Однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямителя: Выпрямители: Однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель

Выпрямители: Однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель

 

Существенным недостатком схемы двухполупериодного выпрямления со средней точкой является потребность в двух источниках входного напряжения. Такая потребность обусловлена тем, что один из выводов сопротивления нагрузки периодически переключается между двумя источниками напряжения, а другой вывод постоянно подключен к средней точке этих источников.

Однако необходимость в средней точке отпадет, если и второй вывод нагрузки при помощи второй аналогичной диодной схемы будет синхронно и противофазно подключаться к неиспользуемым на соответствующем интервале времени выводам источников питания. Схемотехническая реализация такого метода представлена на рис. 3.4‑9. Эта схема носит название однофазного мостового выпрямителя и является, вероятно, самой распространенной из всех схем выпрямления, предназначенных для работы с однофазными источниками переменных напряжений.

 

Рис. 3.4-9. Схема однофазного мостового выпрямителя

 

Также как и в двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой, в мостовой схеме напряжение прикладывается к нагрузке в течение всего периода изменения напряжения \(U_{вх}\). При этом его значение при \(U_{вх} = U_{вх1} + U_{вх2}\) в два раза превышает выходное напряжение схемы рис. 3.4-8. Поэтому при одном и том же напряжении нагрузки в мостовой схеме к обратносмещенным диодам прикладывается напряжение в два раза меньшее, чем в схеме рис. 3.4-8 (\(U_{обр max} = U_{вх max} = \pi \cdot U_{н ср}/2 \) ).

Средние значения тока и напряжения на нагрузке для однофазного мостового двухполупериодного выпрямителя будут такими же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой:

\(U_{н ср} = \cfrac{2 \cdot U_{вх max}}{\pi} = 2 \sqrt{2} \cdot \cfrac{U_{вх д}}{\pi} = {0,637} \cdot U_{вх max} \)

\(I_{н ср} = \cfrac{2 \cdot I_{вх max}}{\pi} = 2 \sqrt{2} \cdot \cfrac{I_{вх д}}{\pi} = {0,637} \cdot I_{вх max} \)

Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в двухполупериодной мостовой схеме будет равна удвоенной частоте входного напряжения. Коэффициент пульсаций такой же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой: \(K_п = {0,67}\).

Особенностью мостовой схемы является то, что в ней последовательно с нагрузкой все время включено два диода, в то время как в описанных выше однофазной однополупериодной и однофазной двухполупериодной схемах такой диод один. Поэтому при низких входных напряжениях (4…5 В) использование мостовой схемы может оказаться неэффективным (падение напряжения на диодах по величине будет сравнимо с выходным напряжением выпрямителя) — для повышения КПД обычно применяют двухполупериодную схему со средней точкой (возможен также переход к использованию диодов Шоттки с малым падением напряжения при прямом смещении). С повышением напряжения разница в КПД схем уменьшается и определяющим фактором становится величина обратного напряжения, прикладываемого к запертым диодам в процессе работы выпрямителя. Поэтому при больших уровнях выходного напряжения обычно используют выпрямитель выполненный по мостовой схеме.

Если мостовую схему выпрямления использовать совместно с источником, снабженным средней точкой, и средний выход каждой пары диодов соединить со средней точкой входного источника через собственную нагрузку, на выходе выпрямителя получится два равных, но обратных по знаку напряжения (рис. 3.4-10). Такая схема выпрямителя часто используется для питания устройств, построенных с применением операционных усилителей.

 

Рис. 3.4-10. Схема мостового выпрямителя с двумя выходными напряжениями

 

 

< Предыдущая		Следующая >

3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя представлена на рис. 3.3. Схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку.

Рис. 3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

В схеме диоды VD1 иVD2 подключены к двум одинаковым вторичным полуобмоткам, действующее напряжение на которых равноU₂.

Рассмотрим временную диаграмму работы схемы (рис. 3.4). Под действием переменного напряжения вторичной обмотки u₂диодVD1 проводит ток только в нечётные полупериоды, а диодVD2 – только в чётные. В нагрузке получается два полупериода пульсирующего напряжения, частота пульсаций в два раза выше частоты питающей сети. Приведённые выше формулы (3.1)…(3.4) выведены в общем виде, поэтому для рассматриваемой схемы будем записывать только окончательный результат.

Среднее значение выпрямленного напряжения

.

Среднее значение выпрямленного тока .

Среднее значение тока диода .

Максимальное обратное напряжение на диоде достигает удвоенной амплитуды значения напряжения вторичной обмотки

.

Ток вторичной обмотки представляет собой сумму токов каждой из полуобмоток, поэтому подмагничивания сердечника трансформатора нет, что является существенным преимуществом данной схемы. Однако напряжение на закрытом диоде получается слишком большим, примерно в три раза больше выпрямленного напряжения, поэтому двухполупериодную схему используют при

U_d30 В.

Рис. 3.4. Временная диаграмма работы однофазного двухполупериодного выпрямителя

Подробнее рассмотрим режим работы трансформатора. Действующее значение тока вторичной обмотки

.

Следовательно, для рассматриваемой схемы коэффициент формы тока

.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

,

где P_d=U_dI_d– мощность постоянного тока в нагрузке.

Расчетная мощность первичной обмотки

.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

.

Коэффициент использования трансформатора по мощности

.

3.3. Однофазный мостовой выпрямитель

Схема однофазного мостового выпрямителя представлена на рис. 3.5. В данной схеме у трансформатора только одна вторичная обмотка, но в нагрузку поступают два полупериода напряжения вторичной обмотки трансформатора. В нечётные полупериоды ток проходит через диод VD1, нагрузку, диодVD3. В чётные – через диодVD2, нагрузку, диодVD4.

Рис. 3.5. Однофазный мостовой выпрямитель

Временная диаграмма работы однофазного мостового выпрямителя представлена на рис. 3.6. Она практически не отличается от временной диаграммы двухполупериодного выпрямителя, только лишь отмечено прохождение тока через пары диодов VD1,VD3 иVD2,VD4, а также видно, что обратное напряжение на закрытом диодеU_b.maxуменьшилось.

Среднее значение выпрямленного напряжения такое же, как в предыдущей схеме

.

Рис. 3.6. Временная диаграмма работы однофазного мостового выпрямителя

Среднее значение тока диода .

Максимальное обратное напряжение на диоде равно амплитудному значению напряжения вторичной обмотки

.

Подмагничивания сердечника трансформатора нет, что является существенным преимуществом данной схемы. Подробнее рассмотрим режим работы трансформатора. Действующее значение тока вторичной обмотки

.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

,

где P_d=U_dI_d– мощность постоянного тока в нагрузке.

Расчетная мощность первичной обмотки

.

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

.

Коэффициент использования трансформатора по мощности

.

Для удобства сравнения различных схем выпрямителей составим таблицу основных электрических параметров.

Таблица 3.1

Основные электрические параметры однофазных выпрямителей

Схема выпрямителя	Трансформатор						Диоды		Нагрузка КП(1)
	Ud/U2	I2/Id	I1/nId	S1/Pd	S2/Pd	ST/Pd	Ub.max Ud	Ia/Id
Однофазная однополупериодная	0,45	1,57	1,21	2,69	3,49	3,09	1,57	1	1,57
Однофазная двухполупериодная	0,9	0,79	1,11	1,23	1,73	1,48	3,14	0,5	0,667
Однофазная мостовая	0,9	1,11	1,11	1,23	1,23	1,23	1,57	0,5	0,667

Проведённый анализ работы схем выпрямителей не учитывал влияние на выходное напряжение выпрямителя внутреннего сопротивления трансформатора и сопротивления диодов, а также потерь из-за прямого падения напряжения на открытых диодах.

На холостом ходувыпрямителя выходное напряжение будет меньше расчётного на величину прямого падения напряжения на открытых диодах. Для однополупериодной и двухполупериодной схемы последовательно с нагрузкой включён только один диод, а в мостовой схеме – два. Поэтому мостовая схема для малых выходных напряжений не применяется, так как падение напряжения на двух диодах существенно снижает коэффициент полезного действия схемы. Предположим, выходное напряжение выпрямителя равно 3 В. На каждом из диодов мостовой схемы прямое падение напряжения составит около 1 В, итого 2 В. То есть трансформатор должен иметь на вторичной обмотке запас по напряжению в 40% из-за потерь в диодах.

Под нагрузкойвыходное напряжение выпрямителя начнёт уменьшаться из-за потерь напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора и диодов. Зависимость выходного напряжения выпрямителя от тока нагрузки называетсявнешней характеристикой.

Уравнение внешней характеристики

, (3.14)

где U_d0– напряжение холостого хода выпрямителя;

r_a– активное сопротивление трансформатора;

r_пр– прямое динамическое сопротивление диодов;

I_d– ток нагрузки.

Как следует из выражения (3.14) внешняя характеристика выпрямителя, работающего на активную нагрузку, представляет собой прямую линию. Примерный вид внешней характеристики представлен на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Внешняя характеристика выпрямителя с активной нагрузкой

Более подробные сведения об однофазных выпрямителях приведены в литературе [11, 14, 20].

Контрольные вопросы

1. Для чего применяются выпрямители?

2. Приведите классификацию и перечислите основные параметры выпрямителей.

3. Нарисуйте схему однополупериодного однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы.

4. Нарисуйте схему двухполупериодного однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы.

5. Нарисуйте схему мостового однофазного выпрямителя с активной нагрузкой и его временную диаграмму работы.

Неуправляемые однофазные схемы выпрямления | BlogTIMT.ru

В одной из прошлых статей мы рассмотрели что такое выпрямительное устройство. Сегодня же мы уделим особое внимание схемам однофазных выпрямителей, которые нашли широкое применение в любой электронной аппаратуре от зарядных устройств, до аппаратуры связи. В данной статье мы рассмотрим выпрямительные устройства, содержащие в себе только трансформатор и диодный блок, сглаживающие фильтры будут рассмотрены позже.

