

109.– за компл

Артикул: 806000413

Коннектор Geniled 10 мм Т-образный жесткий

119.– за компл

Артикул: 806000410

Коннектор Geniled 8 мм Т-образный жесткий

119.– за компл

Артикул: 806000420

Коннектор Geniled 10 мм X-образный жесткий мультиколор

129.– за компл

Артикул: 806000419

Коннектор Geniled 10 мм X-образный жесткий

129.– за компл

Артикул: 806000418

Коннектор Geniled 8 мм X-образный жесткий

129.– за компл

Артикул: 806000414

Коннектор Geniled 10 мм Т-образный жесткий мультиколор

139.– за компл

Артикул: 806000095

Коннектор Моно 10 мм 5,5-15 см-разъем 5 шт IEK

159.– за упак

Артикул: 806000449

Контроллер для RGB ленты с пультом 72 Вт Smartbuy

249.– за шт

Артикул: 806000368

Профиль для диодной ленты Geniled врезной серый 22х7 мм 1 м

249.– за шт

Артикул: 806000123

Профиль для диодной ленты встраиваемый матовый 1000х22х6 мм IMEX

249.– за шт

Артикул: 806000364

Профиль для диодной ленты Geniled накладной серый 16х7 мм 1 м

260.– за шт

Артикул: 806000204

Драйвер для ленты LED 25 Вт Smartbuy

269.– за шт

Артикул: 806000179

Драйвер для ленты LED 40Вт Smartbuy

299.– за шт

Электронные трансформаторы. Устройство и работа. Особенности

Рассмотрим основные преимущества, достоинства и недостатки электронных трансформаторов. Рассмотрим схему их работы. Электронные трансформаторы появились на рынке совсем недавно, но успели завоевать широкую популярность не только в радиолюбительских кругах.

В последнее время в интернете часто наблюдаются статьи на основе электронных трансформаторов: самодельные блоки питания, зарядные устройства и многое другое. На самом деле электронные трансформаторы являются простым сетевым импульсным блоком питания. Это самый дешевый блок питания. Зарядное устройство для телефона стоит дороже. Электронный трансформатор работает от сети 220 вольт.

Устройство и принцип действия

Схема работы


Генератором в этой схеме является диодный тиристор или динистор. Сетевое напряжение 220 В выпрямляется диодным выпрямителем. На входе питания присутствует ограничительный резистор. Он одновременно служит и предохранителем, и защитой от бросков сетевого напряжения при включении. Рабочую частоту динистора можно определить от номиналов R-С цепочки.

Таким образом можно увеличить рабочую частоту генератора всей схемы или уменьшить. Рабочая частота в электронных трансформаторах от 15 до 35 кГц, ее можно регулировать.

Трансформатор обратной связи намотан на маленьком колечке сердечника. В нем присутствуют три обмотки. Обмотка обратной связи состоит из одного витка. Две независимые обмотки задающих цепей. Это базовые обмотки транзисторов по три витка.

Это равноценные обмотки. Ограничительные резисторы предназначены для предотвращения ложных срабатываний транзисторов и одновременно ограничения тока. Транзисторы применяются высоковольтного типа, биполярные. Часто используют транзисторы MGE 13001-13009. Это зависит от мощности электронного трансформатора.

От конденсаторов полумоста тоже многое зависит, в частности мощность трансформатора. Они применяются с напряжением 400 В. От габаритных размеров сердечника основного импульсного трансформатора также зависит мощность. У него две независимые обмотки: сетевая и вторичная. Вторичная обмотка с расчетным напряжением 12 вольт. Наматывается она, исходя из требуемой мощности на выходе.

Первичная или сетевая обмотка состоит из 85 витков провода диаметром 0,5-0,6 мм. Используются маломощные выпрямительные диоды с обратным напряжением в 1 кВ и током в 1 ампер. Это самый дешевый выпрямительный диод, который можно найти серии 1N4007.

На схеме детально виден конденсатор, частотно задающий цепи динистора. Резистор на входе предохраняет от бросков напряжения. Динистор серии DB3, его отечественный аналог КН102. Также имеется ограничивающий резистор на входе. Когда напряжение на частотно задающем конденсаторе достигает максимального уровня, происходит пробой динистора. Динистор – это полупроводниковый искровой разрядник, который срабатывает при определенном напряжении пробоя. Тогда он подает импульс на базу одного из транзисторов. Начинается генерация схемы.

Транзисторы работают по противофазе. Образуется переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора заданной частоты срабатывания динистора. На вторичной обмотке мы получаем нужное напряжение. В данном случае все трансформаторы рассчитаны на 12 вольт.

Электронные трансформаторы китайского производителя Taschibra

Он предназначен для питания галогенных ламп на 12 вольт.

Со стабильной нагрузкой, как галогенные лампы, такие электронные трансформаторы могут работать бесконечно долго. Во время работы схема перегревается, но не выходит из строя.

Принцип действия

Подается напряжение 220 вольт, выпрямляется диодным мостом VDS1. Через резисторы R2 и R3 начинает заряжаться конденсатор С3. Заряд продолжается то тех пор, пока не пробьется динистор DB3.

Напряжение открытия этого динистора составляет 32 вольта. После его открытия на базу нижнего транзистора поступает напряжение. Транзистор открывается, вызывая автоколебания этих двух транзисторов VT1 и VT2. Как работают эти автоколебания?

Ток начинает поступать через С6, трансформатор Т3, трансформатор управления базами JDT, транзистор VT1. При прохождении через JDT он вызывает закрытие VT1 и происходит открытие VT2. После этого ток течет через VT2, через трансформатор баз, Т3, С7. Транзисторы постоянно открывают и закрывают друг друга, работают в противофазе. В средней точке появляются прямоугольные импульсы.

Частота преобразования зависит от индуктивности обмотки обратной связи, емкости баз транзисторов, индуктивности трансформатора Т3 и емкостей С6, С7. Поэтому частотой преобразования управлять очень сложно. Еще частота зависит от нагрузки. Для форсирования открытия транзисторов используются ускоряющие конденсаторы на 100 вольт.

Для надежного закрытия динистора VD3 после возникновения генерации прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD1, и он надежно запирает динистор.

Кроме этого, есть устройства, которые используют для осветительных приборов, питают мощные галогенные лампы в течение двух лет, работают верой и правдой.

Блок питания на основе электронного трансформатора

Сетевое напряжение через ограничительный резистор поступает на диодный выпрямитель. Сам диодный выпрямитель состоит из 4-х маломощных выпрямителей с обратным напряжением в 1 кВ и током 1 ампер. Такой же выпрямитель стоит на блоке трансформатора. После выпрямителя постоянное напряжение сглаживается электролитическим конденсатором. От резистора R2 зависит время заряда конденсатора С2. При максимальном заряде срабатывает динистор, возникает пробой. На первичной обмотке трансформатора образуется переменное напряжение частоты срабатывания динистора.

Основное достоинство этой схемы – это наличие гальванической развязки с сетью 220 вольт. Основным недостатком является малый выходной ток. Схема предназначена для питания малых нагрузок.

Электронные трансформаторы DM-150T06A

Потребление тока 0,63 ампера, частота 50-60 герц, рабочая частота 30 килогерц. Такие электронные трансформаторы предназначены для питания более мощных галогенных ламп.

Достоинства и преимущества

Если использовать приборы по прямому назначению, то имеется хорошая функция. Трансформатор не включается без входной нагрузки. Если вы просто включили в сеть трансформатор, то он не активен. Нужно подключить на выход мощную нагрузку, чтобы началась работа. Эта функция экономит электроэнергию. Для радиолюбителей, которые переделывают трансформаторы в регулируемый блок питания, это является недостатком.

Можно реализовать систему автовключения и систему защиты от короткого замыкания. Несмотря на имеющиеся недостатки, электронный трансформатор всегда будет самой дешевой разновидностью блоков питания полумостового типа.

В продаже можно найти более качественные недорогие блоки питания с отдельным генератором, но все они реализуются на основе полумостовых схем с применением самотактируемых полумостовых драйверов, таких как IR2153 и ему подобные. Такие электронные трансформаторы гораздо лучше работают, более стабильны, реализована защита от короткого замыкания, на входе сетевой фильтр. Но старая Taschibra остается незаменимой.

Недостатки электронных трансформаторов

Они имеют ряд недостатков, несмотря на то, что они сделаны по хорошим схемам. Это отсутствие каких-либо защит в дешевых моделях. У нас простейшая схема электронного трансформатора, но она работает. Именно эта схема реализована в нашем примере.

На входе питания отсутствует сетевой фильтр. На выходе после дросселя должен стоять хотя бы сглаживающий электролитический конденсатор на несколько микрофарад. Но он тоже отсутствует. Поэтому на выходе диодного моста мы можем наблюдать нечистое напряжение, то есть, все сетевые и другие помехи передаются на схему. На выходе мы получаем минимальное количество помех, так как реализована гальваническая развязка.

Рабочая частота динистора крайне неустойчива, зависит от выходной нагрузки. Если без выходной нагрузки частота составляет 30 кГц, то с нагрузкой может наблюдаться довольно большой спад до 20 кГц, зависит от конкретной нагруженности трансформатора.

Еще одним недостатком можно назвать то, что на выходе этих устройств переменная частота и ток. Чтобы использовать электронные трансформаторы в качестве блока питания, нужно выпрямить ток. Выпрямлять нужно импульсными диодами. Обычные диоды тут не подходят из-за повышенной рабочей частоты. Поскольку в таких блоках питания не реализованы никакие защиты, то стоит лишь замкнуть выходные провода, блок не просто выйдет из строя, а взорвется.

Одновременно при коротком замыкании ток в трансформаторе увеличивается до максимума, поэтому выходные ключи (силовые транзисторы) просто лопнут. Выходит из строя и диодный мост, поскольку они рассчитаны на рабочий ток в 1 ампер, а при коротком замыкании рабочий ток резко увеличивается. Выходят также из строя ограничительные резисторы транзисторов, сами транзисторы, диодный выпрямитель, предохранитель, который должен предохранять схему, но не делает этого.

Еще несколько компонентов могут выйти из строя. Если у вас имеется такой блок электронного трансформатора, и он случайно выходит по каким-то причинам из строя, то ремонтировать его нецелесообразно, так как это не выгодно. Только один транзистор стоит 1 доллар. А готовый блок питания также можно купить за 1 доллар, совсем новый.

Мощности электронных трансформаторов

Сегодня в продаже можно найти разные модели трансформаторов, начиная от 25 ватт и заканчивая несколькими сотнями ватт. Трансформатор на 60 ватт выглядит следующим образом.

Производитель китайский, выпускает электронные трансформаторы мощностью от 50 до 80 ватт. Входное напряжение от 180 до 240 вольт, частота сети 50-60 герц, рабочая температура 40-50 градусов, выход 12 вольт.

Похожие темы:

Диодный кольцевой смеситель: теория и практика

Смеситель частот (frequency mixer) — это схема, выполняющая перемножение двух сигналов. Из школьного курса тригонометрии нам известно, что cos(α)×cos(β) = ½cos(α-β) + ½cos(α+β). Поэтому в сочетании с фильтрами смеситель позволяет двигать сигнал выше или ниже по частоте. Это называется гетеродинирование (heterodyning). На данном принципе работают все приемники прямого преобразования и супергетеродинные приемники. Сегодня мы спаяем собственный смеситель и рассмотрим несколько примеров его использования.

Теория

Схем смесителей существует сильно больше одной. Лучшим источником информации по теме смесителей, что мне удалось найти, является книга Solid State Design for the Radio Amateur, за авторством Wes Hayward, W7ZOI и Doug DeMaw, W1FB. Книга вышла более 40 лет назад, в 1977 году, и в наши дни найти ее может быть проблематично. Однако она доступна в электронном виде на archive.org. Желающих ознакомиться с разными схемами смесителей, понять их классификацию, слабые и сильные стороны, и так далее, я вынужден направить к этой книге. Это действительно большая тема.

Мы же сосредоточимся на одной схеме, которая часто используется на практике. Она называется двойной балансный диодный кольцевой смеситель (double balanced diode ring mixer) или просто диодный кольцевой смеситель (diode ring mixer). Название как бы намекает, что где-то в схеме должно быть кольцо из диодов:

Схема имеет два входа — гетеродин (local oscillator, LO) и ВЧ (radio frequency, RF), а также выход ПЧ (intermediate frequency, IF). Стоит сказать, что IF может быть использован как вход, а RF — как выход, но такой режим мы рассмотрим отдельно. Как же работает эта схема?

Когда ток течет из LO в смеситель, на вторичной обмотке левого трансформатора течет противофазный ток, через диоды D1 и D4. Через D2 и D3 ток не течет, их как будто вовсе нет в схеме. Таким образом, в правом трансформаторе верхняя половина вторичной обмотки оказывается как бы выключена. Ток может течь только через нижнюю половину. То есть, правый трансформатор работает просто как трансформатор 1:1 и сигнал течет с RF на IF без изменений.

Когда же ток течет в LO из смесителя, ситуация противоположная. Диоды D1 и D4 не участвуют в работе схемы, но ток течет через D2 и D3. В правом трансформаторе работает верхняя половина вторичной обмотки, и мы снова получаем трансформатор 1:1. Но обратите внимание на то, куда подключен IF и где у трансформатора точки. По сравнению с предыдущей ситуацией трансформатор получился перевернутым. То есть, фаза RF будет сдвинута на 180°, что эквивалентно умножению на -1.

Другими словами, мы умножаем RF на меандр с частотой, заданной LO. Меандр состоит из множества нечетных гармоник, основной из которых будет LO. На выходе смесителя также будут нежелательные сигналы, вызванные перемножением RF на третью, пятую и прочие гармоники LO, но их мы всегда можем отфильтровать. Вспомним, что диоды D1-D4 не являются идеальными. Ток через них является функцией от разности потенциалов на диоде. Плюс к этому, не бывает двух одинаковых диодов. Все это тоже вносит вклад в отличие выхода от идеальных ½cos(α-β) + ½cos(α+β).