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Изучение выпрямительных устройств зачастую всегда начинается с рассмотрения самой простой схемы однотактного однофазного однополупериодного выпрямителя. Эта схема лучше других иллюстрирует принцип действия выпрямительного диода, а заодно освежает в памяти принцип действия полупроводникового диода. Схема и диаграммы, поясняющие работу однополупериодной схемы изображены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Однофазная однополупериодная схема выпрямления (а) и диаграммы поясняющие её работу (б)

Рассмотрим принцип действия. При подключении к схеме источника питания U₀, на зажимах вторичной обмотки трансформатора возникает Электродвижущая сила (ЭДС), изображённая на верхней диаграмме рисунка 1б. В первый момент времени от 0 до π, ЭДС имеет положительное значение, следовательно ток будет протекать от условно положительного полюса через точку «А», диод VD₁, нагрузку R_н и через точку «Б» в отрицательный полюс вторичной обмотки трансформатора.

На интервале времени от π до 2π, за счёт ВАХ диода VD₁ напряжение на нагрузке будет отсутствовать, так как диод пропускает ток только в одном направлении. Следовательно, на нижней диаграмме рисунка 1б видим нулевое значение напряжения на нагрузке. Однополупериодной схема названа потому, что выпрямляет только половину периода, образуя импульсное напряжение.

Схема применяется в некоторых зарядных устройствах мобильных телефонов. Основными достоинствами схемы являются минимальный набор деталей, низкая стоимость и простое схематическое решение.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель

Однофазная двухполупериодная схема выпрямления также называется схемой со средней точкой или нулевым выводом, а также в некоторых схемах можно встретить название схема Герца. Схема и диаграммы, поясняющие работу изображены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Однофазная двухполупериодная схема выпрямления (а) и диаграммы поясняющие её работу (б)

Рассмотрим принцип действия. Так как в схеме применён трансформатор со средней точкой, на выходе которого мы получаем две синусоиды e₂₁ и e₂₂ в противофазе друг к другу.

В период от нуля до π, ЭДС e₂₁ имеет положительное значение относительно средней точки трансформатора, а ЭДС e₂₂ имеет отрицательное значение. Полярность ЭДС указана на схеме без скобок. Следовательно на этом временном интервале будет открыт диод VD1, диод VD2 будет закрыт. Ток будет протекать от точки «А», через диод VD1 и нагрузку Rн в точку «0» на вторичной обмотке трансформатора.

На следующем интервале времени от π до 2π, полярность ЭДС на вторичной обмотке трансформатора меняет свой знак на указанный в скобках, закрывается диод VD1, открывается диод VD2. Ток будет протекать от точки «Б», через диод VD2 и нагрузку Rн в точку «0» на вторичной обмотке трансформатора.

Основным недостатком схемы является то, чтобы получить одинаковое напряжения во вторичной обмотке трансформатора нужно использовать минимум в два раза больше витков, чем в мостовой схеме, что является неэкономичным расходом медного провода.

Главным плюсом над однополупериодной схемой является пульсации выпрямленного напряжения минимум в два раза меньше, следовательно сглаживающий фильтр можно сконструировать из конденсаторов, имеющих ёмкость гораздо меньше.

Схема активно применяется в выходных каскадах импульсных блоков питания персональных компьютеров.

Однофазный мостовой выпрямитель

Также называется двухполупериодный мостовой выпрямитель. Схема и диаграммы, поясняющие работу изображены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Однофазная мостовая схема выпрямления (а) и диаграммы поясняющие её работу (б)

Рассмотрим принцип действия однофазной мостовой схемы выпрямления. На интервале времени от 0 до π ЭДС на вторичной обмотке трансформатора имеет положительное значение. На этом временном интервале будут открыты диагональные диоды VD₂ и VD₃. Следовательно, ток потечёт от точки «А» через диод VD₃, нагрузку R_н, диод VD₂ в точку «Б» и во вторичную обмотку трансформатора. На интервале времени от π до 2π, ЭДС изменит своё значение на отрицательное, диоды VD₂ и VD₃ закроются, диоды VD₁ и VD₄ откроются. Следовательно ток будет протекать от отрицательного полюса через точку «Б», диод VD₄, нагрузку R_н, диод VD1 и через точку «А» во вторичную обмотку трансформатора. Из этого можно сделать вывод, что ток через нагрузку будет протекать только в одном направлении.

Схема нашла своё применение в высоковольтных цепях электроаппаратуры.

Итог

Чтобы выбрать конкретную схему для проектирования устройств, выбор основывается на анализе исходных данных и параметров выпрямительных диодов. На мощностях до 1 кВт, можно использовать двухполупериодную и мостовую схему. При выходных напряжениях менее 10В мостовую схему не целесообразно применять, так как падение напряжения на одновременно работающих параллельных диодах будет соизмеримо с напряжением на нагрузке. В свою очередь, двухполупериодную схему не целесообразно применять при больших напряжениях, так как обратное напряжение на диодах будет соизмеримо с нагрузкой, что повлечёт за собой использование более мощных диодов, чем для мостовой схемы.

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

1.28. Схемы выпрямителей для источников питания

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Диоды и диодные схемы

Двухполупериодная мостовая схема. На рис. 1.74 показана схема источника питания постоянного тока с мостовым выпрямителем, который мы только что рассмотрели. Промышленность изготавливает мостовые схемы в виде функциональных модулей. Маленькие мостовые модули рассчитаны на предельный ток 1 А и напряжение пробоя от 100 до 600 В. а иногда до 1000 В. Для больших мостовых выпрямителей предельный ток равен 25 А и выше.

Рис. 1.74. Схема мостового выпрямителя. Значок полярности и электрод в виде дуги служат для обозначения поляризованного конденсатора, заряжать его с другой полярностью недопустимо.

Двухлолупериодный однофазный выпрямитель. Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя приведена на рис. 1.75. Выходное напряжение здесь в 2 раза меньше, чем в схеме мостового выпрямителя. Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя не является эффективной с точки зрения использования трансформатора, так как каждая половина вторичной обмотки используется только в одном полупериоде. В связи с этим ток в обмотке за этот интервал времени в 2 раза больше, чем в простой двухполупериодной схеме. Согласно закону Ома, температура нагрева обмотки пропорциональна произведению I²R, значит, за время в 2 раза меньшее нагрев будет в 4 раза больше или в среднем больше по сравнению с эквивалентной двухполупериодной схемой. Трансформатор для этой схемы следует выбирать так, чтобы его предельный ток был в 1,4 (в √2) раз больше, чем у трансформатора мостовой схемы, в противном случае такой выпрямитель будет более дорогим и более громоздким, чем мостовой.

Рис. 1.75. Двухполупериодный выпрямитель на основе трансформатора со средней точкой.

Рис. 1.76.

Упражнение 1.28. Это упражнение поможет вам разобраться в механизме нагрева обмотки, пропорционального I²R, и понять, в чем проявляется недостаток однофазного выпрямителя. На какое предельное минимальное значение тока должен быть расчитан плавкий предохранитель, чтобы в цепи мог протекать ток, изменяющийся согласно графику, показанному на рис. 1.76, и имеющий среднюю амплитуду 1 А? Подсказка: предохранитель «перегорает», когда в цепи начинает протекать ток, превышающий предельное значение тока предохранителя. При этом в предохранителе расплавляется металлический проводник (температура его нагрева пропорциональна I²R). Допустим, что и в нашем случае температурная постоянная времени для плавкого предохранителя значительно больше, чем период прямоугольных колебаний, т. е. предохранитель реагирует на значение I², осредненное за несколько периодов входного сигнала.

Расщепление напряжения питания. Широко распространена мостовая однофазная двухполупериодная схема выпрямителя, показанная на рис. 1.77. Она позволяет рсщеплять напряжение питания (получать на выходе одинаковые напряжения положительной и отрицательной полярности). Эта схема эффективна, так как в каждом полупериоде входного сигнала используются обе половины вторичной обмотки.

Рис. 1.77. Формирование двухполярного (расщепленного) напряжения питания.

Рис. 1.78. Удвоитель напряжения.

Выпрямители с умножением напряжения. Схема, показанная на рис. 1.78, называется удвоителем напряжения. Для того чтобы понять, как работает эта схема, представьте, что она состоит из двух последовательно соединенных выпрямителей. Фактически эта схема является двухполупериодным выпрямителем, так как она работает в каждом полупериоде входного сигнала — частота пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний питающей сети (для сети с частотой 60 Гц, как в США, частота пульсаций составляет 120 Гц). Разновидности этой схемы позволяют увеличивать напряжение в 3, 4 и более раз. На рис. 1.79 показаны схемы выпрямителей, обеспечивающие увеличение напряжения в 2, 3 и 4 раза, в которых один конец обмотки трансформатора заземлен.

РРис. 1.79. Схемы умножения напряжения; наличие источника с плавающим напряжением в представленных схемах не обязательно.