Стоит отметить, что на выходе диодного кольцевого смесителя следует использовать не фильтры, а диплексеры. Фильтры вне своей полосы пропускания имеют высокий КСВ, а значит отражают нежелательный сигнал обратно в его источник. В случае со смесителем это ни к чему хорошему не приведет. В отличие от фильтров, диплексеры позволяют погасить нежелательный сигнал на эквиваленте нагрузки. Еще один нюанс заключается в том, что смесителю нужен достаточно высокий уровень LO, около 7 dBm.

Плюсом диодного кольцевого смесителя является широкополосность. В отличие от смесителей на активных компонентах, диодный кольцевой смеситель почти не вносит собственного шума в сигнал. Есть и другие преимущества. В частности, в схеме используются легко доступные и удобные в использовании компоненты, чего не скажешь о смесителях, использующих dual gate MOSFET’ы. Последние либо редки, либо относительно дороги, либо представляют собой очень маленькие компоненты для поверхностного монтажа.

Модель приведенной выше схемы для LTspice вы найдете в этом архиве. Заинтересованным читателям предлагается проверить, что она действительно работает так, как описано выше.

Практика

В моем исполнении диодный кольцевой смеситель получился таким:

Трансформаторы намотаны эмалированной проволокой 0.6 мм на ферритовых кольцах FT50-43 трифилярной обмоткой. У меня получилось 7 витков. Согласно Solid State Design for the Radio Amateur, порядка 10 витков на ферритовых кольцах с высокой магнитной проницаемостью (μ ≈ 800 для 43-ей смеси) должны хорошо работать для КВ. Для УКВ рекомендуются материалы с магнитной проницаемостью поменьше, например, 61-ая смесь с μ ≈ 125.

В качестве диодов были использованы диоды Шоттки 1N5818. Выбор диодов не принципиален. Подойдут даже обычные импульсные диоды, хотя диоды Шоттки предпочтительнее. Будет не лишним подобрать при помощи мультиметра четыре диода с одинаковым напряжением смещения (voltage drop). Впрочем, в своем смесителе я использовал случайные диоды.

Проверим смеситель при помощи анализатора спектра:

Генератором сигналов на LO был подан сигнал с частотой 14 МГц, а на RF — с частотой 3 МГц. Поэтому на выходе смесителя мы видим 14 − 3 = 11 МГц и 14 + 3 = 17 МГц. На скриншоте мы также видим сигнал меньшего уровня с частотой 14 МГц. Это сигнал утечки с LO. Мы также видим и другие нежелательные сигналы, но в данном случае их уровень невысок. Заметьте, что сигналы с маркерами 1 и 3 различаются на 1.5 dB. Возможно, такого перекоса не было, если бы я использовал подобранные диоды. Поигравшись с LO и RF можно найти и другие артефакты. В целом, смеситель адекватно работает на частотах до 30 МГц. Однако с ростом частоты падает уровень полезного сигнала и снижается изоляция между LO и IF.

Эксперимента ради подключим порт RF смесителя к КВ-антенне, на LO подадим 25 МГц, а IF подключим к RTL-SDR v3:

Перед нами радиолюбительский диапазон 40 метров, только смещенный на 25 МГц выше. То есть, мы получили апконвертер. Очень простой, совсем без фильтрации, но все же вполне рабочий. Даунконвертер работает по тому же принципу. Этот прием можно использовать, если интересующий сигнал выходит за поддерживаемый интервал частот вашего приемника.

Выше было сказано, что IF может быть использован как вход, а RF — как выход. Давайте проверим. На LO подадим 7 МГц, а на IF подадим какой-нибудь НЧ сигнал порядка 2 кГц. RF подключим к осциллографу, не забыв о согласовании импеданса:

Перед нами ни что иное, как двухполосная модуляция (double sideband, DSB). Вспомним, что DSB — это в сущности амплитудная модуляция с подавленной несущей, или в точности произведение несущей на НЧ сигнал. Не удивительно, что смеситель частот и DSB-модулятор представляют собой одну и ту же схему. Отфильтровав сигнал, мы можем получить либо нижнюю боковую (lower sideband, LSB), либо верхнюю боковую (upper sideband, USB).

Кроме того, в сочетании с аттенюаторами и делителями/сумматорами можно получить AM:

Иллюстрация позаимствована из The ARRL Handbook. В сущности, здесь берется DSB и к нему с нужным уровнем добавляется несущая. Получается амплитудная модуляция. Проверено, работает.

Заключение

Сегодня мы разобрались, как работает ключевой компонент радиоприемников. Еще мы выяснили, как сделать апконвертер, даунконвертер и узнали новый способ получения амплитудной модуляции. Также теперь мы имеем почти все необходимое для генерации SSB сигнала. Немало открытий для схемы из двух трансформаторов и четырех диодов!

А доводилось ли вам делать смеситель частот? Если да, то по какой схеме вы его делали?

Дополнение: Вас также могут заинтересовать статьи Смеситель частот на интегральной схеме SA612 и Самодельный апконвертер на 40 МГц. Вариант буфера для диодного кольцевого смесителя описан в статье про ВЧ усилители с обратной связью. Несколько доработанную схему смесителя вы найдете в посте Супергетеродинный приемник на диапазон 40 метров.

Метки: Беспроводная связь, Любительское радио, Электроника.

Как получить постоянное напряжение из переменного

Осциллограмма постоянного напряжения

Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под “постоянным напряжением”. Как гласит нам Википедия, постоянное напряжение (он же и постоянный ток)  –  это такой ток, параметры,свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю.

Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации:

Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).

Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в  однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный  трансформатор. А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение, мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост. На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.

Но как же   нам из пульсирующего постоянного напряжения

получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?

Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор.  А вот так он должен подключаться к диодному мосту:

В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться. Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.

Зависимость пульсаций напряжения от емкости конденсатора

Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:

Рассмотрим первый. Замеряем его номинал с помощью нашего LC – метр. Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.

Цепляем его к диодному мосту по схеме выше

И цепляемся осциллографом:

Смотрим осциллограмму:

Как вы видите, пульсации все равно остались.

[quads id=1]

Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.

Получаем 0,226 микрофарад.

Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.

А вот собственно и осциллограмма

 

Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны.

Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад.  У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.

Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.

А вот собственно и она

Ну вот. Совсем ведь другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

 – чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.

 – чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. С этим борются с помощью пассивных фильтров, а также используют интегральные стабилизаторы напряжения, которые выдают чистейшее постоянное напряжение.

Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя

Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все-таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт для своих нужд?  Сначала нужно подобрать трансформатор, чтобы на выходе он выдавал … 12 Вольт?  А вот и не угадали!  Со вторичной обмотки трансформатора мы будем получать действующее напряжение.

где

UД – действующее напряжение, В

Umax – максимальное напряжение, В

Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе трансформатора должно быть 12/1,41=8,5 Вольт переменного напряжения. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула здесь. Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!

Кстати,  у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у  трансформатора на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).

Ну и напоследок, чтобы лучше запомнилось:

 

Показываем на примере в видео:

Примеры использования трансформаторов тока в различных приложениях

Уважаемые господа разработчики, как Вы понимаете, можно приводить огромную массу примеров применения трансформаторов тока, но мы остановимся только на некоторых, не связанных с измерением параметров электрических сетей для функций коммерческого учета. Моя задача постараться донести общий подход к решению практических задач, переодически возникающих при разработке новых приборов или контроле за состоянием переферийных устройств. Все остальное — доделает полет мысли разработчика, а я никоем образом не хочу вводить ограничения и навязывать свое мнение в вопросах выбора. Со своей стороны я постараюсь продолжать публиковать интересные решения для общего обозрения, так что делитесь проблемами и решениями. Итак начнем:

1. Индикация включенной нагрузки

Достаточно часто, возникает необходимость дистанционного контроля за работой различных энергопотребляющих устройств. Например работа ТЭНов. Как правило, в силовую цепь нагревателей помещают спец. защитные отключатели (например биметаллические), которые срабатывают при достижении аварийной температуры. Как узнать — греет ТЭН или нет? Можно пощупать пальцем — вскочил волдырь, значит греет, холодный — либо перегорел, либо включилась защита. А есть более безопасный вариант? Конечно! В цепь питания такого ТЭНа включим трансформатор тока и будем внимательно наблюдать за его работой. Если по первичке трансформатора течет ток — он будет стараться выдать и вторичный ток, который можно использовать, например засветить светодиод или подключить стрелочный индикатор или вообще — передать в контроллер, который будет принимать решения.

1.1. Используем светодиод.

Как Вы знаете, для того, что-бы светодиод светился, на него надо подать ток, чем ток больше — тем ярче светится светодиод, но тем более короткую жизнь он проживает. Обычно величину этого тока принимаю равным 5-10мА, для ярких соответственно 2-5мА. При этом они живут очень долго и счастливо. С учетом того, что светодиод работает на постоянном токе, а трансформатор этого категорически не любит — выходной ток трансформатора мы будем выпрямлять. Можно конечно включить встречно 2 светодиода — один горит на одной полуволне, второй на другой. Это выход, но напряжение стабилизации светодиодов немного разнится от экземпляра к экземпляру, поэтому мы имеем несимметричную нагрузку, а это нехорошо для трансформатора. В принципе, некоторый перекос он прощает, но если просто повесить на выход тр-ра один светодиод, то придется наблюдать за его слабеньким свечением.

Почему слабеньким? Да потому, что работая на одну полуволну, сердечник трансформатора постепенно намагнитится до режима насыщения и трансформатор перестанет правильно работать. Идеальный выход — включить на выходе трансформатора диодный мостик, например на КД522 (LL4148), стоит копейки, а пользу для трансформатора приносит громадную. Если на выход моста включить еще и конденсатор — то и нагрузка начнет ощущать себя поспокойней. Итак мы имеем трансформатор, диодный мост и конденсатор. Включим на выход моста красный светодиод. А для того, что бы он светился правильно — займемся предварительным расчетом и выбором трансформатора.

Для того, чтобы в нагрузку потек ток, трансформатор в нашем примере должен развить на выходе некоторую ЭДС (для преодоления напряжения открывания диодов моста и светодиода). Считаем эту ЭДС: падение напряжения на диоде LL4148 можно принять за 0.9в ( они слабенькие, падение напряжения при хорошем токе побольше чем 0.6в.), их у нас работает по 2 в каждой полуволне, на красном светодиоде — 1.7в. Итого имеем 0.9*2+1,7=3.5в.

Т.е. трансформатор должен уметь развивать на выходе ЭДС значительно больше 3.5 в. Теперь считаем ток на входе: Если на выходе нам нужно 5 мА, то при коэфф. трансформации 1:3000, первичный ток должен быть 5мА*3000=15А. Смотрим сколько нам надо: например ТЭН имеет мощность 1 кВт, т.е. ток = 1000Вт/220в=4.8А. А нам надо 15А! Что делать? Все просто — 15А/4.8А=3, т.е., нам надо трижды просунуть через центральное отверстие токоведущий проводник и мы получим практически искомую величину — 15А, которая нам и нужна. (т.е. получить фактический коэфф. трансформации 3:3000). Итак, ищем трансформатор, который может выдать на выходе ЭДС не менее 3.5в, при этом не уйти в насыщение при 15А на входе, а не вдаваясь в подробности — ищите с запасом в 2-3 раза.

С учетом того, что нам надо просунуть аж 3 витка — ищем трансформатор с подходящим отверстием. Возьмем например Т10-110А-90-З/0 (см фото). Он имеет ЭДС не менее 10В, и что самое для нас главное — огромное отверстие (11мм), в которое легко просунем 3 витка сетевого провода (внимание-только один провод из двух, идущих на ТЭН!).

Проверим: сопр. обмотки у Т10-110А-90-З/0=190 Ом. При токе 5 мА, на обмотку придется 5мА*190 Ом=0,95в. Да еще 3.5в на нагрузке, итого имеем 3.5+0,95=4.45в. что меньше 10в. А это значит что все работает! Если отв. не нужно такое большое, например мотаем 3 витка проводом ПЭТВ2-1.05 и запаиваем его в плату (см примеры монтажа на печ. плату), то можно выбрать трансформатор поменьше и подешевле.

А что, если мы проверяем работу ТЭНа аж на 10 кВт? Коротко считаем: 10кВт/220в=48А. А надо всего 15А! Значит на сетодиод пойдет аж 16мА! Либо мы с этим миримся, либо надо отвести лишний ток от светодиода. Как это сделать? Поставим резистивный шунт параллельно светодиоду. Посчитаем шунт? Итак мы имеем 1.7в на нагрузке, и при этом лишний ток 11мА (5 мА съедает светодиод). Считаем 1.7в/11мА=0,15кОм. Ближайший 150 Ом. Считаем мощность = 1,7в*11мА=19мВт. Значит резистор ставим любой (берем обычный 0.125Вт). С учетом того, что особая точность нам не нужна (не измеряем, а просто светим), на этом расчет остановим.

1.2 Стрелочный индикатор

Ход рассуждений абсолютно такой-же как и при выборе светодиода, но считать надо поточнее и ввести элемент для калибровки (все-таки какой-никакой, а измеритель).

Итак мы имеем все тот-же мост на выходе трансформатора и стрелочный прибор. С учетом того, что стрелочный прибор обладает большой инерционностью, большой конденсатор ему не требуется, но, что-бы убрать всякие переходные процессы, лучше все-же небольшой конденсатор (0.1-0.22 мкФ) поставить. Итак, например, мы имеем полное отклонение стрелки на 100 мкА, сопротивление обмотки 1600 Ом. (первая цифра пишется у прибора на циферблате, вторую можно получить померив сопр. прибора омметром). Считаем падение напряжения на приборе при полном отклонении стрелки: 100мкА*1600ом=160мв. Добавим к этому падение напряжения на мосте 1.6в, итого трансформатор ищем с ЭДС более 1,8в. Например Т04-90А-110-К/0 (см фото) или Т04-90А-110-Т/0 (см фото)

Для случая ТЭНа=1кВт (см выше) имеем на выходе трансформатора 4.8А/3000=1,6мА. Стрелочный прибор зашкаливает на 0.1 мА. Значит лишние 1.5мА надо увести в шунт. Считаем 160мв/1.5мА=107 ом. Т.е. в теории, зашунтировав прибор резистором 107 ом мы получим полное отклонение стрелки при мощности нагрузки 1 кВт. А что будет, если мы поставим резистор 130 ом? А это значит, что ток через стрелочный прибор будет больше максимального и его зашкалит. Что-бы этого не случилось, мы включим последовательно с прибором (внимание не с шунтом!) подстроечный резистор, которым и ограничем ток. Расчет подстроечного резистора: Итак, если мы ставим шунт 130 ом, при прохождении через него тока 1.5 мА, падение напряжения составит 13ом*1.5мА=195 мВ. Считам нужное сопротивление в цепи стрелочного прибора: 195мв/0,1мА=1950ом. Сопротивление катушки 1600ом, 1950ом-1600ом=350ом. Значит, в теории, нам не хватает сопротивления 350ом для того, что бы все замечательно работало. Берем подстроечный резистор 470ом, которым мы легко сможем выставить показание стрелочного прибора в максимум при максимальной мощности (т.к. откалибровать стрелочный прибор по максимальному току в первичке). Что нам собственно и требовалось.

1.3 Передача информации в контроллер или исполнительное устройство.

Все абсолютно так-же как и выше. Единственно, надо решить — мы контролируем форму тока и принимаем решения, или нам не важно как этот ток течет, главное — поймать что его слишком много или слишком мало. В первом случае ставим АЦП, во втором — триггер шмитта, компаратор, или, если работать по принципу есть/нет, то просто логический вход. Наша задача — получиь напряжение заданной величины при заданном входном токе. Рассмотрим это на примере работы того-же ТЭНа 1кВт. Наша задача среагировать на защитное отключение ТЭНа при аварийном отключении ТЭНа внешним размыкателем, например биметаллическим при перегреве.

Используем PIC16F630 имеющий в своем составе компаратор (встроенное опорное по 24 уровням). С учетом того, что при включении нагрузки может проходить мощный пусковой ток, надо ограничить возможность трансформатора выдавать напряжение на м.сх. более напряж. питания м.сх., для этой цели достаточно защитить вход м.сх. стабилитроном. В данном примере предлагаю заменить стабилитрон копеечным диодом LL4148 с прямым включением и не переживать за сохранность микросхемы (весь ток диод заберет на себя и больше 1 в. ну никак не пропустит). С учетом того, что диод реально начнет влиять на измерительную цепь уже на 0.2-0.3в надо ограничиться этим уровнем при измерении, хотя для контроля до 0.6в все будет достаточно корректно.

Далее, по уже знакомому пути, считаем величину нагрузочного резистора: Считаем ток: 4.8А/3000=1.6мА. Примем величину опорного напряжения = 2/24 напр. питания или (при 5в) = 5/24*2=0,41в.Принимаем, что если напряж. на входе компаратора более 0,41в, считаем что ТЭН включен, менее — выключен. Примем, что при 1 кВт нагрузки, на входе компаратора должно быть не менее 0,5в.( т.е. больше 0.41в) Значит: 0.5в/1,6мА=0,3125 кОм. Выбираем ближайший резистор = 330 Ом. Рассуждения по поводу выбора трансформатора уже приводились выше, повторяться не будем.

Как это реализовано можно посмотреть на фото контроллера управления температурой сушильного шкафа (справа, между реле, виден трансформатор Т04-90А-25-Т/25К-18, слева сетевой трансформатор питания ТТН3):

Вид снизу на контроллер, трансформатор Т04-90А-25-Т/25К-18 впаян в разрыв токоведущей шины (широкая шина справа), под трансформатором расположен диодный мост, нагрузочный резистор и сглаживающий конденсатор (стабилитрон пока не установлен), слева PIC16F630.

Если взять резистор сопротивлением побольше расчетного, в этом случае можно снизить требования по емкости сглаживающего конденсатора. В данном примере совсем не обязательно проверять, что нагрузка именно 1 кВт. Она либо есть, либо ее нет. Так что, если контроллер увидит нагрузку не 1 кВт,а 100Вт, это никого не обидит, лишний ток заберет на себя защитный диод, в общем все довольны. Однако, если взять за основу данную схему, то можно обеспечить дистанционный контроль не только за состоянием нагрузки (включена/выключена), но и, например, за количеством перегоревших ламп в подъезде или складе и т.д., т.е. контролировать подключенную мощность.

2. Простейшие защиты электродвигателей

Защиты бывают разные, но мы остановимся на защите от холостого хода (актуально для погружных насосов и насосных станций) и защите от перегрузки (например эл. двигатель открывания ворот). Все остальные применения будут находится между этими вариантами.

2.1. Защита от холостого хода.

Наша задача отключить исполнительное устройство в том случае, если в процессе работы произошло снижение тока потребления ниже заданной величины. Рассмотрим как это сделать. Если мы поставим в разрыв токоведущей шины токовый трансформатор, то, при протекании тока, на его выходе будет создаваться ЭДС, пропорциональная протекающему току. Достаточно эту ЭДС выпрямить, сгладить и передать на исполнительное устройство. Как только ЭДС снизится ниже определенного порога — исполнительное устройство выключится, отключив эл. двигатель. Идея понятна? Идем дальше.

Раз мы имеем на выходе напряжение, что у нас работает от напряжения и не хочет при этом потреблять ток? Конечно полевой транзистор. Как его заставить коммутировать нагрузку при переменном токе? Тоже не проблема — включить его в диагональ моста. Транзистор открыт — мост закорочен, ток через мост идет. Транзистор закрыт — ток через мост не течет, нагрузка отключена. Если в качестве нагрузки включить обмотку реле магн. пускателя — можно управлять двигателем насоса. Ток течет через насос, транзистор открыт, пускатель под напряжением, ток снизился — напряжение снизилось, транзистор закрылся, пускатель выключился, ток упал до нуля, насос выключен. Запуск только вручную (кнопка параллельно мосту) шунтированием моста. Ток потек, транзистор открылся и шунтировал мост параллельно кнопке, бросил кнопку — все работает. ток снизился — все выключилось. Учитывая, что трансформатор электрически изолирован от силовой цепи, его можно смело включать непосредственно на вход полевого транзистора. Если ЭДС > 5.5в (1.2в падение при выпрямлении и 4в — пороговое напряжение полевого транзистора) — транзистор открыт, ниже — транзистор закрыт. Как посчитать нагрузочный резистор для нужного входного тока в п.1. не раз приводилось, так что опустим этот аспект. Как выбрать трансформатор по ЭДС также описано. Не забудьте защитить затвор полевого транзистора стабилитроном от возможного пробоя (обычно 10в.). Учтите, если поставить на затвор полевика управляемый напряжением ключ, да еще и с гистерезисом — можно коммутировать непосредственно саму нагрузку данным устройством. Самое приятное — для такого устройства не требуется внешнее питание, вполне хватает генерации напряжения от тока нагрузки.

2.2 Безконтактное пусковое реле

Здесь даже и писать особенно нечего — это задача п.2.1, с той лишь разницей, что нагрузкой является пусковая обмотка двигателя. При пуске потек значительный ток — подключим пусковую обмотку, двигатель раскрутился, ток снизился — пусковая обмотка сама выключилась. Самое приятное — никаких контактов.

2.3 Защита от перегрузки

Фактически это тоже задача п.2.1, с той лишь разницей, что нагрузку надо выключить если ток возрос, например автоматическое открывание ворот — двигатель довел ворота до упора, пошла перегрузка двигателя (он толкает, а толкать то некуда дальше) — исполнительное устройство отключило пускатель. Можно применить полевик во встроенным каналом (он открыт при нулевом напряжении, а закрывается подачей отрицательного напряжения), но их нет на большие токи и напряжения. Хотя как датчик края вполне хорош, нет контактов и питания, монтируется в любом месте силового кабеля. А вот если поставить инвертирующий каскад перед обычным полевиком, правда потребуется его запитывать (т.е. полностью автономное устройство не получится), то можно управлять магнитным пускателем на отключение. Так как ток потребления маленький, на схему надо подать небольшое напряжение с параметрического стабилизатора с конденсатором в качестве гасящего резистора. Получается также вполне жизнеспособно.

3. Работаем с постоянным током.

3.1 Контроль постоянного тока

Как сделать защиту от перегрузки в цепи постоянного тока? Попробуем оценить этот ток трансформаторм тока. Казалось-бы, как трансформатор будет работать с постоянным током? Как известно — трансформатор работает только в переменном магнитном поле, которое постоянный ток создать не может. Идея проста — создать такое переменное поле, чтобы он смог работать. Однако, если во вторичку давать ток, то и в первичке будет также создаваться ток и влиять на измеряемую цепь. А этого делать нельзя. Давайте возьмем два одинаковых трансформатора, оденем их на общий токоведущий провод, а вторичные обмотки включим последовательно встречно. Теперь, если мы будем подавать переменный ток во вторички, в первичках будут наводиться ЭДС, пропорциональные току, но направленные встречно друг другу, т.е. в сумме равные 0. Таким образов влияние на первичную цепь мы исключим.

Скажете — ну и что с этого? А вот что. Как известно, зависимость магнитной проницаемости ферромагнетиков сильно зависит от напряженности магнитного поля. Т.е., если в обмотку трансформатора подать переменный ток, он будет создавать определенное магнитное поле в сердечнике, равное для обоих полуволн и величина индуктивности обмотки трансформатора будет одинакова для обоих полуволн. А вот если на сердечник наложить постоянное поле, тогда, в одну полуволну поля будут складываться, а в другую — вычитаться. В результате поле в одной полуволне будет больше, чем в другой, и индуктивности не будут равны. Если смотреть на примеры, описанные выше — мы всячески пытались избежать этого варианта и клеймили его как плохой режим работы трансформатора тока, а здесь он придется как раз в пору.. А что создаст нам постоянное поле? А это поле создаст проводник, проходящий через оба трансформатора, в котором мы и собирались имерить постоянный ток.

Помните, мы включили обмотки трансформаторов встречно? В сумме, индуктивности обоих трансформаторов будут постоянны в обоих полуволнах, ток также постоянен, а вот напряжения на них различны для каждой полуволны (индуктивности же разные). Т.е., если проводить замер напряжения на одной из обмоток, оно будет разное для каждой полуволны. Момент можно усугубить, если взять соединенные последовательно 2 резистора, включить их параллельно обмоткам трансформаторов и снимать напряжение со средних точек. Получается измерительный мост и мы снимаем уже разницу напряжений для каждой полуволны. Если направление тока в первичке не представляет интерес, это напряжение с выхода моста можно выпрямить и работать с постоянным напряжением, пропорциональным постоянному току.

Следует учесть, что зависимость магнитной проницаемости от поля нелинейна, и мы не сможем получить линейный выходной сигнал с выхода этой схемы в широком диапазоне.

3.2 Измерение постоянного тока.

Как замерить ток мощного эл. двигателя, работающего от аккумулятора? А как померить ток в цепи под высоким напряжением? Да в принципе точно также как описано выше в небольшом диапазоне или так-же в широком, но с той лишь разницей, что ток надо дать такой, что-бы трансформаторы входили в режим насыщения. В этом случае мы можем уже оценивать не напряжение на выходе, а длительность нахождения трансформатора в режиме насыщения в каждой полуволне или же сам факт вхождения в режим насыщения. Посмотреть на искажения сигнала в режиме насыщения можно на фото:

Эти фото уже фигурировали в предыдущих заметках. Понятно, чем глубже трансформатор уходит в насыщение, тем больше горизонтальная полка. Берем диф. сигнал и работаем с ним. Я не предполагаю детально рассматривать схемотехнические решения, но очень неплохо ввести в обратную связь усилитель сигнала генератора, управляемый напряжением и контролировать уже не сам диф. сигнал, а управляющее напряжение этого усилителя. можно подать линейно изменяюшийся сигнал и ловить его длительность до момента насыщения трансформатора. Можно запустить подмагничивание постоянным током во вторичку (его величина меньше измеряемого тока в коэфф. трансформации раз!) и наложить на него переменный ток. Управляя током подмагничивания добиваться постоянства напряжения на катушке и замерять ток подмагничивания. В общем способов масса, а описание практической реализации займет уйму места и потребует столько-же времени для изучения. Так что на этом и ограничимся.


Как подключить к понижающему трансформатору диодный мост

Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.

Определение

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянный» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае окажется нестабилизированное пульсирующие напряжение. Простыми словами: постоянное по знаку, но изменяющееся по величине.

Различают два типа выпрямителей:

Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.

Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.

Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?

Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.

Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.

Выходное напряжение

Основные величины переменного напряжения — амплитудное и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В переменки» имеют в виду действующее напряжение.

Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.

Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:

Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:

Схемы

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.

Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.

Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.

Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.

О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов.

1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

2. Выпрямитель со средней точкой.

Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четыре диода соединены между собой «квадратом», а в его плечи подключена нагрузка. Выпрямитель типа «мост» собирается по схеме приведенной ниже:

Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.

Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.

По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.

Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.

Сглаживание пульсаций

Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.

Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.

Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.

Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.

Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:

где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.

Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.

Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.

Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).

Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:

Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.

Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.

Как сделать блок питания своими руками?

Простейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:

Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере. О них мы недавно писали большую статью — Как устроен компьютерный блок питания.

Это нестабилизированный блок питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше чем переменное напряжение вторичной обмотке. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичная на 220В, а вторичная на 12В), то на выходе вы получите 15-17В постоянки. Эта величина зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Эту схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее неважно, то, что напряжение может «плавать» при изменениях напряжения питающей сети.

У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.

Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.

Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.

Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:

Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.

Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.

Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.

Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:

На ней изображено только подключение линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.

Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:

Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база, подробнее об этом мы писали в статье о биполярных транзисторах. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.

Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.

Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.

Регулируемые блоки питания

Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1.5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.

Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.

Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.

В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.

Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.

Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:

Заключение

Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.

Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.

По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.

Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.

Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.

Преобразовать переменный ток в постоянный поможет диодный мост – схема и принцип действия этого устройства приводятся ниже. В обычной осветительной цепи течет переменный ток, который 50 раз в течение одной секунды меняет свою величину и направление. Его превращение в постоянный – достаточно часто встречающаяся необходимость.

Принцип действия полупроводникового диода

Название описываемого устройства ясно указывает, что эта конструкция состоит из диодов – полупроводниковых приборов, хорошо проводящих электричество в одном направлении и практически не проводящих его в противоположную сторону. Изображение этого прибора (VD1) на принципиальных схемах приведено на рис. 2в. Когда ток по нему течет в прямом направлении – от анода (слева) к катоду (справа), сопротивление его мало. При изменении направления тока на противоположное сопротивление диода многократно возрастает. В этом случае через него течет мало отличающийся от нуля обратный ток.