Другие пассивные компоненты

Однофазная мостовая схема — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Однофазная мостовая схема

Cтраница 3

Сварочные выпрямители с однофазной мостовой схемой используются главным образом как комбинированные преобразователи, предназначенные для питания дуги постоянным или переменным током от одного источника.  [31]

Следует отметить, что однофазная мостовая схема может непосредственно включаться в цепь переменного тока, если напряжение сети обеспечивает требуемую величину выпрямленного напряжения, что является достоинством этой схемы. К недостаткам мостовой схемы относится наличие четырех групп вентилей. Однако при построении мостовой схемы выпрямления на полупроводниковых вентилях, максимальное обратное напряжение которых невелико, число вентилей ( диодов) в мостовой и двухполупериодной схемах может получиться одинаковым. Это объясняется тем, что в мостовой схеме обратное напряжение, приходящееся на одно плечо моста, в два раза меньше, чем в двухполупериодной, поэтому число последовательно соединенных диодов в плече ( группе) 1 будет также в два раза меньше.  [32]

Следует отметить, что однофазная мостовая схема может непосредственно включаться в пень переменного тока, если напряжение сети обеспечивает требуемую величину выпрямленного напряжения, что является достоинством этой схемы. К недостаткам мостовой схемы следует отнести наличие четырех вентилей, точнее четырех вентильных плечей. Однако при построении мостовой схемы выпрямления на полупроводниковых вентилях, максимальное обратное напряжение которых невелико, число вентилей ( диодов) в мостовой и в двухполупериодной схемах может получиться одинаковым.  [33]

На рис. 33.3 приведена однофазная мостовая схема выпрямителя, работающего на нагрузку с емкостной реакцией.  [35]

Коэффициент искажения v для однофазной мостовой схемы равен 2 V 2 / те.  [36]

Пересечение этих подмножеств содержит однофазную мостовую схему с сетевым трансформатором. Только эта схема удовлетворяет все требования ТЗ.  [38]

Средняя плотность тока в однофазной мостовой схеме составляет 50 — 150 мя / смг.  [39]

С точки зрения использования трансформатора однофазная мостовая схема более выгодна, чем однофазная двухполупериодная схема со средней точкой.  [40]

Следует иметь в виду, что однофазная мостовая схема может быть непосредственно включена в цепь переменного тока, если напряжение сети обеспечивает требуемое значение выпрямленного напряжения, что является достоинством этой схемы.  [41]

Существуют две типовые схемы выпрямления: однофазная мостовая схема двухполупериодного выпрямления и трехфазная мостовая схема. Последняя имеет значительные преимущества перед однофазной, заключающиеся в меньшей пульсации напряжения, лучшем использовании трансформатора и более равномерной загрузке трехфазной сети.  [42]

Для питания полупроводниковых выпрямителей целесообразно применение однофазной мостовой схемы для относительно маломощных выпрямительных устройств ( до 1 кет ] и трехфазной мостовой схемы ( схемы Ларионова) — для более мощных устройств.  [43]

Одной из наиболее перспективных областей применения регулируемых однофазных мостовых схем является электрическая тяга. При этом тяговый трансформатор упрощается, становится легче и дешевле, так как отпадает необходимость в многочисленных регулировочных выводах первичной или вторичной обмотки. Кроме того, использование в преобразователях тиристоров позволяет применять для остановки поезда или снижения его скорости вращения рекуперативное торможение. Это сокращает расход электроэнергии и дает возможность экономить металл, из которого изготовляются тормозные колодки.  [44]

Для преобразователей малой мощности широкое распространение получили однофазные мостовые схемы, причем в тех случаях, когда не требуется работа выпрямителя в инверторном режиме и допускаются повышенные пульсации, применяются полууправляемые однофазные мостовые схемы.  [45]

Страницы:      1    2    3    4

Полупроводниковые выпрямители блоков питания, схемы, онлайн расчёт

Классификация, свойства, схемы, онлайн калькулятор.
Расчёт ёмкости сглаживающего конденсатора.

«- Почему пульт не работает?
  — Я, конечно, не электрик, но, по-моему, пульт не работает, потому что телевизора нет».

— А для чего нам ещё «нахрен не упал» профессиональный электрик?
— Для чего? Да много для чего! Например, для того, чтобы быть в курсе, что без источника питания, а точнее без преобразователя сетевого переменного напряжения в постоянное, не обходится ни одно электронное устройство.
— А электрик?
— Электрик, электрик… Что электрик?… «Электрик Сидоров упал со столба и вежливо выругался. ..»

Итак, приступим.
Выпрямитель — это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.
Выпрямитель содержит трансформатор, необходимый для преобразования напряжения сети Uc до величины U2, определяемой требованиями нагрузки;
вентильную группу (в нашем случае диодную), которая обеспечивает одностороннее протекание тока в цепи нагрузки;
фильтр, передающий на выход схемы постоянную составляющую напряжения и сглаживающий пульсации напряжения.

Расчёт трансформатора — штука громоздкая, в рамках этой статьи рассматриваться не будет, поэтому сразу перейдём к основным и наиболее распространённым схемам выпрямителей блоков питания радиоэлектронной аппаратуры.
В процессе повествования давайте сделаем допущение, что под величинами переменных напряжений и токов в цепях выпрямителей мы будем подразумевать их действующие (эффективные) значения:
U_действ = U_ампл/√2 и I_действ = I_ампл/√2.
Именно такие значения приводятся в паспортных характеристиках обмоток трансформаторов, да и большинство измерительных приборов отображают — не что иное, как аккурат эффективные значения сигналов переменного тока.

Однополупериодный выпрямитель.

Рис.1

На Рис.1 приведена однофазная однополупериодная схема выпрямления, а также осциллограммы напряжений в различных точках (чёрным цветом — напряжение на нагрузке при отсутствии сглаживающего конденсатора С1, красным — с конденсатором).
В данном типе выпрямителя напряжение с вторичной обмотки трансформатора поступает в нагрузку через диод только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды полупроводник закрыт, и напряжение в нагрузку подаётся только с заряженного в предыдущий полупериод конденсатора.
Однополупериодная схема выпрямителя применяется крайне редко и только для питания цепей с низким током потребления ввиду высокого уровня пульсаций выпрямленного напряжения, низкого КПД, и неэффективного использования габаритной мощности трансформатора.

Здесь обмотка трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную удвоенному значению максимального тока в нагрузке I_обм = 2×I_нагр  и напряжение холостого хода ~U₂ ≈ 0,75×U_н.
При выборе диода D1 для данного типа схем, следует придерживаться следующих его параметров:
U_обр > 3,14×U_н   и   I_макс > 3,14×I_н.

Едем дальше.
Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой.

Рис.2

Схема, приведённая на Рис.2, является объединением двух противофазных однополупериодных выпрямителей, подключённых к общей нагрузке. В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку поступает с верхней половины вторичной обмотки через открытый диод D1, в другом полупериоде — с нижней, через второй открытый диод D2.
Как и любая двухполупериодная, эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньший уровень пульсации по сравнению с однополупериодной схемой. К недостаткам следует отнести более сложную конструкцию трансформатора и такое же, как в однополупериодной схеме — нерациональное использование трансформаторной меди и стали.

Каждая из обмоток трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную значению максимального тока в нагрузке I_обм = I_нагр  и напряжение холостого хода ~U₂ ≈ 0,75×U_н.
Полупроводниковые диоды D1 и D2 должны обладать следующими параметрами:
U_обр > 3,14×U_н   и   I_макс > 1,57×I_н.

И наконец, классика жанра —
Мостовые схемы двухполупериодных выпрямителей.

Рис.3

На Рис.3 слева изображена схема однополярного двухполупериодного мостового выпрямителя с использованием одной обмотки трансформатора. Графики напряжений на входе и выходе выпрямителя аналогичны осциллограммам, изображённым на Рис.2.
Во время положительного полупериода переменного напряжения ток протекает через цепь, образованную D2 и D3, во время отрицательного — через цепь D1 и D4. В обоих случаях направление тока, протекающего через нагрузку, одинаково.

Если сравнивать данную схему с предыдущей схемой выпрямителя с нулевой точкой, то мостовая имеет более простую конструкцию трансформатора при таком же уровне пульсаций, менее жёсткие требования к обратному напряжению диодов, а главное — более рациональное использование трансформатора и возможность уменьшения его габаритной мощности.
К недостаткам следует отнести необходимость увеличения числа диодов, что приводит к повышенным тепловым потерям за счёт большего падения напряжения в выпрямителе.

Обмотка трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную I_обм = 1,41×I_нагр  и напряжение холостого хода ~U₂ ≈ 0,75×U_н.
Полупроводниковые диоды следует выбирать исходя из следующих соображений:
U_обр > 1,57×U_н   и   I_макс > 1,57×I_н.

При наличии у трансформатора двух одинаковых вторичных обмоток, или одной с отводом от середины выводом, однополярная схема преобразуется в схему двуполярного выпрямителя со средней точкой (Рис.3 справа).
Естественным образом, диоды в двуполярном исполнении должны выбираться исходя из двойных значений U_обр и I_макс по отношению к однополярной схеме.

Значения U_обр и I_макс приведены исходя из величин наибольшего (амплитудного) значения обратного напряжения, приложенного к одному диоду, и наибольшего (амплитудного) значения тока через один диод при отсутствии сглаживающих фильтров на выходе.

Конденсатор С1 во всех схемах — это простейший фильтр, выделяющий постоянную составляющую напряжения и сглаживающий пульсации напряжения в нагрузке.
Для выпрямителей, не содержащих стабилизатор, его ёмкость рассчитывается по формулам:
С1 = 6400×I_н/(U_н×К_п) для однополупериодных выпрямителей и
С1 = 3200×I_н/(U_н×К_п) — для двухполупериодных,
где К_п — это коэффициент пульсаций, численно равный отношению амплитудного значения пульсирующего напряжения к его постоянной составляющей.
Для стабилизированных источников питания ёмкость С1 можно уменьшить в 5-10 раз.

«Коэффициент пульсаций выбирают самостоятельно в зависимости от предполагаемой нагрузки, допускающей питание постоянным током вполне определённой «чистоты»:
10^-3… 10^-2   (0,1-1%) — малогабаритные транзисторные радиоприёмники и магнитофоны,
10^-4… 10^-3   (0,01-0,1%) — усилители радио и промежуточной частоты,
10^-5… 10^-4   (0,001-0,01%) — предварительные каскады усилителей звуковой частоты и микрофонных усилителей.» — авторитетно учит нас печатное издание.

Ну и под занавес приведём незамысловатую онлайн таблицу.

КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ ДЛЯ БЛОКА ПИТАНИЯ.

А на следующей странице рассмотрим сглаживающие фильтры силовых выпрямителей, не только ёмкостные, но и индуктивные, а также активные фильтры на биполярных транзисторах.

 

Тема 2.1.