Поэтому при подаче на цепочку, содержащую диод, переменного напряжения Uвх (левый график), электричество через нагрузку течет только в течение положительных полупериодов, когда к аноду приложено положительное напряжение. Отрицательные полупериоды «срезаются», и ток в сопротивлении нагрузки в это время практически отсутствует.

Строго говоря, выходное напряжение Uвых (правый график) является не постоянным, хотя и течет в одном направлении, а пульсирующим. Нетрудно понять, что количество его импульсов (пульсаций) за одну секунду равно 50. Это не всегда допустимо, но пульсации можно сгладить, если подсоединить параллельно нагрузке конденсатор, имеющий достаточно большую емкость. Заряжаясь во время импульсов напряжения, в промежутках между ними конденсатор разряжается на сопротивление нагрузки. Пульсации сглаживаются, а напряжение становится близким к постоянному.

Изготовленный в соответствии в этой схемой выпрямитель называется однополупериодным, поскольку в нем используется лишь один полупериод выпрямленного напряжения. Наиболее существенные недостатки такого выпрямителя следующие:

  • повышенная степень пульсаций выпрямленного напряжения;
  • низкий КПД;
  • большой вес трансформатора и его нерациональное использование.

Поэтому применяются такие схемы только для питания устройств малой мощности. Для исправления этой нежелательной ситуации разработаны двухполупериодные выпрямители, которые превращают отрицательные полуволны в положительные. Сделать это можно по-разному, но самый простой способ – использование диодного моста.

Схема диодного моста

Диодный мост – схема двухполупериодного выпрямления, содержащая 4 диода вместо одного (рис. 2в). В каждом полупериоде два из них открыты и пропускают электричество в прямом направлении, а два других закрыты, и ток через них не течет. Во время положительного полупериода положительное напряжение приложено к аноду VD1, а отрицательное – к катоду VD3. В результате оба этих диода открыты, а VD2 и VD4 – закрыты.

Во время отрицательного полупериода положительное напряжение приложено к аноду VD2, а отрицательное – к катоду VD4. Эти два диода открываются, а открытые во время предыдущего полупериода закрываются. Ток через сопротивление нагрузки течет в том же направлении. В сравнении с однополупериодным выпрямителем количество пульсаций возрастает вдвое. Результат – более высокая степень сглаживания при той же емкости конденсатора фильтра, увеличение КПД используемого в выпрямителе трансформатора.

Диодный мост может быть не только собран из отдельных элементов, но и изготовлен как монолитная конструкция (диодная сборка). Ее легче монтировать, а диоды обычно подобраны по параметрам. Немаловажно и то, что они работают в одинаковых тепловых режимах. Недостаток диодного моста – необходимость замены всей сборки при выходе из строя даже одного диода.

Еще ближе к постоянному будет пульсирующий выпрямленный ток, который позволяет получить трехфазный диодный мост. Его вход подключается к источнику трехфазного переменного тока (генератору или трансформатору), а напряжение на выходе почти не отличается от постоянного, и сгладить его еще проще, чем после двухполупериодного выпрямления.

Выпрямитель на основе диодного моста

Схема двухполупериодного выпрямителя на основе диодного моста, пригодная для сборки своими руками, изображена на рис. 3а. Выпрямлению подвергается напряжение, снимаемое со вторичной понижающей обмотки трансформатора Т. Для этого нужно подключить диодный мост к трансформатору.

Пульсирующее выпрямленное напряжение сглаживается электролитическим конденсатором С, имеющим достаточно большую емкость – обычно порядка нескольких тысяч мкФ. Резистор R играет роль нагрузки выпрямителя на холостом ходу. В таком режиме конденсатор С заряжается до амплитудного значения, которое в 1,4 (корень из двух) раза выше действующего значения напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора.

С ростом нагрузки выходное напряжение уменьшается. Избавиться от этого недостатка можно, подключив к выходу выпрямителя простейший транзисторный стабилизатор. На принципиальных схемах изображение диодного моста часто упрощают. На рис. 3б показано, как еще может быть изображен соответствующий фрагмент на рис. 3а.

Следует заметить, что, хотя прямое сопротивление диодов невелико, тем не менее, оно отлично от нуля. По этой причине они нагреваются в соответствии с законом Джоуля-Ленца тем сильнее, чем больше величина тока, протекающего по цепи. Для предотвращения перегрева мощные диоды часто устанавливаются на теплоотводах (радиаторах).

Диодный мост – это практически обязательный элемент любого электронного устройства, питающегося от сети, будь то компьютер или выпрямитель для зарядки мобильного телефона.

Словосочетание “диодный мост” образуется от слова “диод”. Следовательно, диодный мост должен состоять из диодов, но они должны соединятся с друг другом в определенной последовательности. Почему это имеет важное значение мы как раз и поговорим в этой статье.

Обозначение на схеме

Диодный мост на схемах выглядит подобным образом:

Иногда в схемах его обозначают еще так:

Как мы с вами видим, схема состоит из четырех диодов. Для того, чтобы она работала корректно, мы должны правильно соединить диоды и правильно подать на них переменное напряжение. Слева мы видим два значка “

”. На эти два вывода мы подаем переменное напряжение, а снимаем постоянное напряжение с других двух выводов обозначенных значками “+” и “-“. Диодный мост также называют диодным выпрямителем.

Принцип работы

Для выпрямления переменного напряжения в постоянное можно использовать один диод для выпрямления, но не желательно. Давайте рассмотрим рисунок, как все это будет выглядеть:

Диод срезает отрицательную полуволну переменного напряжения, оставляя только положительную, что мы и видим на рисунке выше. Вся прелесть этой немудреной схемы состоит в том, что мы получаем постоянное напряжение из переменного. Проблема кроется в том, что мы теряем половину мощности переменного напряжения. Ее срезает диод.

Чтобы исправить эту ситуацию, была придумана великими умами схема диодного моста. Диодный мост “переворачивает” отрицательную полуволну, превращая ее в положительную полуволну, тем самым у нас сохраняется мощность.

На выходе диодного моста появляется постоянное пульсирующее напряжение с частой в 100 Герц. Это в два раза больше, чем частота сети.

Практические опыты

Для начала возьмем простой диод.

Катод можно легко узнать по серебристой полоске. Почти все производители показывают катод полоской или точкой.

Чтобы наши опыты были безопасными, я взял понижающий трансформатор, который из 220В делает 12В.

На первичную обмотку цепляем 220 Вольт, со вторичной обмотки снимаем 12 Вольт. Мультиметр показал чуть больше, так как на вторичной обмотке нет никакой нагрузки. Трансформатор работает на так называемом “холостом ходу”.

Давайте же рассмотрим осциллограмму, которая идет со вторичной обмотки трансформатора. Максимальную амплитуду напряжения нетрудно посчитать. Если не помните как это делать, можно прочитать статью Осциллограф. Основы эксплуатации.

3,3х5=16.5В – это максимальное значение напряжения. А если разделить максимальное амплитудное значение на корень из двух, то получим где то 11,8 Вольт. Это и есть действующее значение напряжения. Осциллограф не врет, все ОК.

Еще раз повторюсь, можно было использовать и 220 Вольт, но 220 Вольт – это не шутки, поэтому я и понизил переменное напряжение.

Припаяем к одному концу вторичной обмотки трансформатора наш диод.

Цепляемся снова щупами осциллографа

Смотрим на осциллограмму

А где же нижняя часть изображения? Ее срезал диод. Он оставил только верхнюю часть, то есть ту, которая положительная.

Находим еще три таких диода и спаиваем диодный мост.

Цепляемся ко вторичной обмотке трансформатора по схеме диодного моста.

С двух других концов снимаем постоянное пульсирующее напряжение щупом осциллографа и смотрим на осциллограмму

Вот, теперь порядок.

Виды диодных мостов

Чтобы не заморачиваться с диодами, разработчики все четыре диода вместили в один корпус. В результате, получился очень компактный и удобный радиоэлемент – диодный мост. Думаю, вы догадаетесь, где импортный, а где советский ))).

Например, на советском диодном мосте показаны контакты, на которые нужно подавать переменное напряжение значком ”

“, а контакты, с которых надо снимать постоянное пульсирующее напряжение значком “+” и “-“.

Существует множество видов диодных мостов в разных корпусах

Есть даже автомобильный диодный мост

Существует также диодный мост для трехфазного напряжения. Он собирается по так называемой схеме Ларионова и состоит из 6 диодов:

В основном трехфазные диодные мосты используются в силовой электронике.

Как вы могли заметить, такой трехфазный выпрямитель имеет пять выводов. Три вывода на фазы и с двух других выводов мы будем снимать постоянное пульсирующее напряжение.

Как проверить диодный мост

1) Первый способ самый простой. Диодный мост проверяется целостностью всех его диодов. Для этого прозваниваем каждый диод мультиметром и смотрим целостность каждого диода. Как это сделать, читаем эту статью.

2) Второй способ 100%-ый. Но для этого потребуется осциллограф, ЛАТР или понижающий трансформатор. Давайте проверим импортный диодный мост. Для этого цепляем два его контакта к переменному напряжению со значками “

”, а с двух других контактов, с “+” и “-” снимаем показания с помощью осциллографа.

Значит, импортный диодный мост исправен.

Резюме

Диодный мост (выпрямитель) используется для преобразования переменного тока в постоянный.

Диодный мост используется почти во всей радиоаппаратуре, которая “кушает” напряжение из переменной сети, будь то простой телевизор или даже зарядка от сотового телефона.

Схема двухдиодного полноволнового выпрямителя

»Электроника

Двухдиодная версия схемы двухполупериодного выпрямителя может использоваться в ряде случаев для использования обеих половин переменного сигнала.

Цепи диодного выпрямителя

Включают: Цепи диодного выпрямителя
Полуволновой выпрямитель Двухполупериодный выпрямитель Двухдиодный двухполупериодный выпрямитель Двухполупериодный мостовой выпрямитель Синхронный выпрямитель


Схема с двумя диодами может обеспечить двухполупериодное выпрямление при использовании с трансформатором с центральным ответвлением.

Этот двухдиодный формат для двухполупериодного выпрямителя использует трансформатор с центральным ответвлением и широко использовался при использовании термоэмиссионных клапанов / вакуумных ламп. Это позволило сэкономить на количестве диодов и, следовательно, на количестве требуемых ламп / ламп, тем самым значительно сэкономив.

Сегодня с полупроводниковыми диодными мостовыми выпрямителями схема не так часто встречается, поскольку для мостовых выпрямителей требуется только одна обмотка на трансформаторе.

Двухдиодная двухполупериодная схема выпрямителя

В базовой схеме двухполупериодного выпрямителя используются два диода и трансформатор с центральным ответвлением.

Двухполупериодный выпрямитель с двумя диодами и трансформатором с центральным ответвлением

Эту схему очень легко реализовать, хотя для нее нужен трансформатор с центральным ответвлением. Есть только два электронных компонента, то есть диоды, и они легко подключаются.

Текущий ток в цепи можно увидеть на диаграмме ниже. Это полезно для того, чтобы увидеть, как работает схема и насколько она не так эффективна с точки зрения использования трансформатора, как такие схемы, как мостовой двухполупериодный выпрямитель.

Двухполупериодный выпрямитель с двумя диодами: протекание тока

Глядя на схему, можно увидеть, что в одной половине цикла ток проходит через одну половину трансформатора и проходит через диод. Другой диод имеет обратное смещение и не является проводником. Затем в течение второй половины цикла в игру вступает другая сторона схемы.

Пиковое значение обратного напряжения диода

Одним из важных вопросов при рассмотрении электронных компонентов, составляющих двухдиодную версию схемы мостового выпрямителя, является пиковое значение обратного напряжения, требуемое для используемых диодов.

Если посмотреть на схему, один диод будет проводить одну половину цикла, а другой диод - другую половину цикла.

Рассмотрим случай, когда диод D1 является проводящим, поскольку напряжение на его половине вторичной обмотки начинает расти, так же как и напряжение на другой половине. Один диод в этом случае будет проводить, а другой диод D2 будет иметь обратное смещение.

Для диодов требуется 2 x √2 среднеквадратичного напряжения трансформатора, а желательно больше, чтобы приспособиться к переходным процессам.

Напряжение повысится до напряжения Vp, пикового напряжения трансформатора, которое в √2 раз больше среднеквадратичного напряжения.Если к нагрузке подключить конденсатор для сглаживания, это напряжение будет поддерживаться, даже если у него будет небольшая пульсация.

При пиковом напряжении на нагрузке на пике цикла диод D2 будет видеть этот потенциал на одном конце диода, а на другом - пиковое напряжение в другом смысле от своей половины трансформатора. . Другими словами, он должен блокировать удвоенное пиковое напряжение, т. Е. В √2 раза больше среднеквадратичного выходного напряжения трансформатора.

Поскольку эта цепь часто подключается к сети сетевого источника питания, диод может видеть переходные процессы.Поэтому разумно увеличить пиковое значение обратного напряжения PIV для диода с хорошим запасом. Часто выбираются диоды с рейтингом PIV, по крайней мере, в четыре раза превышающим пиковое напряжение трансформатора.

Проблемы с этой формой двухполупериодного выпрямителя

Глядя на схему протекания тока, можно увидеть, что ток каждой половины вторичной обмотки используется только в течение половины цикла. Это приводит к очень неэффективному использованию трансформатора с точки зрения затрат и ресурсов.