Схемы выпрямителей для источников питания

Двухполупериодная мостовая схема. На рис. 1.74 показана схема источника питания постоянного тока с мостовым выпрямителем, который мы только что рассмотрели. Промышленность изготавливает мостовые схемы в виде функциональных модулей. Маленькие мостовые модули рассчитаны на предельный ток 1 А и напряжение пробоя от 100 до 600 В. а иногда до 1000 В. Для больших мостовых выпрямителей предельный ток равен 25 А и выше.                                                                            

Рис. 1.74. Схема мостового выпрямителя. Значок полярности и электрод в виде дуги служат для обозначения поляризованного конденсатора, заряжать его с другой полярностью недопустимо.

   Двухлолупериодный однофазный выпрямитель.Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя приведена на рис. 1.75. Выходное напряжение здесь в 2 раза меньше, чем в схеме мостового выпрямителя. Схема двухполупериодного однофазного выпрямителя не является эффективной с точки зрения использования трансформатора, так как каждая половина вторичной обмотки используется только в одном полупериоде. В связи с этим ток в обмотке за этот интервал времени в 2 раза больше, чем в простой двухполупериодной схеме. Согласно закону Ома, температура нагрева обмотки пропорциональна произведению I²R, значит, за время в 2 раза меньшее нагрев будет в 4 раза больше или в среднем больше по сравнению с эквивалентной двухполупериодной схемой. Трансформатор для этой схемы следует выбирать так, чтобы его предельный ток был в 1,4 (в √2) раз больше, чем у трансформатора мостовой схемы, в противном случае такой выпрямитель будет более дорогим и более громоздким, чем мостовой.

                                                                           

Рис. 1.75. Двухполупериодный выпрямитель на основе трансформатора со средней точкой.

                                                                     

Расщепление напряжения питания. Широко распространена мостовая однофазная двухполупериодная схема выпрямителя, показанная на рис. 1.77. Она позволяет рсщеплять напряжение питания (получать на выходе одинаковые напряжения положительной и отрицательной полярности). Эта схема эффективна, так как в каждом полупериоде входного сигнала используются обе половины вторичной обмотки.

 

Рис. 1.77. Формирование двухполярного (расщепленного) напряжения питания.

Рис. 1.78. Удвоитель напряжения.

 

Выпрямители с умножением напряжения. Схема, показанная на рис. 1.78, называется удвоителем напряжения. Для того чтобы понять, как работает эта схема, представьте, что она состоит из двух последовательно соединенных выпрямителей. Фактически эта схема является двухполупериодным выпрямителем, так как она работает в каждом полупериоде входного сигнала — частота пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний питающей сети (для сети с частотой 60 Гц, как в США, частота пульсаций составляет 120 Гц). Разновидности этой схемы позволяют увеличивать напряжение в 3, 4 и более раз. На рис. 1.79 показаны схемы выпрямителей, обеспечивающие увеличение напряжения в 2, 3 и 4 раза, в которых один конец обмотки трансформатора заземлен.

РРис. 1.79. Схемы умножения напряжения; наличие источника с плавающим напряжением в представленных схемах не обязательно.

 

Полноволновой мостовой выпрямитель — инженеры в последнюю минуту

Существует еще одна, более популярная двухполупериодная конструкция выпрямителя, построенная на основе конфигурации четырехдиодного моста. Он известен как полноволновой мостовой выпрямитель или просто мостовой выпрямитель .

Преимущество этого типа конструкции перед версией с центральным отводом состоит в том, что он не требует специального трансформатора с центральным отводом, что резко снижает его размер и стоимость.

Также эта конструкция использует все вторичное напряжение в качестве входа для выпрямителя.Используя тот же трансформатор, мы получаем в два раза больше пикового напряжения и вдвое больше постоянного напряжения с мостовым выпрямителем, чем с двухполупериодным выпрямителем с центральным ответвлением.

Вот почему мостовые выпрямители используются гораздо чаще, чем двухполупериодные.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Для выпрямления обоих полупериодов синусоидальной волны в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенные вместе в «мостовой» конфигурации. Вторичная обмотка трансформатора подключена с одной стороны сети диодного моста, а нагрузка — с другой.

На следующем изображении показана схема мостового выпрямителя.

Работа этой схемы легко понять по одному полупериоду за раз.

Во время положительного полупериода источника диоды D1 и D2 проводят ток, в то время как D3 и D4 имеют обратное смещение. Это создает положительное напряжение нагрузки на нагрузочном резисторе (обратите внимание на положительную полярность нагрузочного резистора).

В течение следующего полупериода полярность напряжения источника меняется на противоположную. Теперь D3 и D4 смещены в прямом направлении, а D1 и D2 — в обратном.Это также создает положительное напряжение нагрузки на нагрузочном резисторе, как и раньше.

Обратите внимание, что независимо от полярности входа напряжение нагрузки имеет одинаковую полярность, а ток нагрузки — в одном направлении.

Таким образом, схема преобразует входное напряжение переменного тока в пульсирующее выходное напряжение постоянного тока.

Если вам неприятно вспоминать правильное расположение диода в схеме мостового выпрямителя, вы можете обратиться к альтернативному представлению схемы.Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды расположены горизонтально и направлены в одном направлении.

Значение постоянного тока для двухполупериодного сигнала

Поскольку мостовой выпрямитель выдает двухполупериодный выходной сигнал, формула для расчета среднего значения постоянного тока такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного тока двухполупериодного сигнала составляет около 63,6 процента от пикового значения. Например, если пиковое напряжение двухполупериодного сигнала составляет 10 В, постоянное напряжение будет равно 6.36V

Когда вы измеряете полуволновой сигнал с помощью вольтметра постоянного тока, показания будут равны среднему значению постоянного тока.

A Приближение второго порядка

В действительности мы не можем получить идеальное двухполупериодное напряжение на нагрузочном резисторе. Из-за барьерного потенциала диод не включается, пока напряжение источника не достигнет примерно 0,7В .

И поскольку мостовой выпрямитель управляет двумя диодами одновременно, два диодных падения (0,7 * 2 = 1,4 В) напряжения источника теряются в диоде.Таким образом, пиковое выходное напряжение определяется по формуле:

Выходная частота

Двухполупериодный выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого двухполупериодный выход имеет в два раза больше циклов, чем входной.

Следовательно, частота двухполупериодного сигнала в два раза превышает входную частоту.

Например, если частота сети 60 Гц, выходная частота будет 120 Гц.

Фильтрация выходного сигнала выпрямителя

Выходной сигнал, который мы получаем от двухполупериодного выпрямителя, представляет собой пульсирующее постоянное напряжение, которое увеличивается до максимума, а затем уменьшается до нуля.

Нам не нужно такое постоянное напряжение. Что нам нужно, так это стабильное и постоянное напряжение постоянного тока, без каких-либо колебаний или пульсаций напряжения, которые мы получаем от батареи.

Чтобы получить такое напряжение, нам нужно отфильтровать двухполупериодный сигнал. Один из способов сделать это — подключить конденсатор, известный как сглаживающий конденсатор , через нагрузочный резистор, как показано ниже.

Изначально конденсатор не заряжен. В течение первой четверти цикла диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, поэтому конденсатор начинает заряжаться. Зарядка продолжается до тех пор, пока входной сигнал не достигнет пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе равно Vp.

После того, как входное напряжение достигает пика, оно начинает уменьшаться. Как только входное напряжение становится меньше Vp, напряжение на конденсаторе превышает входное напряжение, что отключает диоды.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузочный резистор и обеспечивает ток нагрузки, пока не будет достигнут следующий пик.

Когда наступает следующий пик, диоды D3 и D4 ненадолго проводят ток и заряжают конденсатор до максимального значения.

Недостаток

Единственным недостатком мостового выпрямителя является то, что выходное напряжение на два диодных падения (1,4 В) меньше входного.

Этот недостаток проявляется только в источниках питания с очень низким напряжением. Например, если пиковое напряжение источника составляет всего 5 В, напряжение нагрузки будет иметь пиковое значение всего 3,6 В. Но если пиковое напряжение источника составляет 100 В, напряжение нагрузки будет близко к идеальному двухполупериодному напряжению (падение на диоде незначительно).

PREV

Двухполупериодный выпрямитель

Однофазные выпрямители

| Протокол

Однофазные выпрямители используются для преобразования переменного напряжения питания и тока в постоянный, что требуется для питания оборудования и цифровых электронных устройств.Стандартное электроснабжение домов и магазинов — это переменный ток. Однако большая часть цифровой электроники рассчитана на работу от постоянного тока. Выпрямители — это устройства, которые можно использовать для преобразования электроэнергии переменного тока в совместимый источник постоянного тока. Выпрямитель пропускает ток только в одном направлении, тем самым преобразуя биполярный входной переменный ток в униполярный выпрямленный выход. В схемах выпрямителя используется один или несколько диодов для пропускания только положительной или отрицательной мощности переменного тока, в результате чего возникает пульсирующий источник, который затем фильтруется для достижения плавного, согласованного постоянного напряжения и тока. Это видео знакомит с основными концепциями схем выпрямителя и диода, демонстрирует несколько распространенных схем выпрямителя и тестирует выходное напряжение выпрямительных схем с изменениями входного напряжения и конфигурации нагрузки.