  • Выходное напряжение трансформатора вдвое меньше, чем оно могло бы быть: Использование центрального ответвления в трансформаторе означает, что можно использовать только половину полного напряжения на двух половинах ветра вместе.
  • Повышенные тепловые потери: В результате того, как работает двухдиодный двухполупериодный выпрямительный контур, каждая половина трансформатора используется в течение половины времени. Это означает, что ток через каждую обмотку в два раза больше, чем если бы использовался истинный полуволновой выпрямитель, такой как мостовой выпрямитель. Поскольку тепловые потери равны квадрату силы тока, умноженного на сопротивление, это означает, что за половину времени рассеивается в четыре раза больше тепла.В течение полного цикла это означает, что потери на нагревание в два раза больше, чем в эквивалентной схеме двухполупериодного мостового выпрямителя.
  • Повышенная стоимость трансформатора: Каждая половина вторичной обмотки должна обеспечивать полное напряжение, а также высокий уровень тока. Это означает, что трансформатор будет значительно дороже, чем трансформатор, требующий стандартной вторичной обмотки без центрального ответвителя.
  • Для диодов требуется высокий рейтинг PIV: Как видно из параграфа выше, пиковое обратное напряжение, PIV для диодов должно быть в два раза больше пикового напряжения от трансформатора, а для обеспечения запаса на переходные процессы оно должно быть больше.Для двухполупериодного выпрямителя мостового выпрямителя требуются диоды, которые имеют только половину рейтинга PIV.

В результате вышеизложенного, для создания двухполупериодного мостового выпрямителя с использованием двухдиодной двухдиодной двухполупериодной выпрямительной системы потребуется трансформатор, в √2 раза превышающий размер, необходимый для мостового выпрямителя. Это будет стоить дороже, а также будет тяжелее и громоздче. Поскольку мостовые выпрямители теперь стоят очень мало, это предпочтительный вариант для большинства приложений.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернитесь в меню проектирования схем.. .

Базовое руководство по устранению неисправностей источника питания


Рис.1

Льюис Лофлин



Твитнуть

Многие устройства, в частности полупроводниковая электроника, должны использовать постоянный или постоянный ток. Диод - это твердотельное устройство, проводящее только в одном направлении. Когда анод (A) положительный, а катод (K) отрицательный, ток от положительного к отрицательному будет течь через диод, через нагрузку и обратно к источнику питания.

Таким образом, ток будет течь только в положительном полупериоде (от 0 до 180 градусов), а диод отключится во время отрицательного полупериода от 180 градусов до 360 градусов. Период синусоидальной волны от 0 до 360 градусов равен 1 / F. В случае 60 Гц это 1/60 = 16,7 мс.

Похожие видео:

Базовые электронные блоки питания, часть 1
Базовые электронные блоки питания, часть 2
Создайте источник питания постоянного тока низкого напряжения, часть 3

Лаборатория питания переменного тока по последовательным цепям, часть 1
Лаборатория питания переменного тока по последовательным цепям, часть 2

Что такое мощность? Напряжение (в вольтах) - это «толчок», а ток (в амперах) - это то, что толкается.(Электрические заряды) Мощность равна напряжению, умноженному на ток. Мощность измеряется в ваттах. Таким образом, один ампер на один вольт равен одному ватту. (Я не буду вдаваться в подробности закона Ома. См. Ваш текст.) Чтобы получить питание, мы должны иметь напряжение и ток вместе, поэтому открытый переключатель, обрыв провода или отключающий диод не дает энергии.

В приведенном выше случае мы получаем очень плохую передачу мощности с выключенным диодом в течение отрицательного полупериода и положительного полупериода, постоянно меняющегося между нулем вольт и пиком. Обратите внимание, что Vmax является пиковым.


Рисунок 2

Допустим, переменный ток на входе составляет 12,6 В (среднеквадратичное значение). Чтобы получить пик, мы умножаем 12,6 на 1,414, что равно примерно 17,8 вольт. Но среднее (или измеренное) напряжение постоянного тока составляет пиковое время .3185 равно примерно 5,67 вольт. Это то, что называется пульсирующим постоянным током . Чистый постоянный ток, например, от автомобильного аккумулятора на 12 вольт, не имеет "пульсации" и будет настоящим 12 вольт.

Подключите вольтметр постоянного тока к нагрузке, показанной выше на рис. 1, и вы увидите около 5,66 вольт. Переключите счетчик на переменный ток, все равно будет отображаться какое-то значение напряжения.Это нормально, поскольку кто-то считывает "пульсацию" на нефильтрованном необработанном постоянном токе. Подключите тот же вольтметр переменного тока к чистому источнику постоянного тока, например, автомобильному аккумулятору, и вы увидите нулевое напряжение переменного тока.

На рисунке 2 мы подключили конденсатор к нагрузке. Конденсатор заряжается в течение положительного полупериода, а затем разряжается через нагрузку в течение отрицательного полупериода, когда у нас нет выхода. Количество пульсаций зависит от сопротивления нагрузки и размера конденсатора.

Конденсатор большего размера создает меньшую пульсацию или более высокое сопротивление нагрузки (потребляя меньший ток, следовательно, меньше времени для разряда конденсатора) снижает уровень пульсаций, поскольку у конденсатора меньше времени для разряда.Без нагрузки, только конденсатор и выпрямитель, конденсатор будет заряжаться до пика.

Предупреждение. При построении этих схем соблюдайте полярность конденсатора и диода. Номинальное напряжение конденсаторов должно превышать ожидаемое пиковое напряжение на 50%. Также обратите внимание на номинальные токи трансформаторов и диодов.


Рисунок 3

Двухполупериодное выпрямление

Двухполупериодное выпрямление преобразует обе полярности входного сигнала в постоянный ток, что делает его более эффективным.Однако в схеме с трансформатором с нецентральным ответвлением требуется четыре диода вместо одного, необходимого для полуволнового выпрямления. Это связано с тем, что для каждой выходной полярности требуется по два выпрямителя. Расположенные таким образом четыре выпрямителя называются диодным мостом или мостовым выпрямителем.

Обратите внимание, что в этом примере стрелки показывают обычный ток, а не поток электронов, который я использую со своими учениками. Это вызывает бесконечную путаницу для студентов, поскольку военные и т. Д. Используют поток электронов в своих учебных материалах, в то время как классы полупроводников используют обычный ток.Просто помните об этом, следя за этим материалом. Электронный поток изменяется от отрицательного к положительному, обычный (или зарядовый) поток - от положительного к отрицательному.

На рисунке 3 D1 и D2 проводят в течение положительного полупериода, а D3 и D4 проводят в течение отрицательного полупериода. Мощность в два раза больше, чем при полуволновом выпрямлении, потому что мы используем оба полупериода. Используя снова 12 вольт переменного тока, мы получаем пиковое значение 12,6 X 1,414 или 17 вольт. (17,8 вольт) Но теперь, чтобы получить среднее значение, мы умножаем его на пик (17.8 вольт) на 0,637, что равняется 10,83 вольт, что вдвое больше, чем полуволна.

Кроме того, мы можем использовать конденсатор фильтра меньшего размера для очистки от пульсаций, чем мы использовали для полуволнового выпрямления. Мы также удвоили частоту с 60 Гц до 120 Гц. Следует отметить, что при построении этой схемы напряжение на измерителе будет ниже одного вольт. Это связано с падением напряжения на диодах на 0,6 В, калибровкой измерителя из-за изменения частоты (с 60 Гц до 120 Гц) и ошибками расчетов.


Рисунок 4 типичных мостовых выпрямителей.

Рисунок 5

Рисунок 5 выше иллюстрирует другой метод получения двухполупериодного выпрямления. В этом случае мы используем трансформатор с центральным отводом и два диода. При использовании центрального ответвителя (C) в качестве общего, напряжение A и B сдвинуто по фазе на 180 градусов. Когда A положительный, D1 будет смещен в прямом направлении и будет проводить, в то время как B будет отрицательным, таким образом, обратное смещение D2 будет непроводящим. В отрицательном полупериоде по отношению к A, когда D1 не проводит, D2 будет проводить.

Следует отметить, что выходное напряжение будет уменьшено вдвое. Если мы используем трансформатор на 25,2 вольт, три ампер, выходное напряжение будет 12,6 вольт. Есть некоторые разногласия по поводу выходного тока. Мы имеем дело с усилителями RMS и должны учитывать импеданс трансформатора. (Z) В течение каждого полупериода в этой конфигурации ток проходит через половину всех обмоток. В зависимости от сопротивления провода, Z и т. Д. Ток может превышать номинальный ток в 1,2–1,8 раза. Я бы посоветовал с осторожностью относиться к этим утверждениям и не превышал бы 1.4. Все предыдущие правила для пикового напряжения, выходного напряжения и т. Д. Остаются в силе.

Связанные материалы: Основные силовые трансформаторы.

7. Диодный трансформатор с двойной балансировкой

7. Диодный трансформатор с двойной балансировкой

Смеситель с двойным балансным диодным трансформатором, также именуемый кольцевой диодный смеситель или детектор на диодных продуктах. В двойная балансная конфигурация приводит к изоляции между всеми тремя портами.Теория Об этих микшерах рассказано в книге «Конструкция радиоприемника». Кевина Макклэнинга и Тома Вито.

Неотъемлемым преимуществом этого смесителя является широкая полоса пропускания, ограниченная в первую очередь. доступной пропускной способностью трансформаторов. Когда намотанные как трансформаторы мультифилярных линий передачи, полосы пропускания более возможно более двух десятилетий. В Таким образом, один проект общего назначения может служить многим приложениям. Для информацию о физической реализации этих трансформаторов вы можете см. книгу Джерри «Трансформаторы линии передачи». Севик.

Этот смеситель демонстрирует потери преобразования около 7 дБ. В в нормальном виде с четырьмя диодами номинал гетеродина около +7 дБм. Эти смесители демонстрируют хорошие интермодульные характеристики. Несколько диоды могут использоваться последовательно в каждой ветви кольца для увеличения интермодовая производительность. Этот требует более высоких уровней возбуждения LO. Типичный Уровни возбуждения микшера высокого и очень высокого уровня составляют +13 и +23 дБмВт. Типичный выходная точка интермодуляции 3-го порядка примерно равна Уровень привода LO.

Эти смесители хорошо работают при оконечной нагрузке на 50 Ом. В Фактически, для лучшей интермодуляции порт IF, в частности, должен быть завершенным с отличным согласованием до 50 Ом на всех частотах. Скорее чем завершение выхода фильтром ПЧ, который реагирует на Частоты RF и LO, для наилучших интермодуляционных характеристик этот смеситель терминирован с широкополосным усилителем с хорошими обратными потерями или с диплексером, который пропускает IF и завершает RF и LO частот.

Модель по умолчанию - это модель встроенного нелинейного диода. Этот в смесителе часто используются диоды с горячей несущей, но быстродействующие кремниевые диоды могут также можно использовать.

Уравнения :

1. Вычислить индуктивности трансформаторов (смоделированные как взаимно связанные катушки).

Freq_XFMR = FreqRF

если (FreqLO

Lpri = (1e9 * 6 * Zo) / [2 * p * Freq_XFMR * 1e6] nH

Lsec1 = Lpri / 2 нГн

Lsec2 = Lsec1 нГн

К = 0.99

Нужен ли мне обратный диод в первичной обмотке трансформатора? : AskElectronics

Смотря какой трансформатор ты имеешь в виду. Самый простой трансформатор линейного напряжения переменного тока спроектирован так, чтобы через фактическую индуктивность трансформатора («индуктивность намагничивания») протекать очень небольшой ток. Но да, при выключении есть всплеск. И если при выключении в нагрузку течет ток, да, это тоже всплеск индуктивности («индуктивность рассеяния»).

Однако большинство механических распределительных устройств переменного тока предназначены только для работы с дугой.А симисторные (твердотельные) переключатели переменного тока и диммеры отключаются только при нулевом токе, так что это помогает снизить выбросы почти до нуля (хотя все еще есть проблемы, пытающиеся использовать их с трансформаторами, в основном напряжение на индуктивном нагрузка пытается резко измениться на ноль, когда ток прекращается, и это быстрое изменение напряжения может повторно запустить / ложно запустить симистор).

Для импульсных трансформаторов источника питания, которые также можно назвать связанными индукторами, вы обычно пытаетесь использовать пик: по крайней мере, в случае источников питания обратноходовых трансформаторов.Выход - это «всплеск» тока намагничивания (обратная ЭДС), хотя он улавливается другой обмоткой и переключающим устройством (выходной обмоткой и выходным диодом) и фиксируется до разумного напряжения и большей продолжительности.

У вас все еще есть шип, с которым нужно справиться на первичной стороне, из-за индуктивности рассеяния.

Но энергия, содержащаяся в нем, сделана небольшой по сравнению с выходным «всплеском» (импульс проводимости через выходной диод).

Некоторые способы, с которыми это связано, на самом деле включают диод, хотя вам нужно установить более высокое напряжение, чем напряжение питания, чтобы разрядить пик, чтобы вы не пытались провести часть обратной ЭДС от намагничивания. индуктивность, составляющая импульс выходного тока.Эти схемы называются демпфирующими.

Демпферы немного другого типа (без диода) используются и для переключения обычных трансформаторов сетевого напряжения переменного тока, хотя они, на мой взгляд, нежелательны: в итоге получается довольно большой набор компонентов и много реле. и т.д. может просто справиться с дугой. Однако демпфер в основном необходим для переключателей на базе твердотельных симисторов переменного тока (или, по крайней мере, тех, которые имеют дело с чем-то вроде трансформатора в качестве нагрузки). (правка: необходимость возникает из-за решения проблемы, о которой я уже упоминал, с выключением, которая называется «коммутацией» для симистора)

Однофазный диодный выпрямитель

- обзор

4.7 Явление перекрытия коммутации диодов

На рис. 4.24 (a) показана силовая цепь трехфазного полумостового выпрямителя, которая будет использоваться для объяснения явления перекрытия коммутации диодов. Перекрытие коммутации - это нежелательная одновременная проводимость двух диодов, которая приводит к короткому замыканию между любыми двумя входными фазами переменного тока. Это явление вызвано индуктивностями входного источника, которые влияют на увеличение и уменьшение скорости нарастания тока, протекающего через каждый диод, при переключении между состояниями с прямым и обратным смещением.Это явление короткого замыкания, показанное на рис. 4.24 (a), называется феноменом коммутационного перекрытия. Например, предположим, что диод D 1 проводит питание нагрузки чистым постоянным током величиной I¯o. В момент, когда диод D 2 становится смещенным в прямом направлении, он начинает проводить ток, подавая ток на нагрузку одновременно с D 1 . Это вызовет короткое замыкание между двумя входными фазами переменного тока a и b на короткое время μ, пока диод D 1 не перейдет в состояние блокировки.Это явление возникает каждый раз, когда диод переходит в состояние проводимости, в то время как другой диод переходит в состояние блокировки и все еще проводит. Время короткого замыкания μ зависит от индуктивности входного источника L S (то есть L S линии передачи), от тока нагрузки и от значения входного переменного напряжения источника питания. При анализе явления перекрытия коммутации входное сопротивление R s считается незначительным. На рис. 4.24 (b) показаны формы сигналов выпрямителя с учетом интервалов перекрытия диодов.