Выпрямители — это устройства, используемые в электронных схемах, чтобы пропускать ток в одном направлении и блокировать его в другом направлении. Выпрямители допускают прохождение тока только тогда, когда превышено пороговое прямое напряжение. Диодные выпрямители имеют два вывода, анод и катод, при этом ток течет от анода к катоду и блокируется от катода к аноду.Однофазные полуволновые выпрямители пропускают напряжение через один диод. В этой схеме только положительная половина входного переменного напряжения передается на выход через нагрузочный резистор. Если бы диод был перевернут, на резисторе появилась бы только отрицательная половина входного переменного напряжения. Напряжение для отрицательной половины цикла переменного тока заблокировано. При использовании только одной полярности среднеквадратичное значение или среднеквадратичное значение выходного напряжения уменьшается по сравнению с биполярным входным напряжением. Двухполупериодные выпрямители пропускают оба полупериода входного переменного напряжения через четырехдиодную мостовую схему, как показано.Изменение полярности отрицательной половины и более высокое среднее выходное напряжение на нагрузочном резисторе. Выпрямители создают однонаправленный, но пульсирующий ток, который более заметен в полуволновых выпрямителях. Однако выходной сигнал выпрямителя обычно фильтруется путем добавления катушки индуктивности, включенной последовательно с сопротивлением нагрузки. В двухполупериодном выпрямителе конденсатор, установленный параллельно нагрузочному резистору, служит той же цели. Это видео демонстрирует работу полуволнового и двухполупериодного однофазного выпрямителя с различными выходными нагрузками, характеристиками отключения диодов и фильтрацией выходного постоянного напряжения с использованием различных схем.

Для этой демонстрации работы выпрямителя используются два разных источника переменного тока, высокая частота, входная частота один килогерц, создается с использованием функционального генератора с пиковым синусоидальным выходом 10 вольт. Низкочастотный вход 60 герц обеспечивается вариаком. Не прикасайтесь к какой-либо части цепи, когда она находится под напряжением. При использовании источника функционального генератора цепи заземляются, как показано. Не заземляйте источник переменного тока. Чтобы настроить генератор функций для высокочастотного выхода, подключите дифференциальный пробник к первому каналу осциллографа, а пробник 10x — ко второму каналу.Отрегулируйте масштабные коэффициенты до 20x на дифференциальном пробнике и 10x на пробнике 10x. В меню канала осциллографа установите оба датчика на 10x. Для дифференциального пробника вручную умножьте измерения на два, чтобы получить 20-кратный желаемый выход. Затем подключите кабель типа «крокодил» BNC к выходу 50 Ом функционального генератора и подсоедините зажимы «крокодил» к 10-кратному пробнику осциллографа. Установите выходной сигнал на пик 10 В и синусоидальную форму волны 1000 Гц с нулевым смещением постоянного тока. Как только сигнал будет установлен соответствующим образом, отсоедините разъем BNC и зонд осциллографа, но оставьте генератор функций включенным, чтобы сохранить его настройки.Чтобы настроить вариак на низкочастотный выход, убедитесь, что выходная розетка отключена и что она выключена, а ее ручка установлена ​​на ноль. Затем медленно отрегулируйте ручку вариатора до пяти процентов выхода, чтобы достичь пика 10 вольт.

Сначала проверьте однополупериодный выпрямитель с высокочастотным входным напряжением и резистивной нагрузкой. Постройте схему, как показано, используя нагрузочный резистор на 51 Ом и диод, рассчитанный на 50 В и два ампера. Полярность диода обозначена штрихом на катодном конце.Перед подключением дифференциального пробника к цепи соедините клеммы пробника вместе и настройте форму волны на нулевое напряжение смещения. Затем подключите датчик дифференциального напряжения к нагрузочному резистору, чтобы измерить выходное напряжение, и датчик 10x на стороне переменного тока, чтобы измерить входное напряжение. Затем отрегулируйте временную развертку осциллографа, чтобы отображать входное и выходное напряжение для четырех циклов входного напряжения. Прежде чем вносить какие-либо изменения, отключите функциональный генератор и снимите дифференциальный датчик из цепи.Затем проверьте полуволновой выпрямитель с высокочастотным входом и резистивной индуктивной нагрузкой. Повторно используйте схему, добавив катушку индуктивности последовательно с резистором, как показано. Как описано ранее, подключите пробники к цепи и отобразите формы сигналов входного и выходного напряжения. Выключите функциональный генератор, отсоедините дифференциальный датчик и удалите индуктор из цепи. Наконец, проверьте однополупериодный выпрямитель с низкочастотным входом и резистивной нагрузкой. Подключите дифференциальный зонд к вариатору и включите его.Отрегулируйте вариатор, чтобы получить пиковое выходное напряжение 10 вольт, затем выключите вариатор, не изменяя его настройки напряжения. Подключите вариационный выход к резистивной цепи, как показано. Затем подключите датчик дифференциального напряжения к нагрузочному резистору, чтобы измерить выходное напряжение. Включите вариак. Не прикасайтесь к цепи при подключенном и включенном переменном токе. Как описано ранее, отображаются формы входного и выходного напряжения.

Сначала проверьте двухполупериодный выпрямитель с резистивной нагрузкой.Соберите схему, как показано, и подключите к ней датчики и вариакционный выход. Как описано ранее, отобразите формы входного и выходного напряжения и измерьте размах напряжений. Сохраняя соединения зонда, выключите вариак и подключите электролитический конденсатор параллельно резистивной нагрузке. Затем наблюдайте за входным и выходным напряжением.

На первом рисунке показаны четыре цикла напряжения питания переменного тока и выход резистивной нагрузки, подключенной к полуволновому выпрямителю. Только положительный полупериод входного переменного напряжения проходит через диодный выпрямитель. Если входное напряжение схемы полуволнового выпрямителя является синусоидальным, то среднее выходное напряжение для одного диода с резистивной нагрузкой — это пиковое входное напряжение, деленное на pi. Когда катушка индуктивности добавляется последовательно с нагрузочным резистором, область выключения диода задерживается. Эта комбинация катушки индуктивности и резистора представляет собой фильтр нижних частот. Когда значение индуктивности достаточно велико, колебательная составляющая выхода блокируется, оставляя только постоянную составляющую постоянного тока.Для полномостового выпрямителя входные положительные полупериоды проходят через цепь, а отрицательные полупериоды выпрямляются в положительные. Добавление достаточно большого конденсатора отфильтровывает большую часть пульсаций напряжения и обеспечивает нагрузку постоянным напряжением постоянного тока.

Диодные выпрямители используются в большинстве источников питания, зарядных устройствах, частотно-регулируемых приводах и во многих схемах защиты. Во-первых, адаптеры питания переменного тока используются для преобразования энергии для машин, питаемых постоянным током, или для зарядки батарей постоянного тока, содержащихся в устройствах.Адаптер может представлять собой простую схему, состоящую из трансформатора для понижения напряжения от источника питания 120 В, двухполупериодного выпрямителя с четырехдиодным мостом и конденсатора для сглаживания выходного постоянного напряжения. Тиристоры — это выпрямители с силиконовым управлением, обычно используемые в диммерах, регуляторах скорости двигателя и регуляторах напряжения. По своей конструкции тиристор предназначен для чередования слоев полупроводников типа P и N, используемых для создания анода на конце типа P, катода на конце типа N и затвора, соединенного со слоем типа P рядом с катодом.Выше порога фиксации импульс тока на затворе переключает тиристор из выключенного состояния во включенное, позволяя прямому току течь от анода к катоду. Это выпрямляет ток в одном направлении и регулирует выходную мощность с помощью встроенного механизма переключения.

Вы только что посмотрели введение JoVE в однофазные выпрямители. Теперь вы должны понимать, как работают однофазные выпрямители, общие схемы выпрямителей и их выходы, а также некоторые общие применения выпрямителей. Спасибо за просмотр.

(PDF) Конструкция однофазного мостового двухполупериодного выпрямителя

3

Результаты на основе уравнений (6) и (7):

(уравнение 9)

Коэффициент пульсации — это отношение действующее значение пульсаций напряжения Vrms относительно среднего значения выходного напряжения, как показано в уравнении

(10) (Pyakuryal & Matin, 2013a).

(уравнение 10)

2.1 Рекомендации по проектированию напряжения

Целью практического проектирования является достижение заданного выходного напряжения постоянного тока, в данном случае от 5 до 24 В.Поэтому

удобнее всего выражать все расчетные параметры через Vdc. Например, номинал и коэффициент трансформации трансформатора в схеме выпрямителя

можно легко определить, если действующее значение входного напряжения выпрямителя соответствует требуемому выходному напряжению

В постоянного тока (Рашид, 2011). Представьте среднеквадратичное значение входного напряжения выпрямителя как Vrms, которое равно 0: 707 Вм. входное напряжение

действующее значение на вторичную обмотку двухполупериодного выпрямителя инициируется как:

В среднеквадратичное значение = 1.11 В постоянного тока (уравнение 11)

Еще одним важным параметром конструкции является номинальное пиковое повторяющееся обратное напряжение (VRRM) используемых диодов. В

случай мостового выпрямителя:

(Уравнение 12)

Важно оценить номинальный пиковый повторяющийся прямой ток (IFRM) используемых диодов в схемах выпрямителя.

В случае двухполупериодных выпрямителей, двухполупериодный IFRM.

(уравнение 13)

2.2 Рекомендации по проектированию емкостного выходного фильтра

Размещение большого конденсатора параллельно нагрузке может создать выходное напряжение, которое по сути является постоянным током (Hart,

2011).В двухполупериодной схеме время разряда конденсатора меньше, чем для полуволновой схемы из-за выпрямленной синусоидальной волны

во второй половине каждого периода (Fraser & Milne, 1994). конденсатор

используется через нагрузку, а катушка индуктивности используется последовательно с нагрузкой, ток нагрузки будет более плавным, а эффект пульсации будет уменьшен (Pyakuryal & Matin, 2013b).

Затем, чтобы получить плавный выход выпрямителя, используется емкостной конденсатор, размещенный на выходе счетчика, а в

— параллельно нагрузке.Этот конденсатор заряжается, когда напряжение от выпрямителя увеличивается выше, чем на конденсаторе

, а затем, когда напряжение выпрямителя падает, конденсатор предлагает требуемый ток от своего накопленного заряда (Pyakuryal & Matin,

2013b). На рисунке 3 ниже показаны пульсации для двухполупериодного выпрямителя с конденсаторным сглаживанием. В случаях, когда пульсации

мала по сравнению с напряжением питания — что почти всегда имеет место — можно рассчитать пульсации, зная условия схемы

(Hart, 2011).