Рисунок 4.24. Углы перекрытия коммутации диодов D 1 и D 2 в интервале коммутации с D 1 на D 2 .

а) Схема питания трехфазного полуволнового диодного выпрямителя; (b) формы сигналов выпрямителя с учетом явления перекрытия во время коммутации тока.

Угол ωt = 0 ° - начало интервала перекрытия, где v an = v bn . За пределами этого угла к выпрямителю прикладывается линейное напряжение v ba , что приводит к току короткого замыкания i sc , который называется током коммутации.Как видно из рис. 4.24 (а), ток короткого замыкания зависит от напряжения v ba и полного сопротивления цепи. Во время коммутации ток короткого замыкания i sc протекает через индуктивности двух входных источников L s . Направление тока короткого замыкания i sc такое же, как у тока i D2 , потому что во время конкретной коммутации v bn > v an . Следовательно, из рис. 4.24 (a), пренебрегая напряжениями проводимости диодов и сопротивлениями источника переменного тока, во время перекрытия коммутации выполняется следующее уравнение:

(4.153) vbn − van = vba = 6V˜isinωt = 2Lsdiscdt

, где V˜i = действующее значение входного фазного напряжения.

Решение уравнения. (4.153) получается соотношение токов короткого замыкания:

(4.154) isc = ∫6V˜isinωt2Lsdt = −6V˜i2ωLscosωt + C

Применяя начальное условие i sc (ωt = 0) = 0 (см. Рис. 4.24 (b)) к формуле. (4.154) значение константы C находится:

(4.155) C = 6V˜i2ωLs

Подставляя уравнение. (4.155) в уравнение. (4.154) дает:

(4.156) isc = 6V˜i2ωLs (1 − cosωt)

Интервал перекрытия заканчивается под углом ωt = μ, когда isc = I¯o (см. Рис.4.24 (б)). Следовательно, из уравнения. (4.156) находится значение угла коммутации:

(4.157) I¯o = 6V˜i2ωLs (1 − cosμ)

или

(4.158) μ = cos − 1 (1−2I¯oωLs6V˜i )

Используя уравнение. (4.158) угол перекрытия коммутации μ может быть вычислен, если известны значения входного фазного напряжения, индуктивности входного источника, частоты входного напряжения и выходного тока.

Как видно из Рис. 4.24 (b), выходное напряжение для каждого интервала перекрытия уменьшается на величину, равную площади A.Следовательно, каждый интервал перекрытия снижает среднее выходное напряжение выпрямителя на:

(4,159) V¯μ = AT = 12π∫0μ (vbn − vo) d (ωt) = 12π∫0μvbn − van2d (ωt) = 12π ∫0μvba2d (ωt) = 14π∫0μ6V˜isin (ωt) d (ωt) = 6V˜i4π (−cosωt) | 0μ = 6V˜i4π (−cosμ + cos0 °) = 0,195V˜i (1 − cosμ)

Согласно рис. 4.24 (b), для трехфазного полуволнового диодного выпрямителя имеется три интервала перекрытия за цикл и, следовательно, среднее выходное напряжение будет уменьшено на:

(4,160) V¯o (потери ) = 3V¯μ = 3 × 0,195V˜i (1 − cosμ) = 0.58 (1 − cosμ)

Пример 4.1

Для однофазного полномостового выпрямителя, работающего с чистым выходным током постоянного тока, дается следующая информация:

Входное напряжение = 120 В, среднеквадратичное значение 60 Гц, нагрузка источника постоянного тока E = 80 В, R = 2 Ом и L = 10 мГн.

Рассчитайте мощность, потребляемую источником постоянного тока E, а также мощность, потребляемую резистором.

Решение

Среднее выходное напряжение V¯o = 22V˜iπ = 22120π = 108V.

Следовательно, средний выходной ток равен I¯o = V¯o − ER = 108−802 = 14A.

Принимая во внимание только две высшие гармонические составляющие первого выходного напряжения, следующие результаты получены из формул. (4.15) и (4.16):

V˜o, 2 = 42V˜i3π2andV˜o, 4 = 42V˜i15π2I˜o, 2 = 42V˜i3π2 | Zo, 2 | и I˜o, 4 = 42V˜i15π2 | Зо, 4 |

Действующее значение выходного тока составляет I˜o≈I¯02 + I˜22 + I˜42

, где

I¯o = 14A

I˜o, 2 = 42V˜i3π2 | Zo, 2 | = 42 × 1203π222 + (2 × 2π × 60 × 0,01) 2 = 6.53A

I˜o, 4 = 42V˜i15π2 | Zo, 4 | = 42 × 12015π242 + (4 × 2π × 60 × 0,01) 2 = 0,65A

Следовательно, I˜o≈ (14) 2+ (6.53) 2+ (0,65) 2 = 15,46 А.

Мощность, потребляемая резистором нагрузки, равна PR = I˜o2R = (15.46) 2 (2) = 478 Вт.

Мощность, потребляемая источником постоянного тока нагрузки, равна PE = I¯oE = (14) (80) = 1120Вт.

Пример 4.2

Для выпрямителя на рисунке ниже, где ωL ≫ R, нарисуйте формы входных и выходных сигналов и вычислите среднее выходное напряжение и ток.

Solution

Для этого трехфазного полуволнового диодного выпрямителя диоды соединены таким образом, что в любой момент диод с самым высоким отрицательным анодным напряжением будет проводить и смещать в обратном направлении два других.На рис. 4.25 показаны основные формы сигналов выпрямителя.

Рисунок 4.25. Формы сигналов выпрямителя.

Используя форму выходного напряжения, среднее выходное напряжение и ток соответственно определяются следующим образом:

V¯o = −12π3∫ − π3π32V˜icosωtd (ωt) = - 32V˜i2π (sinωt) | −π3π3 = −32V˜ i2π (sin (π3) −sin (−π3)) = - 36V˜i2π = −1.17V˜iI¯o = V¯oR = −1.17V˜iR

Пример 4.3

Напряжение на нагрузке и ее ток задаются следующими уравнениями:

vi = 2 [200sinωt + 200sin (2ωt − 30 °)] ii = 2 [20sin (ωt − 45 °) + 10sin (2ωt − 60 °) + 10sin (3ωt + 60 °) ]

Вычислить: P, Q, S, D, λ, THD v % и THD i %.

Раствор

V˜i = 2002 + 2002 = 282,84VI˜i = 202 + 102 + 102 = 24,49A

Si = V˜iI˜i = 6926,75 ВА

Пока нет ни напряжения, ни тока синусоидальные формы сигнала:

Pi = ∑1nV˜nI˜ncosφn = V˜1I˜1cosφ1 + V˜2I˜2cosφ2 = 200 × 20 × cos45 ° + 200 × 10 × cos30 ° = 2828,43 + 1732,05 = 4560,48 Вт

Qi = ∑1nV˜nI˜nsinφn = V˜1I˜1sinφ1 + V˜2I˜2sinφ2 = 200 × 20 × sin45 ° + 200 × 10 × sin30 ° = 2828,43 + 1000 = 3828,43VAR

Di = Si2 − Pi2 − Qi2 = ( 6926,75) 2- (4560,48) 2- (3828,43) 2 = 3539,06 ВА Искажение

λ = PiSi = 4560.486926,75 = 0,66

THDv% = Vi, 22Vi, 1 × 100 = 2002200 × 100 = 100%

THDi% = Ii, 22 + Ii, 32Ii, 1 × 100 = 102 + 10220 × 100 = 70,7%

Исследование Уравнение (4.39) коэффициент THD не учитывает серьезность гармоник более низкого порядка и рассматривает все гармоники одинаково. В связи с этим существует еще один коэффициент измерения качества электроэнергии, известный как взвешенное полное гармоническое искажение (WTHD), который используется в оборудовании звуковой системы и выражается следующим образом:

WTHDf% = [∑n = 2,3,4∞ ( Fnn) 2] F ~ 11/2 × 100

Пример 4.4

При подключении электролитического конденсатора к нагрузке однофазного диодного выпрямителя создается выходное напряжение постоянного тока с низкой пульсацией. Проанализируйте схему и рассчитайте емкость этого конденсатора по отношению к требуемой пульсации выходного напряжения.

Solution

На рис. 4.26 показан однофазный полномостовой диодный выпрямитель с конденсатором выходного фильтра и соответствующие формы сигналов. Как видно из рис. 4.26 (b), при подключении конденсатора фильтра к нагрузке сигнал выходного напряжения больше не является двухимпульсным, а имеет тенденцию становиться чистым постоянным током.Пара диодов D 1 и D 4 проводит от угла α к θ, а вторая пара D 2 и D 3 проводит от угла α + π к θ + π. Используя формы сигналов на Рис. 4.26 (b), выходное напряжение определяется по формуле:

Рис. 4.26. Выпрямитель с конденсатором выходного фильтра.

а) Силовая цепь; (б) формы сигналов выпрямителя.

(4.161) vo (ωt) = {| 2V˜isinωt | когда диод проводит (2V˜isinθ) e- (ωt-θ) / ωRC, когда диоды не проводят

, где V˜i = действующее значение входного напряжения; Vθ = 2V˜isinθ; θ = угол обратного смещения диодов.

Крутизна выходного напряжения согласно формуле. (4.161) равны:

(4.162) ddωt (2V˜isinωt) = 2V˜icosωtddωt (2V˜isinθe− (ωt − θ) / ωRC) = 2V˜isinθ (−1ωRC) e (ωt − θ) / ωRC

При угле ωt = θ градиенты функций равны, поэтому:

(4.163) 2V˜icosθ = 2V˜isinθ − ωRCe− (θ − θ) / ωRC = 2V˜isinθ − ωRCor2V˜icosθ2V˜isinθ = 1 −ωRCor1tanθ = 1 − ωRCorθ = tan − 1 (−ωRC) = - tan − 1 (ωRC) + π

На практике постоянная времени RC слишком велика (ωRC ≫ π) и, следовательно, из уравнения. (4.163):

(4.164) θ≈π2

Затем, подставляя уравнение. (4.164) в уравнение. (4.161)

(4.165) 2V˜isinθ≈2V˜i

При угле ωt = π + α две компоненты функции выходного напряжения равны, и, следовательно, выполняется следующее уравнение:

(4.166) (2V˜isinθ ) e− (π + α − θ) / ωRC = −2V˜isin (π + α) или (sinθ) e− (π + α − θ) / ωRC − sinα = 0

Применяя численные решения к уравнению. (4.166) можно найти значение угла α.

Согласно осциллограммам на рис. 4.26, размах пульсаций выходного напряжения выпрямителя определяется выражением:

(4.167) ΔVo = Vo, max − Vo, min = 2V˜i− | 2V˜isin (π + α) | = 2V˜i (1 − sinα)

На рис. 4.26 максимальное значение выходного напряжения составляет 2V˜i и его минимальное значение можно оценить, вычислив выходное напряжение под углом ωt = π + α. Из рис. 4.26 и уравнения. (4.161) мгновенное значение минимального выходного напряжения определяется как:

(4.168) Vo, min = vo (π + α) = 2V˜ie− (π + π / 2 − π / 2) / ωRC = 2V˜ie −π / ωRC

Следовательно, уравнение. (4.167) принимает следующий вид:

(4.169) ΔVo≈2V˜i (1 − e − π / ωRC) = 2V˜i (1 − e − 1 / 2fRC)

Кроме того, поскольку в большинстве приложений значения ω, R и C таковы, что e − π / ωRC≈1 − πωRC, тогда уравнение.(4.169) принимает следующий вид:

(4.170) ΔVo≈2V˜iπωRC = 2V˜i2fRC

Как видно из рис. 4.26 (b), качество входного тока очень низкое из-за конденсатора фильтра, который генерирует импульс тока во время зарядки. Этот импульс тока может вызвать выход из строя выпрямительных диодов. Чтобы сгладить входной ток, вместе с конденсатором можно использовать индуктор, чтобы сформировать LC-фильтр нижних частот. На рис. 4.27 представлен новый выходной фильтр и полученный входной ток.

Рисунок 4.27. Диодный выпрямитель с выходным ЖК-фильтром.

а) Силовая цепь; (б) форма входного тока.

Пример 4.5

Для однофазного полномостового диодного выпрямителя с фильтрующим конденсатором, подключенным к нагрузке, приведены следующие характеристики:

Входное действующее напряжение = 220 В, 50 Гц, R = 200 Ом, C = 1000 мкФ .

Рассчитайте пульсации выходного напряжения (размах) и требуемый выходной конденсатор, чтобы уменьшить пульсации до 1% от составляющей постоянного тока.

Решение

Используя вышеуказанные спецификации, были получены следующие результаты:

ωRC = (2π × 50) (200) (1000) (10−6) = 62,8

θ = −tan − 1 (ωRC) + π = −tan − 1 (62,8) + π = 1,58рад = 90,9 °

2V˜isinθ = 2202sin90,9 = 311,09V

Используя уравнение. (4.166) угол α может быть рассчитан из следующего уравнения:

sin (1.58) e− (π + α − 1.58) /62.88−sinα=0

С помощью численных решений значение α определяется как α = 72 °.

Используя значение α, амплитуда размаха выходного напряжения составляет:

ΔVo = Vo, max-Vo, min = 2V˜i− | 2V˜isin (π + α) | = 2V˜i (1 −sinα) = 2202 (1 − sin72 °) = 15.22V

Кроме того, размах колебаний выходного напряжения можно найти из следующего уравнения:

ΔVo≈2V˜i2fRC = 22022 × 50 × 200 × 1000 × 10−6 = 15,56V

Пульсации напряжения должны быть ограничены 1% составляющей постоянного тока, что составляет приблизительно 2202 = 311 В постоянного тока, должно выполняться следующее уравнение:

ΔVo2202 = 0,01≈12fRCorC≈12fR (ΔVo / 2V˜i) = 12 × 50 × 200 × 0,01 = 5000 мкФ

На рис. 4.28 показаны результаты моделирования, когда выходной конденсатор равен 1000 мкФ. Как видно, они полностью согласуются с соответствующими теоретическими.

Рисунок 4.28. Результаты симуляции.

(а) Входное напряжение; (б) выходное напряжение; (c) выходной ток; (г) конденсаторный ток; (e) входной ток; (е) ток перед выходным фильтром.

Пример 4.6

Однофазный двухполупериодный диодный выпрямитель используется для зарядки 12-вольтовой батареи. Внутреннее сопротивление батареи 0,1 Ом. Входное питание 230 В, 50 Гц подается на выпрямитель через силовой трансформатор (идеальный вариант с соотношением витков 20: 1). Рассчитайте максимальную входную активную мощность, потребляемую выпрямителем.

Решение

Iˆo = максимальный выходной ток, протекающий через резистор = Vˆo − ER

Кроме того,

Vˆo = максимальное выходное напряжение = (Vˆi) (120) = 230220 = 16,3V

Следовательно,

Iˆ20.1 = 16,3A максимальная выходная активная мощность = IˆoVˆo = 43 × 16,3 = 701 Вт

Пример 4.7

Трехфазный мостовой диодный выпрямитель имеет следующие характеристики:

Входное линейное напряжение 480 В, 50 Гц, R = 25 Ом, L = 50 мГн . Рассчитайте:

a)

Среднее выходное напряжение и ток.

b)

Среднеквадратичная основная составляющая выходного тока.

c)

Действующее значение входного тока.

d)

Средний и среднеквадратичный ток диода.

e)

Полная выходная мощность.

Решение
a)

Из уравнения. (4.94) среднее выходное напряжение и ток определяются как:

V¯o = 32V между линиями π = 32 × 480π = 648V

I¯o = V¯oR = 64825 = 25.9A

b)

Как видно из рис. 4.12, первая высшая гармоническая составляющая выходного тока является шестой и ее амплитуда равна:

Iˆo, 6 = Vˆo, 6 | Zo, 6 |

Также, используя уравнение. (4.55) амплитуда шестой гармонической составляющей выходного напряжения равна:

Vˆo, 6 = 62 × 480π (36−1) = 37V

| Zo, 6 | = R2 + (6ωL) 2 = 252 + [6 (314 ) (0,05)] 2 = 97,5 Ом

Iˆo, 6 = 3797,5 = 0,379AI˜o, 6 = 0,3792 = 0,268A

I˜o = I¯o2 + I˜o, 62 + I˜o, 122 + ⋯ ≈ (25,9) 2+ (0,268) 2≈25,9A

в)

I˜i = 23I¯o = 23 × 25.9 = 21.2A

d)

I¯D = I¯o3 = 25.93 = 8.63A, I˜D = I˜o3 = 25.93 = 15A

e)

S = 3V˜inI˜ in = 3 (480) (21,2) = 17,6 кВА

Пример 4.8

Трехфазный полуволновой диодный выпрямитель имеет следующие характеристики:

Входное напряжение 127 В 50 Гц, сопротивление нагрузки 1 Ом и нагрузка индуктивность 100 мГн.

a)

Рассчитайте среднее выходное напряжение и ток.

b)

Если входной источник имеет индуктивность 1 мГн на фазу и средний выходной ток составляет 129 А, рассчитайте угол перекрытия коммутации и среднее выходное напряжение.

Решение
a)

Используя уравнение. (4.89) среднее выходное напряжение:

В¯o = 1,17В˜i = 1,17 × 127 = 148,6В

Следовательно, средний выходной ток равен I¯o = V¯oR = 1481 = 148,6А.

Так как ωL ≫ R, выходной ток считается чистым постоянным током 148 A.

b)

Если в источнике питания присутствует входная индуктивность L с , угол перекрытия коммутации μ определяется выражением:

μ = cos − 1 (1−2I¯oωLs6V˜i) = cos − 1 (1-2 × 129 × 2π × 50 × 0.0016 (127)) = cos − 1 (0,739) = 42,35 °

Уменьшение среднего выходного напряжения из-за явления перекрытия коммутации составляет:

V¯o (потери) = 0,58V˜i (1 − cosμ) = 0,58 × 127 (1 − cos42,35 °) = 19,22 В

Следовательно, среднее выходное напряжение V¯o = 148,6−19,22 = 129,39 В.

Из-за перекрытия коммутации среднее выходное напряжение снижается на 12,93%.

Пример 4.9

Для однофазного полномостового диодного выпрямителя приведены следующие характеристики: входное напряжение 220 В, 50 Гц, R = 1 Ом и L = 0.1 H.

Рассчитайте коэффициенты RF, FF, σ и λ.

Решение

Из рис. 4.6 (d), где выходное напряжение представляет собой двухимпульсную форму волны, получены следующие результаты:

V¯o = 22V˜iπ = 22 × 220π = 198V, V˜o = V˜i = 220VandI¯o = V¯oR = 1981 = 198A

Кроме того, из частотного спектра выходного напряжения однофазного полномостового выпрямителя, показанного на рис. 4.2, с учетом только первых двух высших гармонических составляющих, получены следующие результаты:

V˜o, 2 = 42V˜i3π2 = 42 × 2203π2 = 93.37V, V˜o, 4 = 42V˜i15π2 = 42 × 22015π2 = 18,67V

I˜o, 2 = V˜o, 2 | Zo, 2 | = 42V˜i3π2 | Zo, 2 | = 42 × 2203π2 ( 1) 2+ (2 × 2π × 50 × 0,1) 2 = 1,49A

I˜o, 4 = V˜o, 4 | Zo, 4 | = 42V˜i15π2 | Zo, 4 | = 42 × 22015π2 (1 ) 2+ (4 × 2π × 50 × 0,1) 2 = 0,148A

Следовательно, действующий выходной ток равен:

I˜o = I¯o2 + I˜o, 22 + I˜o, 42 = (198 ) 2+ (1,49) 2+ (0,148) 2≈198A

Выходная мощность постоянного и переменного тока соответственно определяется выражением:

P¯o = V¯oI¯o = (198) (198) = 39204WP˜o = V˜oI˜o = (220) (198) = 43560W

Следовательно, требуемые коэффициенты:

RF = V˜RV¯o = V˜o2 − V¯o2V¯o = (220) 2− (198 ) 2198 = 0.48

FF = V˜oV˜R = V˜oV˜o2 − V¯o2 = 220 (220) 2− (198) 2 = 2,29

σ = P¯oP˜o = 3920443560 = 0,9λ = PiSi = P¯oV˜iI˜i = 39204 (220) (198) = 0,9

Пример 4.10

Для однофазного полномостового диодного выпрямителя, когда входной источник имеет индуктивность L i , а ток нагрузки равен чистый постоянный ток значения I¯o, определить угол перекрытия коммутации.

Solution

Силовая схема для определения угла коммутации показана на рис. 4.29. Кроме того, на рис. 4.30 показаны формы сигналов ключевой цепи во время коммутации.

Рисунок 4.29. Однофазный полномостовой диодный выпрямитель.

а) Силовая цепь; (б) эквивалентная схема при коммутации.

Рисунок 4.30. Схема основных осциллограмм во время коммутации.

Во время коммутации выполняется следующее уравнение:

vi − Lidiidt = 0forπ <ωt≤π + μ

Умножение приведенного выше уравнения на dωt:

vidωt = Lidiidtdωtforπ <ωt≤π + μorvidωt = ωLidiπ μ

Путем объединения обеих частей:

∫ππ + μvidωt = ∫I¯o − I¯oωLidiior∫ππ + μ2V˜isinωtd (ωt) = ∫I¯o − I¯oωLidii

2V˜i (cosπ − cos ( π + μ)) = - 2ωLiI¯oor2V˜i (−1 + cosμ) = - 2ωLiI¯o

или

μ = cos − 1 (1−2ωLiI¯o2V˜i)

Время одной коммутации или Интервал перекрытия равен:

Δt = время коммутации = μω = 1ωcos − 1 (1−2ωLiI¯o2V˜i)

Как видно из рис.4.30, выходное напряжение для каждого интервала перекрытия уменьшается на величину, равную площади A. Следовательно, каждый интервал перекрытия снижает среднее выходное напряжение выпрямителя на:

V¯μ = AT = ∫0μvid (ωt) 2π = ∫0μ2V˜isinωtd (ωt) 2π = 2V˜i2π (1 − cosμ)

Поскольку в однофазном полномостовом диодном выпрямителе есть два интервала перекрытия за цикл, среднее выходное напряжение уменьшается на:

В ¯o (потери) = 2V¯μ = 2V˜iπ (1 − cosμ)

Выбор сверхбыстрых восстанавливающих диодов U

Аннотация: В этой заметке по применению описывается процесс выбора диода и конструкция демпфера для высоковольтного инвертирующего обратноходового преобразователя для приложений интерфейсных карт абонентской линии (SLIC).Обсуждаются критические параметры диода, влияющие на переходные процессы переключения в цепи, конструкция демпферной цепи на выходном диоде.

Последние разработки на рынке ПК и телекоммуникаций теперь позволяют расширить диапазон частот переключения силовой электроники с линейных частот на диапазон МГц. Эта тенденция привела к соответствующему росту технологий для электронных коммутационных компонентов, таких как выпрямители и переключатели мощности. На этих частотах переключения важны сверхбыстрые характеристики выпрямителя мощности.Для этого требуется, чтобы диод имел низкий заряд восстановления с характеристиками мягкого восстановления и низкое прямое падение напряжения с быстрым включением. Целью данной инструкции по применению является обсуждение параметров диодов, влияющих на схему, с целью разработки надежного источника питания.

Чтобы оценить влияние параметров диода на характеристики схемы, в этом примечании по применению рассматривается пример схемы обратного хода с использованием MAX1856. В первом разделе кратко описывается схема обратного хода, используемая здесь в качестве примера.Во втором разделе обсуждаются важные параметры диода, которые влияют на переходные процессы переключения в цепи, конструкция демпфирующей цепи на выходном диоде и вклад проводимости, переключения и обратной блокировки выпрямителя в общую рассеиваемую мощность. Производители быстрых выпрямителей могут перечислить все или только некоторые из параметров, обсуждаемых во втором разделе. В третьем и последнем разделе обсуждаются характеристики четырех различных диодов в этой схеме. Это указывает на способ оценки работы различных диодов в схеме приложения.Статья завершается ожиданиями будущих улучшений производительности, вызванных дальнейшим технологическим развитием.

MAX1856 Цепь обратного хода

MAX1856 используется здесь (, рис. 1, ) в конфигурации с обратным ходом для выработки энергии для интерфейсной карты абонентской линии (SLIC) от входа 12 В. Выход -90 В при 0,32 А предназначен для функции звонка, а выход -30 В при 0,15 А - для разговорной батареи.


Рисунок 1. Схема блока питания SLIC.

ШИМ-контроллер в токовом режиме MAX1856 использует инвертирующую обратноходовую конфигурацию для генерирования относительно высоких отрицательных напряжений, необходимых для источников питания SLIC.Контроллер режима ШИМ использует режим работы с током фиксированной частоты, где рабочий цикл определяется отношением входного напряжения к выходному и отношением витков трансформатора. Контур обратной связи в токовом режиме регулирует пиковый ток индуктора в зависимости от выходного сигнала ошибки. В MAX1856 используется внешний измерительный резистор со стороны низкого напряжения (R1 на рис. 1) для контроля пикового тока катушки индуктивности. Сразу после включения контроллер отключает цепь измерения тока на 100 нс, чтобы минимизировать чувствительность к шуму. Кроме того, фильтр (R10 и C7 на рис. 1) на токовом выводе (CS +) увеличивает помехозащищенность.Эта постоянная времени должна быть достаточно низкой, чтобы не искажать сигнал считывания тока. Как правило, максимальная постоянная времени R10-C7 должна быть меньше 1/10 th минимального рабочего цикла для правильной работы контура управления. Обратитесь к листу данных MAX1856 за инструкциями, детализирующими процедуру проектирования этой схемы.

Коэффициент трансформации трансформатора составляет 1: 2,2,2 (см. Рисунок 1), со сложенными вторичными обмотками. Это дает максимальный рабочий цикл 56% при номинальном входном напряжении.Трансформатор Cooper Electronics CTX03-15220 имеет индуктивность первичной обмотки приблизительно 4 мкГн с индуктивностью рассеяния L LP 80 нГн. Предполагая идеальную связь между всеми первичными и вторичными обмотками, это означает, что максимальная вторичная индуктивность рассеяния, L LS , составляет приблизительно 3 мкГн.

Пропускная способность трансформатора зависит от рабочей частоты и эффективного объема сердечника и воздушного зазора. Чтобы получить необходимые 30 Вт с использованием ядра EFD20 (трансформатор CTX03-15220), MAX1856 должен работать на максимальной частоте (500 кГц).Эта высокая частота переключения требует наличия высокоскоростного выпрямителя во вторичной обмотке трансформатора. Он должен иметь быстрое восстановление и быстрое включение с низким прямым падением напряжения. Очень быстрое восстановление диода может вызвать значительный излучаемый и кондуктивный шум. Индуцированный выброс напряжения также может вызвать повреждение диода, если оно превышает напряжение пробоя диода. Однако очень медленное восстановление увеличивает потери мощности. Выпрямитель на выходе -90 В при 0,32 А должен иметь высокое обратное напряжение пробоя, чтобы выдерживать выходное напряжение (90 В), плюс отраженное входное напряжение (6 × 12 = 72 В), в данном случае 162 В.Средний номинальный ток диода должен превышать максимальный выходной ток. Чтобы выбрать подходящий диод, необходимо сначала перечислить важные характеристики выпрямителя.

Характеристики диода и конструкция демпфера

Этот раздел начинается с краткого обсуждения характеристик выпрямителя, за которым следуют рекомендации по конструкции демпфера, а затем заканчивается обсуждением рассеиваемой мощности в выпрямителе.