Рисунок 3: Пульсации (ΔVo) в однофазном мостовом двухполупериодном выпрямителе

Как упоминалось Mulkern, Henze and Lo (1991) и Raymond et. al (2003), на выходе

выпрямителя, использующего схему сглаживающего конденсатора, всегда будет некоторая пульсация, необходимо иметь возможность угадать приблизительное значение. Избыточное значение

, указание слишком большого количества конденсатора, приведет к увеличению стоимости, размера и веса; занижение этого значения приведет к снижению производительности.

На основе Hart (2011) приближение, размах пульсаций составляет:

Цепь мостового выпрямителя

— Детали конструкции и советы »Примечания к электронике

Мостовой выпрямитель, состоящий из четырех диодов, обеспечивает двухполупериодное выпрямление без использования трансформатора с центральным ответвлением.

---

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

---

Мостовой выпрямитель — это электронный компонент, который широко используется для обеспечения двухполупериодного выпрямления и, возможно, является наиболее широко используемой схемой для этого приложения.

Используя четыре диода в мостовом выпрямителе, схема имеет характерный формат, принципиальная схема которого основана на квадрате с одним диодом на каждой ножке.

Благодаря своим характеристикам и возможностям, двухполупериодный мостовой выпрямитель используется во многих линейных источниках питания, импульсных источниках питания и других электронных схемах, где требуется выпрямление.

Типовой мостовой выпрямитель для монтажа на печатной плате

Цепи мостового выпрямителя

Схема основной схемы мостового выпрямителя имеет блок мостового выпрямителя в центре. Он состоит из мостовой схемы с четырьмя диодами. Это могут быть отдельные диоды или мостовые выпрямители в виде единого электронного компонента.

Двухполупериодный выпрямитель с использованием мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямление и имеет преимущество перед двухполупериодным выпрямителем, использующим два диода, в том, что в трансформаторе не требуется центральный отвод. Это означает, что для обеих половин цикла используется одна обмотка.

Электронные компоненты

с обмоткой дороги, а наличие центрального отвода означает, что для обеспечения двухполупериодного выпрямления необходимы две идентичные обмотки, каждая из которых обеспечивает полное напряжение.Это удваивает количество витков и увеличивает стоимость трансформатора. Это может быть особенно важно при разработке линейных источников питания или других электронных устройств.

Чтобы увидеть, как работает двухполупериодный выпрямитель с мостовым диодом, полезно увидеть ток, протекающий в течение полного цикла входящей формы волны.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель, показывающий протекание тока

В большинстве приложений источников питания, будь то линейные регуляторы напряжения или импульсные источники питания, выход мостового выпрямителя будет подключен к сглаживающему конденсатору как часть нагрузки.

Эти электронные компоненты принимают заряд во время высоковольтных частей формы волны, а затем отдают заряд на нагрузку при падении напряжения. Таким образом, они обеспечивают более постоянное напряжение, чем прямой выход мостового выпрямителя. Это позволяет другим схемам, таким как линейные регуляторы напряжения и импульсные источники питания, работать правильно.

Примечание по сглаживанию конденсатора источника питания:

Конденсаторы

используются во многих источниках питания как для линейных регуляторов напряжения, так и для импульсных источников питания, чтобы сгладить выпрямленную форму волны, которая в противном случае варьировалась бы от пикового напряжения формы волны до нуля.Сглаживая форму волны, можно запускать из нее электронные схемы.

Подробнее о Конденсаторное сглаживание.

Что касается мостового выпрямителя и его диодов, включение конденсатора означает, что ток, проходящий через диоды, будет иметь значительные пики по мере заряда конденсатора.

Период, в течение которого конденсатор источника питания заряжается

При выборе электронных компонентов для мостового выпрямителя необходимо убедиться, что они могут выдерживать пиковые уровни тока.

Мостовые выпрямители

Компоненты мостового выпрямителя могут быть разных форм. Их можно сделать с помощью дискретных диодов. Кольцо из четырех диодов можно легко изготовить как на бирке, так и в составе печатной платы. Необходимо обеспечить достаточную вентиляцию диодов, поскольку они могут рассеивать тепло под нагрузкой.

Схема мостового выпрямителя и маркировка

В качестве альтернативы мостовые выпрямители поставляются как отдельные электронные компоненты, содержащие четыре диода в едином блоке или корпусе. Четыре соединения выведены и отмечены «+», «-» и «~». Соединение «~» используется для подключения к переменному входу. Соединения + и — очевидны.

Некоторые из этих мостовых выпрямителей предназначены для монтажа на печатной плате и могут иметь провода для монтажа в сквозные отверстия. Другие могут быть устройствами для поверхностного монтажа.

Некоторые мостовые выпрямители заключены в корпуса большего размера и предназначены для установки на радиаторе. Поскольку эти выпрямители предназначены для пропускания значительных уровней тока, они могут рассеивать значительный уровень тепла в результате падения напряжения на диодах, а также внутреннего сопротивления объемного кремния, используемого для диодов.

Рекомендации по проектированию схемы мостового выпрямителя

При использовании мостового выпрямителя для обеспечения выхода постоянного тока от входа переменного тока необходимо учитывать несколько моментов:

• Падения напряжения: Нельзя забывать, что ток, протекающий в мостовом выпрямителе, будет проходить через два диода. В результате выходное напряжение упадет на эту величину. Поскольку в большинстве мостовых выпрямителей используются кремниевые диоды, это падение будет минимум 1.2 вольта и будет увеличиваться с увеличением тока. Соответственно, максимальное выходное напряжение, которое может быть достигнуто, составляет минимум 1,2 вольт от пикового напряжения на входе переменного тока.

• Рассчитайте количество тепла, рассеиваемого в выпрямителе: Напряжение на диодах будет падать минимум на 1,2 В (при использовании стандартного кремниевого диода), которое будет расти по мере увеличения тока. Это результат стандартного падения напряжения на диоде, а также сопротивления внутри диода.Обратите внимание, что ток проходит через два диода внутри моста в течение любого полупериода. Сначала один комплект из двух диодов, затем другой.

  Чтобы увидеть падение напряжения для предполагаемого уровня тока, стоит обратиться к паспорту диодов мостового выпрямителя или всего электронного компонента мостового выпрямителя.

  Падение напряжения и ток, протекающий через выпрямитель, вызывают нагрев, который необходимо отводить. В некоторых случаях его можно легко рассеять за счет воздушного охлаждения, но в других случаях мостовой выпрямитель может потребоваться прикрутить болтами к радиатору.Многие мостовые выпрямители для этой цели крепятся болтами к радиатору.

• Пиковое обратное напряжение: Очень важно убедиться, что максимальное обратное напряжение мостового выпрямителя или отдельных диодов не превышается, в противном случае диоды могут выйти из строя.

  Рейтинг PIV диодов в мостовом выпрямителе меньше, чем требуется для конфигурации с двумя диодами, используемой с трансформатором с центральным ответвлением. Если пренебречь падением диода, мостовому выпрямителю требуются диоды с половиной PIV-рейтинга выпрямителя с центральным отводом для того же выходного напряжения.Это может быть еще одним преимуществом использования данной конфигурации.

  Пиковое обратное напряжение на диодах равно пиковому вторичному напряжению V _sec , потому что в течение одного полупериода диоды D1 и D4 являются проводящими, а диоды D2 и D3 имеют обратное смещение.

  Двухполупериодный мостовой выпрямитель, показывающий обратное пиковое напряжение

  Предполагая идеальные диоды, на которых нет падения напряжения — хорошее предположение для этого объяснения. Используя это, можно увидеть, что точки A и B будут иметь такой же потенциал, как и точки C и D.Это означает, что пиковое напряжение от трансформатора появится на нагрузке. Такое же напряжение появляется на каждом непроводящем диоде.

Мостовые выпрямители — идеальный способ обеспечить выпрямленный выход на переменном входе. Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодный выпрямленный выход, что во многих случаях позволяет достичь лучшей производительности.

Мостовой выпрямитель с разделенным питанием

Для многих схем, таких как операционные усилители, могут потребоваться разделенные источники питания от линейного источника питания.Можно очень легко создать разделенное питание для этих и других приложений, используя двухполупериодный мостовой выпрямитель. Хотя он возвращается к использованию разделенного трансформатора, то есть с центральным ответвлением, может быть стоит получить импульсный или линейный источник питания с комбинацией как отрицательного, так и положительного источников питания с использованием мостового выпрямителя.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель с двойным питанием

Схема работает эффективно и рационально, поскольку обе половины входной волны используются в каждой секции вторичной обмотки трансформатора.

Мостовой выпрямитель с двойным питанием требует использования трансформатора с центральным ответвлением, но в любом случае часто требуется вторая обмотка для обеспечения двойного питания.

Схема двухполупериодного выпрямителя на основе диодного моста работает хорошо и используется в большинстве приложений двухполупериодного выпрямителя. Он использует обе половины формы волны в обмотке трансформатора и, как результат, снижает тепловые потери для данного уровня выходного тока по сравнению с другими решениями.Кроме того, это решение не требует трансформатора с центральным ответвлением (за исключением версии с двумя источниками питания), и в результате снижаются затраты.

Мостовой выпрямитель, вероятно, наиболее известен своим использованием в импульсных источниках питания и линейных источниках питания, но он также используется во многих других схемах.

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
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Как работает мостовой выпрямитель — шаг за шагом

Мостовые выпрямители

Что такое выпрямитель?

В электронной промышленности одним из наиболее популярных применений полупроводниковых диодов является преобразование сигнала переменного тока (AC) любой частоты, которая обычно составляет 60 или 50 Гц, в сигнал постоянного тока (DC). Этот сигнал постоянного тока может использоваться для питания электронных устройств, а не батарей.Схема, которая преобразует переменный ток в сигнал постоянного тока, обычно состоит из особого набора блокированных диодов и известна как выпрямитель. В схемах питания обычно используются два типа выпрямительных схем — полуволновые и двухполупериодные. Полупериодные выпрямители допускают только половину цикла, тогда как двухполупериодные выпрямители допускают прохождение как верхней, так и нижней половины цикла, преобразуя нижнюю половину в ту же полярность, что и верхняя. Это различие между ними показано на рисунке 1.

Рисунок 1: Разница между выходами полу- и двухполупериодных выпрямителей

Между двумя типами двухполупериодный выпрямитель более эффективен, поскольку он использует полный цикл входящей формы волны. Существует два типа двухполупериодных выпрямителей: двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением, для которого требуется трансформатор с центральным ответвлением, и мостовой выпрямитель, для которого не требуется трансформатор с центральным ответвлением. В этой статье будет обсуждаться мостовой выпрямитель, поскольку он является наиболее популярным и обычно поставляется в виде предварительно собранных модулей, что упрощает их использование.

В мостовых выпрямителях

используются четыре диода, которые грамотно расположены для преобразования напряжения питания переменного тока в напряжение питания постоянного тока. Выходной сигнал такой схемы всегда имеет одну и ту же полярность, независимо от полярности входного сигнала переменного тока. На рисунке 2 изображена схема мостового выпрямителя с блокированными диодами по мостовой схеме. Сигнал переменного тока подается на входные клеммы a и b, а выходной сигнал наблюдается через нагрузочный резистор R1.

Рисунок 2 Мостовой выпрямитель с нагрузочным резистором

Давайте посмотрим, как эта схема выпрямителя реагирует на сигнал переменного тока с изменением полярности в каждом цикле:

1. В первом положительном полупериоде сигнала переменного тока диоды D2 и D3 смещаются в прямом направлении и начинают проводить.В то же время диоды D1 и D4 будут иметь обратное смещение и не будут проводить. Ток будет протекать через нагрузочный резистор через два диода с прямым смещением. Напряжение на выходе будет положительным на клемме d и отрицательным на клемме c.
2. Теперь во время отрицательного полупериода сигнала переменного тока диоды D1 и D4 будут смещены в прямом направлении, а диоды D2 и D3 будут смещены в обратном направлении. Положительное напряжение появится на аноде D4, а отрицательное напряжение будет приложено к катоду D1.Здесь стоит отметить, что ток, протекающий через нагрузочный резистор, будет иметь то же направление, что и при положительном полупериоде. Следовательно, независимо от полярности входного сигнала полярность на выходе всегда будет одинаковой. Мы также можем сказать, что отрицательный полупериод сигнала переменного тока был инвертирован и проявляется как положительное напряжение на выходе.

Как конденсатор работает как фильтр?

Тем не менее, это выходное напряжение одной полярности не является чистым постоянным напряжением, поскольку оно пульсирующее, а не прямолинейное по своей природе.Эта проблема быстро решается подключением конденсатора параллельно нагрузочному резистору, как показано на рисунке 3. В этой новой конструкции положительный полупериод заряжает конденсатор через диоды D2 и D3. А во время отрицательного полупериода конденсатор перестанет заряжаться и начнет разряжаться через нагрузочный резистор.

Рисунок 3 Мостовой выпрямитель с нагрузочным резистором и фильтрующим конденсатором

Этот процесс известен как фильтрация, и конденсатор действует как фильтр.Конденсатор улучшил пульсирующий характер выходного напряжения, и теперь на нем будет только пульсация. Эта форма сигнала теперь намного ближе к форме чистого напряжения постоянного тока. Форму сигнала можно дополнительно улучшить, используя другие типы фильтров, такие как L-C-фильтр и круговой фильтр.

Типы мостовых выпрямителей

Только что обсужденный мостовой выпрямитель является однофазным, однако его также можно расширить до трехфазного выпрямителя. Эти два типа можно разделить на полностью управляемые, полууправляемые или неуправляемые мостовые выпрямители.Схема, которую мы только что обсуждали, является неконтролируемой, поскольку мы не можем контролировать смещение диода, но если все четыре диода заменить тиристором, его смещение можно контролировать, управляя его углом зажигания через его сигнал затвора. В результате получается полностью управляемый мостовой выпрямитель. В полууправляемом мостовом выпрямителе половина схемы содержит диоды, а другая половина — тиристоры.

Применение мостового выпрямителя

• Для подачи поляризованного и устойчивого постоянного напряжения при сварке.
• Внутренние блоки питания
• Зарядное устройство внутри аккумулятора
• Внутри ветряных турбин
• Для определения амплитуды модулирующих сигналов
• Для преобразования высокого переменного тока в низкое постоянное напряжение

Полнополупериодный мостовой выпрямитель (неуправляемый)

— рабочий, конструкция, с резистивной нагрузкой, с индуктивной нагрузкой

Как показано на данной схеме двухполупериодного мостового выпрямителя, он состоит из четырех диодов, при условии, что четыре диода соединены между собой. мостовая схема.Так из-за этого тип схемы получил название мостовой выпрямитель. В цепи, в которой появляется выпрямленное выходное напряжение, подключен резистор, который называется нагрузочным резистором R _L

. Отрицательный цикл пути тока мостового выпрямителя Положительный цикл пути тока мостового выпрямителя Форма выходного сигнала мостового выпрямителя

Работа мостового выпрямителя

Во время полупериода положительного входа клемма M вторичной обмотки является положительной, а N — отрицательной. Диод D ₁ и D ₃ становится смещенным вперед, тогда как D ₂ и D ₄ имеют обратное смещение.Следовательно, ток течет по точкам M, E, A, B, C, F и N, создавая падение на R _L .

Во время полупериода отрицательного входа вторичная клемма N становится положительной, а M отрицательной. Теперь D ₂ и D ₄ — это прямое смещение, а D ₁ и D ₃ — обратное смещение. Теперь ток течет по точкам N, E, A, B, C, F и M. Следовательно, мы обнаруживаем, что ток продолжает течь через сопротивление нагрузки R _L в том же направлении (A, B).в течение обоих полупериодов входного переменного тока точка A мостового выпрямителя всегда действует как анод, а точка C — как катод. Его частота вдвое больше, чем частота питания.

с резистивной нагрузкой

Двухполупериодное выпрямление также может быть получено с помощью мостового выпрямителя, подобного показанному на рисунке 1. В этом двухполупериодном мостовом выпрямителе используются четыре диода. Во время положительного полупериода напряжения источника (рис. 2 (а)) диоды D2 и D3 смещены в прямом направлении и поэтому могут быть заменены замкнутым переключателем.Ток нагрузки в течение этого периода проходит через D2 и нагрузку R, а затем через D3 и обратно к источнику. Это вызывает положительное падение

р. Рисунок 1: Двухполупериодная мостовая схема выпрямителя

На рисунке 2 (b) показана двухполупериодная мостовая схема во время отрицательного полупериода напряжения источника. Теперь диоды D1 и D4 смещены в прямом направлении и поэтому могут быть заменены замкнутыми переключателями. Путь тока нагрузки теперь проходит через D4, через R, а затем через D1 к источнику.Путь тока через R находится в том же направлении, что и раньше, поэтому есть положительное падение через R в течение обоих полупериодов. Таким образом, двухполупериодный мостовой выпрямитель заставляет ток нагрузки течь в течение обоих полупериодов. На рисунке 2 (c) показаны соответствующие формы сигналов.

Средние и среднеквадратичные значения напряжения и тока аналогичны значениям для двухполупериодного корпуса с центральным ответвлением. Однако форма волны напряжения на диоде на рисунке 3 показывает, что каждый диод должен выдерживать обратное напряжение, равное только V _m .

Рисунок 2: Двухполупериодный мостовой выпрямитель (a) Положительный полупериод (b) Отрицательный полупериод (c) Форма волны

Рейтинг PIV для диодов ≥ V _м

Поскольку существует два пути тока нагрузки, средний ток диода составляет лишь половину среднего тока нагрузки:

I _{D (средн.)} = I _{(средн.)} /2

Пример:

Двухполупериодный мостовой выпрямитель 5,7 поддерживается источником 120 В. Если сопротивление нагрузки 10.8 Ом, найти

1. Пиковое напряжение нагрузки
2. Напряжение постоянного тока на нагрузке
3. Постоянный ток нагрузки
4. Средний ток в каждом диоде
5. Средняя выходная мощность
6. Выпрямитель КПД
7. Коэффициент пульсации
8. Коэффициент мощности

Решение:

1. Пиковое напряжение нагрузки

   В _м = √ 2 В _RMS = (1,414) (120) = 170 В

2. Напряжение постоянного тока на нагрузке

   В _{o (средн.)} = 0.636 x 170 = 108 В

3. Постоянный ток нагрузки

   I _{o (средн.)} = 108 / 10,8 = 10 A

4. Средний ток в каждом диоде, поскольку диоды несут альтернативный полупериод тока нагрузки

   I _{D (средн.)} = I _{o (средн.)} /2 = 10/2 = 5 A

5. Средняя выходная мощность

   P _{o (средн.)} = V _{o (средн.)} x I _{o (сред.)} = 108 x 10 = 1080 Вт

6. КПД выпрямителя

   η = 8 / π ² _{= 0.81 или 81%}

7. Коэффициент пульсации

8. Коэффициент мощности

   PF = P / S = (V _{o (средн.)} x I _{o (avg)} ) / (V _RMS x I _RMS ) = (108 x 10) / (120 x 10) = 0,9

С индуктивной (RL) нагрузкой

Добавление индуктивности последовательно с сопротивлением нагрузки изменяет форму волны напряжения и тока. На рисунке 3 показан мостовой выпрямитель с индуктивной нагрузкой. Предположим, что индуктивность L приблизительно равна R.ток нагрузки больше не состоит из полусинусоидальных волн, но средний ток остается таким же, как определено уравнением

I _{o (средн.)} = 2l _м / π = 2V _м / πR

Линейный ток переменного тока больше не является синусоидальным, а представляет собой примерно прямоугольную форму волны. На рис. 4 показаны кривые напряжения и тока.

Рисунок 3: Двухполупериодный мостовой выпрямитель с индуктивной нагрузкой

Если мы увеличим индуктивность нагрузки до тех пор, пока она не станет намного больше, чем R, пульсации на нагрузке станут небольшими.Если мы предположим, что индуктивность нагрузки бесконечна, ток нагрузки станет постоянным, и поведение схемы будет таким, как показано формами волны на рисунке 4 (b). Диоды D ₂ и D ₃ проводят постоянный ток нагрузки в положительном полупериоде, а диоды D ₁ и D ₄ делают то же самое в отрицательном полупериоде.

Источник тока определяется выражением:

i _s = i ₃ — i ₁ = i ₂ — i ₄

, хотя и не синусоидальный, ток источника переменного тока представляет собой переменную форму волны прямоугольной формы.Нагрузка всегда подключена к источнику, но в чередующихся полупериодах подключение меняется на противоположное.

Выходное напряжение (В _o ) представляет собой двухполупериодный выпрямленный сигнал. Его среднее значение можно определить из

.

V _{o (средн.)} = V _{L (сред.)} + V _{R (сред.)}

Рисунок 4: Двухполупериодный мостовой выпрямитель с индуктивной нагрузкой (a) Формы сигнала для (L = R) (b) Форма сигнала для (L >> R)

Где V _R — напряжение на резисторе, а V _L — индуцированное напряжение на индуктивности.В периодической эксплуатации V _{L (средн.)} . среднее напряжение на катушке индуктивности должно быть равно нулю. Следовательно,

В _{R (средн.)} = V _{o (средн.)} = (2 V _м ) / π

= 0,636 В _м

Среднее напряжение нагрузки такое же, как и для резистивного случая. Средний ток нагрузки можно определить из

I _{o (средн.)} = V _{R (средн.)} / R

= 0.636 (V _м / R)

Поскольку ток нагрузки теперь практически постоянен, его среднеквадратичное, максимальное и среднее значения совпадают.

I _RMS = I _{o (средн.)}

Поскольку диоды в мосту проводят чередующиеся полупериоды, средний ток в каждом диоде составляет

.

I _{D (средн.)} = I _{o (средн.)} /2

А среднеквадратичный ток в каждом диоде

I _{D (RMS)} = I _{o (средн.)} / √ 2

Пример:

Двухполупериодный мостовой выпрямитель с нагрузкой RL подключен к источнику 120 В, сопротивление нагрузки 10 Ом и L >> R, найдите

1. Среднее напряжение нагрузки
2. Средний ток нагрузки
3. Максимальный ток нагрузки
4. Действующее значение тока нагрузки
5. Средний ток в каждом диоде
6. Среднеквадратичное значение тока в каждом диоде
7. Мощность, подводимая к нагрузке

Решение:

Пиковое напряжение нагрузки

В _м = √ 2 В _RMS = (1.414) (120) = 170 В

1. Среднее напряжение нагрузки

   В _{o (средн.)} = 0,636 x 170 = 108 В

2. Средний ток нагрузки

   В _{o (средн.)} / R = 108/10 = 10,8 A

3. Максимальный ток нагрузки = средний ток нагрузки = 10,8 А
4. Действующее значение тока нагрузки = средний ток нагрузки = 10,8 А
5. Средний ток в каждом диоде

   I _{D (средн.)} = I _{o (средн.)} /2 = 10.8/2 = 10,8 / 2 = 5,4 А

6. RMS ток в каждом диоде

   I _{D (RMS)} = I _{o (средн.)} / √ 2 = 10,8 / √ 2 = 7,6 A

7. Мощность, подаваемая на нагрузку

   I ² _RMS R = 10,8 ² x 10 = 1167 Вт

Схема работы и применения полнополупериодного выпрямителя

Объедините творчество и создайте схему, как в реальной жизни.Расширьте свои навыки проектирования схем с помощью виртуальной лаборатории уже сегодня!

Схема полноволнового мостового выпрямителя

В целом выпрямители классифицируются как полноволновые выпрямители и полуволновые выпрямители. Другие полноволновые выпрямители имеют две конструкции: полноволновые мостовые выпрямители и полнополупериодные выпрямители с центральным ответвлением.

Схема полноволнового мостового выпрямителя представляет собой комбинацию четырех диодов, соединенных в форме ромба или моста, как показано на схеме.

Однако

Схема двухполупериодного выпрямителя действительно преобразует переменное напряжение в постоянное.

Но характер импульса остается неизменным в преобразованном / выпрямленном постоянном напряжении в виде пульсаций полуимпульса, как показано на диаграмме ниже.

Чтобы получить среднее значение положительных импульсов в полученном постоянном напряжении, мы должны использовать схему фильтра или конденсатор, который уменьшает отталкивание и приближает нашу форму волны постоянного напряжения к прямой.

Примечание: Полное отключение импульса от пульсирующего постоянного напряжения практически невозможно.

Двухполупериодную схему выпрямителя можно увидеть в большом количестве приложений, от зарядных устройств для мобильных ноутбуков до источников питания для различного оборудования.

Схема полноволнового мостового выпрямителя

Компоненты схемы полноволнового мостового выпрямителя

Работа схемы полноволнового мостового выпрямителя

Эта схема мостового выпрямителя работает по простому механизму.

• Понижающий трансформатор используется для понижения или уменьшения высокого напряжения переменного тока до низкого напряжения переменного тока.
• Вторичная обмотка трансформатора подключена к противоположным точкам моста в виде диодов. Вторичный выход трансформатора подключен к точке, где находятся как анод, так и катод диода.
• Все четыре диода соединены таким образом, что образуют проход, пропускающий только одну сторону переменного напряжения или импульса, и преобразует его отрицательную часть в положительное напряжение или импульс.
• Выходное напряжение постоянного тока схемы мостового выпрямителя получается из точек, где оба диода соединены либо анодом, либо катодом. Анод становится положительной частью, а катод становится отрицательной частью выходного напряжения постоянного тока
• Выходное напряжение мостового выпрямителя не является постоянным / прямым напряжением постоянного тока, но имеет импульс, который затем уменьшается с помощью электролитический конденсатор, который действует как фильтр для пульсирующего постоянного напряжения.
• Эффективность мостового выпрямителя зависит от того, какое минимальное количество импульсов после фильтра применяется к пульсирующему выходу.
• Схема двухполупериодного мостового выпрямителя завершена, поскольку конденсатор или фильтр применяется для уменьшения импульса, а затем напряжение используется для различных целей.

Объяснение теории цепи полноволнового мостового выпрямителя

Работа двухполупериодной схемы мостового выпрямителя делится на два цикла, которые затем фильтруются, чтобы уменьшить импульс или отталкивание постоянного напряжения.

Два цикла двухполупериодного мостового выпрямителя классифицируются ниже:

1. Первый полупериод
2. Второй полупериод

Характеристики полноволнового мостового выпрямителя

Первый полупериод

• Выходное напряжение вторичной обмотки трансформатора находится в первой половине волны, которая является положительной стороной переменного напряжения.
• В этом состоянии два из противоположных подключенных диодов будут иметь прямое смещение, и ток будет протекать. Два других противоположных диода, подключенных в схему, будут иметь обратное смещение, поэтому ток не будет проходить через них.
• Во время этого цикла первая половина переменного напряжения получается как половина положительного импульса нашего желаемого постоянного напряжения.
• До первого полупериода путь тока остается от анода первого смещенного в прямом направлении диода до катода другого.
• Когда выходное напряжение трансформатора падает до нуля, первый полупериод схемы мостового выпрямителя завершается.

Второй полупериод

• Второй полупериод работает как противоположность первому полуциклу.
• Во втором полупериоде выходного переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора противоположные диоды находятся в прямом смещении (кроме диодов, которые находятся в прямом смещении в первом полупериоде).
• Во втором полупериоде отрицательная часть переменного напряжения протекает через диоды с прямым смещением, оставляя остальные два в обратном смещении, которое было смещено в прямом направлении в первом полупериоде.
• Во время второго полупериода путь прохождения тока становится от анода первого смещенного в прямом направлении диода к катоду другого, который в конечном итоге следует тому же направлению тока, что и в первом полупериоде.
• Во время этого цикла вторая половина, которая является отрицательной частью переменного напряжения, получается как другая половина положительного импульса нашего желаемого постоянного напряжения.

Два цикла, которые являются первым и вторым полупериодом, объединяются и становятся постоянным напряжением.

Однако

Генерируемое напряжение постоянного тока имеет свойство пульсации или пульсации, что делает его менее полезным, когда дело доходит до использования его в качестве надлежащего источника питания в различных приложениях.

Остатки импульса или пульсации на выходе постоянного тока двухполупериодного мостового выпрямительного моста затем выпрямляются с помощью конденсатора.

После использования конденсатора пульсация уменьшается, уменьшение пульсации зависит от номинала конденсатора (в основном в мкФ), используемого для фильтрации постоянного напряжения.

Получается пиковое напряжение и генерируется выходное напряжение.

Применение схемы полноволнового мостового выпрямителя

Полноволновой мостовой выпрямитель
• используется для определения амплитуды модулирующего радиосигнала.
• Мостовые выпрямительные схемы также используются для подачи постоянного и поляризованного постоянного напряжения при электросварке.
• Цепи мостового выпрямителя широко используются в источниках питания для различных устройств, поскольку они способны преобразовывать высокое переменное напряжение в низкое постоянное напряжение.
• Двухполупериодные выпрямители также используются для питания устройств, работающих от постоянного напряжения, таких как двигатель и светодиоды.

Эта схема двухполупериодного мостового выпрямителя используется чаще, чем другие схемы выпрямителя, из-за ее огромного количества преимуществ перед другими.

Также см. Принцип и применение моста Уитстона

Объедините творчество и создайте схему, как в реальной жизни.