Формы сигналов и характеристики диодов

В быстрых выпрямительных диодах используются некоторые вариации p-i-n структуры.Переход из состояния проводимости в состояние блокировки занимает конечное время. Это время называется обратным временем восстановления (t rr ) диода. Это можно дополнительно разделить на время t a , необходимое для удаления носителей (ток через диод меняет направление на короткий период времени), прежде чем он сможет заблокировать напряжение, и время t b , в течение которого напряжение на диоде становится отрицательным со скоростью изменения dV R / dt. Повышенная инжекция для уменьшения прямого падения напряжения подразумевает больший заряд, который необходимо удалить из внутренней области, прежде чем диод сможет блокировать напряжение.Следовательно, это отрицательно повлияет на время обратного восстановления. Производители выпрямителей с быстрым восстановлением обычно пытаются найти оптимальный компромисс для этих двух требований.

На рисунке 2 ниже представлены формы сигналов и определения характеристик восстановления выпрямителя с быстрым восстановлением. Удаление накопленного заряда в собственной области происходит посредством протекания большого обратного тока в течение времени t a . По истечении этого времени переход становится смещенным в обратном направлении.Обратный ток в этой точке определяется как пиковый ток обратного восстановления, I RRM . Значение I RRM пропорционально скорости изменения прямого тока через переход через ноль dI F / dt.

I RRM = (dI F / dt) × t a

Обратный ток затем уменьшается за счет рекомбинации со скоростью dI R / dt за время t b . Сумма заряда обратного восстановления определяется как

Q RR = (I RRM × t rr ) / 2

Где t rr = t a + t b

Некоторый выпрямитель В таблицах данных может быть определен коэффициент мягкости S, где

S = (t a / t b )

Напряжение на диоде теперь становится отрицательным со скоростью, пропорциональной dI R / dt.Во время восстановления диода это изменение тока приведет к выбросу обратного напряжения из-за паразитной индуктивности L LS во вторичной обмотке трансформатора. Пиковое обратное напряжение V RRM тогда определяется как

V RRM = L LS × dI R / dt


Рис. 2. Формы сигналов и определения обратного восстановления.

Если пиковое обратное напряжение слишком велико, это может привести к повреждению переключающего выпрямителя. Кроме того, очень высокая скорость изменения приведет к значительному излучаемому и кондуктивному шуму.Однако, если скорость изменения слишком мала, время обратного восстановления увеличится, что увеличит рассеиваемую мощность в выпрямителе во время этого перехода из проводящего состояния в состояние блокировки, как обсуждается ниже (см. Раздел Рассеиваемая мощность выпрямителя).

Конструкция демпфера
Собственная емкость паразитного диода C D тогда определяется как

C D = (I RRM × t rr ) / (2 × V RRM

Это

) 9 паразитная емкость C D резонирует с паразитной индуктивностью L LS во вторичной обмотке трансформатора и вызывает проблемы с шумом в сигнале считывания тока и в прикладной цепи в целом.Для гашения этого звона можно использовать RC демпфер на катоде вторичного выпрямителя (D2), показанного на рисунке 1 (демпфер расположен у этого выпрямителя, так как требуемая выходная мощность максимальна на этом выходе). ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Значения демпфирующего компонента R5 и C10 задаются формулами (см. Рисунок 1)

R5 = √ (L LS / C D ) и C10 = 3 × C D или C10 = 4 × C D

Рассеиваемая мощность выпрямителя

Наконец, рассеяние мощности в выпрямителе учитывается в различных режимах работы.Во время включения переключателя энергия накапливается и накапливается в трансформаторе. В этот период выпрямитель находится в состоянии блокировки. Потери в состоянии блокировки могут быть выражены как

P R = I R × V R × D

Где I R - обратный ток утечки в диоде, V R - обратный ток. напряжение на диоде, а D - рабочий цикл.

В конце этого периода выключатель выключается, и энергия передается на выход.Теперь диод начинает проводить ток, и мощность, рассеиваемая на диоде, составляет

P F = I F × V F × (1-D)

Где I F - прямой ток в диоде и V F - прямое падение напряжения на диоде.

В конце этого цикла диод выключается и переходит в состояние блокировки. Рассеиваемая мощность во время перехода из состояния проводимости в состояние блокировки определяется как

P rec = V RRM × I RRM × 0.5 × f × t b

Где I RRM - пиковый ток обратного восстановления, V RRM - пиковое обратное напряжение, а f - частота переключения.

Выбор диода

Обсуждение здесь сосредоточено на выборе диода для вторичного выхода -90 В при 0,32 А (D2). Предполагая, что пульсация тока во вторичной обмотке составляет 0,5 А, необходим выпрямитель, рассчитанный как минимум на 1 А прямого тока для -90 В при выходе 0,32 А. Как упоминалось ранее, диод должен выдерживать обратное напряжение не менее 162 В.Однако, исходя из приведенного выше обсуждения, способность обратного блокирующего напряжения должна быть несколько выше, чтобы предотвратить повреждение из-за выброса напряжения во время обратного восстановления. Поэтому рассматриваются только выпрямители с возможностью обратной блокировки не менее 200 В. В таблице 1 ниже перечислены рассматриваемые диоды и некоторые параметры для комнатной температуры (T C = 25 ° C). Ток обратной утечки, I R, этих диодов составляет 100 мкА (наихудший случай), и поэтому для обратного напряжения V R , равного 162 В, рассеиваемая мощность составляет около 9 мВт (рабочий цикл D = 0.55) получается в выпрямителе в состоянии блокировки. Аналогичным образом, рассеиваемая мощность в прямом направлении варьируется от 115 мВт до 180 мВт для выпрямителей, рассмотренных в , таблица 1 .

Таблица 1. Сверхбыстрое восстановление Выпрямители

Продавец

Номер детали

В R В

I F A

В F при I F = 1A

т рр нс при I F = 1А;
dI F / dt = 50 А / мкс;
В R = 200 В *

Central Semiconductor

CMR1U-02

200

1

1

50

Central Semiconductor

CMR1U-04

400

1

1.25

50

Международный выпрямитель

8ЭТУ-04

400

8

0,8

60

Фэирчайлд Полупроводник

ISL9R1560P2

600

15

0,8

60


Примечание : * приблизительно по параметрам, указанным в технических паспортах.

Эти диоды использовались в прикладной схеме на Рисунке 1 без демпфера, чтобы лучше измерить задействованные параметры. Эффективность преобразования мощности для максимальной выходной мощности около 30 Вт во всех случаях составляла от 79% до 80%. В таблице 2 ниже приведены параметры, относящиеся к обратному восстановлению для четырех различных диодов и КПД для выходной мощности 30 Вт.

Таблица 2. Параметры обратного восстановления в прикладной цепи (без демпфера для вторичного выпрямителя)

Номер детали

В RRM В

I RRM A

т а нс

т б нс

т рр нс

C D пФ

Эфф.%

CMR1U-02

320

0,9

30

40

70

98

79

CMR1U-04

400

0,85

20

60

80

85

79

8ЭТУ-04

360

0.7

30

90

120

117

80

ISL9R1560P2

350

0,8

40

80

120

137

79


Шум без демпферов привел к чрезмерному дрожанию сигнала (> 4%).Поэтому на вторичном выпрямителе D2 был введен RC-демпфер (рис. 1). Этот демпфер выбирается для гашения паразитного резонанса, а также помогает ограничить выброс напряжения во время обратного восстановления. Основываясь на обсуждении в предыдущем разделе, следующие значения (, таблица 3, ) были рассчитаны для демпфирующих компонентов R5 и C10 (при условии, что C10 = 3 × CD).

Таблица 3. Значения демпфера RC

Номер детали

C D пФ

R5 Ом

C10pF

CMR1U-02

98

175

294

CMR1U-04

85

188

255

8ЭТУ-04

117

160

351

ISL9R1560P2

137

118

411


Значения во всех случаях довольно близки друг к другу.Демпфер с R5 = 150 Ом и C10 = 330 пФ эффективно гасит колебания. Если сопротивление демпфера значительно больше, то демпфер не сможет гасить колебания паразитного резонансного контура. Если демпфирующее сопротивление значительно меньше значений, приведенных в таблице 3, то демпфирующая емкость по существу появляется на емкости выпрямителя. Схема недостаточно демпфирована и будет резонировать на частоте f res1 , задаваемой

f res1 = √ (2π × L LS × [C D + C10])

Джиттер был уменьшен до незначительный уровень (<2%) во всех случаях при использовании демпфера. На рис. 3 показаны формы волны напряжения на катоде (относительно заземления) выпрямительного диода D2 (CMR1U-02, см. Рис. 1) с RC-демпфером и без него.


Рисунок 3A. Напряжение на катоде выпрямителя Д2 без демпфера. (Ch2 = форма волны напряжения на EXT / вывод 8 MAX1856; Ch3 = катод выпрямителя D2).


Рисунок 3B. Напряжение на катоде выпрямителя D2 с демпфером (R5 = 150 Ом; C10 = 330 пФ). (Ch2 = форма волны напряжения на EXT / вывод 8 MAX1856; Ch3 = катод выпрямителя D2).

Значения для «зажатых» V RRM и I RRM , параметры переключения и значения эффективности перечислены в Таблице 4 для всех четырех случаев.

Таблица 4. Параметры обратного восстановления в прикладной цепи (с демпфером для вторичного выпрямителя)

Номер детали

В RRM В

I RRM A

т а нс

т б нс

т рр нс

C D пФ

Эфф.%

CMR1U-02

260

0,55

20

40

60

63

75

CMR1U-04

290

0,95

40

40

80

130

73

8ЭТУ-04

260

0.45

30

90

120

104

74,5

ISL9R1560P2

270

0,6

40

80

120

133

73


Диод Central Semiconductor CMR1U-02 с номиналом 200 В оказался лучшим выбором для этого приложения.Это подчеркивает важность не только переходного времени восстановления, но также пикового тока обратного восстановления и пикового напряжения восстановления. Эффективность снижается из-за мощности, рассеиваемой в элементах демпфера. Однако надёжнее система с включением в цепь демпфера.

В заключение, основные области для улучшения - это уменьшение индуктивности рассеяния в трансформаторе и емкости обратного восстановления выпрямителя. Использование планарных трансформаторов может улучшить индуктивность рассеяния трансформатора.Что касается разработки технологии выпрямителей, выпрямители на основе GaAs и SiC не демонстрируют эффектов обратного восстановления, наблюдаемых в кремниевых выпрямителях, и были бы идеальными для таких приложений. Однако стоимость таких коммерчески доступных устройств слишком высока, чтобы оправдать их использование в недорогих приложениях, таких как источник питания SLIC, рассматриваемый здесь.

Как сделать мостовой выпрямитель на трансформаторе 12-0-12 вольт.

Как сделать мостовой выпрямитель на трансформаторе 12-0-12 вольт.

Сначала вы хотите 1 шт. Трансформатор 12-0-12 вольт

Это необходимо для изготовления ..........

* 👉 Трансформатор 12-0-12 вольт ........... https: //amzn.to/ 2Ae0X0F

[Мостовой выпрямитель]

* 👉 Для трансформатора на 5 А ............

1.👉 4 шт. SR5100 ......... https: // amzn. to / 2Rk2Ena

2.👉 1 шт 4700 мкФ конденсатор 16-25 В .......... https: //amzn.to/2Abnv24

* 👉 Для трансформатора на 2-3 А............

1.👉 4 диода IN5408 .......... https: //amzn.to/2V84fLy

2.👉 1 шт 3330uf 16-25 вольт конденсатор ........... https: //amzn.to/2AeIPnf

* 👉 Для трансформатора 500 мА -1 А ..........

1.👉 4 шт IN4007 диод ........ https: //amzn.to/2RandCk

2.👉 1 шт 2220 мкФ конденсатор 16-25 В .......... https: //amzn.to/2RebB0V

Как это сделать ......... ??

Посмотрите это видео для лучшего понимания.

Принципиальная схема

* Посмотрите эту принципиальную схему и следуйте моим инструкциям по ее изготовлению.

* Я использую здесь трансформатор на 1 ампер, но вы можете использовать этот мостовой выпрямитель для подключения любого трансформатора тока. [Необходимо заменить диод и конденсатор при увеличении тока на трансформаторе]

* Тогда вам понадобятся 4 диода IN4007 (для трансформатора на 1 ампер. При увеличении тока на трансформаторе необходимо заменить диод).

* Держите диоды с одной стороны [+].


* Затем держите диоды так же, как на этой картинке. 2 диода [+] с одной стороны и 2 диода [-] с одной стороны.

* Затем соединительный штифт диодов, а также рисунок.

* смотрите картинку.

* Где 2 диода [+] подключили выход DC 12 вольт [-].

* Где 2 диода [-] подключили выход DC 12 вольт [+].

* А где 1 диод [+] и где 1 диод [-] подключен там вход переменного тока 12 вольт.


* Затем аккуратно припаяйте штырь диодов.
* Тогда вам нужно 2 конденсатора 1000 мкФ. (для трансформатора на 1 ампер. необходимо заменить конденсатор при увеличении тока на трансформаторе).

* Посмотрите это изображение о конденсаторах [+] и [-]. Синяя часть конденсатора является положительной, а белая часть конденсатора - отрицательной.


* Затем соедините один конденсатор [+] с одним конденсатором [-], как показано на рисунке.

* Затем посмотрите на эту картинку, слева, где конденсатор [-], вход и выход постоянного тока 12 вольт [-].Справа где конденсатор [+] там вход и выход DC 12 вольт [+]. А там, где соединен один конденсатор [+] с одним конденсатором [-], там вход и выход GND.

* Затем соедините мостовой выпрямитель с трансформатором. [где 1 диод [+] и где 1 диод [-] подключен к входу переменного тока 12 вольт].

* Тогда посмотрите картинку, где 2 диода [+] подключили к нему выход DC 12 вольт [-]. Куда 2 диода [-] подключили выход DC 12 вольт [+]. И подключите средний контакт заземляющего провода трансформатора.

* Затем соедините конденсаторы с трансформатором, а также на картинке. подключите выпрямитель [+] к конденсатору [+], подключите выпрямитель [-] к конденсатору [-], а GND подключите к тому месту, где подключены один конденсатор [+] с одним конденсатором [-].

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *