Расчет диодного моста для выпрямителя: Диодный мост и двухполупериодный выпрямитель.

Содержание

Диодный мост и двухполупериодный выпрямитель.

В одной из недавних статей мы разбирались с устройством и принципом работы однополупериодного выпрямителя, так вот, сегодня продолжим эту тему. И перейдем, как и собирались, к более сложной схеме выпрямителя, и в то же время самой популярной. Речь идет, конечно же, о двухполупериодном выпрямителе, сердцем которого является диодный мост.

Диодный мост — это электронное устройство, которое как раз и предназначено для решения задачи выпрямления тока. Изобретателем этой схемы является немецкий физик Лео Гретц, поэтому также можно встретить название мост Гретца, что весьма логично.

Базовый диодный мост состоит из 4-х диодов, соединенных следующим образом:

Но зачастую на принципиальных схемах можно встретить упрощенное обозначение:

Собственно, давайте рассмотрим непосредственно схему двухполупериодного выпрямителя:

Здесь также возможны некоторые вариации, например:

Несмотря на разное изображение, электрическое подключение остается неизменным, и все-таки первый вариант используется значительно чаще, так что и мы будем придерживаться именно его. Резистор R_н в данном примере играет роль полезной нагрузки. Как и при разборе однополупериодного выпрямителя рассмотрим случай с синусоидальным напряжением на входе:

В случае положительного полупериода сигнала (U_{вх} \gt 0), ток будет протекать через диоды D1 и D3. Давайте рассмотрим путь тока более наглядно:

А на отрицательном полупериоде, напротив, диоды D1 и D3 будут закрыты, а протекание тока обеспечат D2 и D4:

В обоих случаях ток через нагрузку будет течь в одном и том же направлении, от точки, помеченной знаком «+» на схеме, к точке «-«. А именно для этого мы и используем выпрямитель

— чтобы ток через нагрузку протекал только в одном направлении, и в результате выходной сигнал имеет такой вид:

Сразу же очевидно отличие от однополупериодной схемы, когда сигнал на выходе был только на протяжении одного полупериода. В данном же случае, ток через нагрузку течет как на положительном, так и на отрицательном полупериоде, поэтому схема и называется двухполупериодной.

Но! Также как и в случае с однополупериодным выпрямителем на выходе мы получаем пульсирующий ток, а не строго постоянный. Поэтому необходимо использовать сглаживающий фильтр, который в самом простом варианте может состоять из одного конденсатора:

Емкость должна быть такой, чтобы конденсатор не успевал быстро разрядиться. Итак, добавляем конденсатор в схему выпрямителя и проверяем напряжение на нагрузке:

Совсем другое дело 👍

Существуют специальные

диодные сборки, которые представляют из себя четыре одинаковых по характеристикам диода, соединенные по мостовой схеме, помещенные в один корпус. Соответственно, такая сборка имеет четыре вывода, все в точности как на нашей схеме. Выводы, предназначенные для подключения переменного тока (входного сигнала) могут обозначаться символом «~» или буквами AC, традиционными для переменного тока. Выводы же, к которым подключается нагрузка, обозначаются «+» и «-«. Но все это, конечно, индивидуально и зависит от использующегося устройства.

Несколько примеров диодных мостов в сборке:

И по традиции, в завершение статьи, резюмируем плюсы и минусы двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однополупериодным:

  • В первую очередь, поскольку здесь используются уже оба полупериода сигнала, то, естественно, КПД схемы больше.
  • Кроме того, пульсирующее напряжение на выходе имеет в 2 раза большую частоту, а такие пульсации сгладить проще.

Но, как и всегда, есть и свои недостатки:

  • Во-первых, это двойное падение напряжения. Поскольку при прохождении тока через диод на самом диоде падает напряжение, то в данном случае оно удвоено, поскольку ток в итоге проходит через два диода. Именно поэтому в схеме двухполупериодного выпрямителя часто отдают предпочтение диодам Шоттки, имеющим пониженное падение напряжения.
  • И второй недостаток, имеющий скорее практический смысл. Если один из диодов диодного моста выйдет из строя, то схема просто превратится в однополупериодный выпрямитель, но работать не перестанет. То есть получается, что возникшую проблему можно будет и не заметить сразу.

И вот на этом точно заканчиваем на сегодня ) Всем спасибо за внимание, любые вопросы можно задавать на нашем форуме, в группе ВКонтакте или в комментариях к статье 🤝

Устройство и работа выпрямительного диода. Диодный мост

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомиться с полупроводниковыми диодами. В предыдущей части статьи мы с Вами разобрались с принципом работы диода, рассмотрели его вольт-амперную характеристику и выяснили, что такое пробой p-n перехода.
В этой части мы рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов.

Выпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Однако, это далеко не полная область применения выпрямительных диодов: они широко используются в цепях управления и коммутации, в схемах умножения напряжения, во всех сильноточных цепях, где не предъявляется жестких требований к временным и частотным параметрам электрического сигнала.

Общие характеристики выпрямительных диодов.

В зависимости от значения максимально допустимого прямого тока выпрямительные диоды разделяются на диоды малой, средней и большой мощности:

малой мощности рассчитаны для выпрямления прямого тока до 300mA;
средней мощности – от 300mA до 10А;
большой мощности — более 10А.

По типу применяемого материала они делятся на германиевые и кремниевые, но, на сегодняшний день наибольшее применение получили кремниевые выпрямительные диоды ввиду своих физических свойств.

Кремниевые диоды, по сравнению с германиевыми, имеют во много раз меньшие обратные токи при одинаковом напряжении, что позволяет получать диоды с очень высокой величиной допустимого обратного напряжения, которое может достигать 1000 – 1500В, тогда как у германиевых диодов оно находится в пределах 100 – 400В.

Работоспособность кремниевых диодов сохраняется при температурах от -60 до +(125 — 150)º С, а германиевых – лишь от -60 до +(70 – 85)º С.

Это связано с тем, что при температурах выше 85º С образование электронно-дырочных пар становится столь значительным, что происходит резкое увеличение обратного тока и эффективность работы выпрямителя падает.

Технология изготовления и конструкция выпрямительных диодов.

Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными.

Технология изготовления таких диодов заключается в следующем:
на поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием

электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором. Пример выпрямительных диодов германиевого (малой мощности) и кремниевого (средней мощности) показан на рисунке ниже.

Кристаллы кремния или германия (3) с p-n переходом (4) припаиваются к кристаллодержателю (2), являющемуся одновременно основанием корпуса. К кристаллодержателю приваривается корпус (7) со стеклянным изолятором (6), через который проходит вывод одного из электродов (5).

Маломощные диоды, обладающие относительно малыми габаритами и весом, имеют гибкие выводы (1) с помощью которых они монтируются в схемах.
У диодов средней мощности и мощных, рассчитанных на значительные токи, выводы (1) значительно мощнее. Нижняя часть таких диодов представляет собой массивное теплоотводящее основание с винтом и плоской внешней поверхностью, предназначенное для обеспечения надежного теплового контакта с внешним теплоотводом (радиатором).

Электрические параметры выпрямительных диодов.

У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;
Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
Рабочая частота, кГц;
Рабочая температура, С.

Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде.

Разберем схему работы простейшего выпрямителя, которая изображена на рисунке:

На вход выпрямителя подадим сетевое переменное

напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD).

При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

При отрицательных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод закрывается, и во всей цепи будет протекать незначительный обратный ток диода (Iобр). Здесь, диод как бы отсекает отрицательную полуволну переменного тока (на правом графике такая полуволна показана синей пунктирной линией).

В итоге получается, что через нагрузку (), подключенную к сети через диод (VD), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока.

Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.
Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным.

Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости.

Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор () во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке () будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель потому, что они будут «фонить», так как уровень пульсаций (Uпульс) пока еще очень ощутим.
В выпрямителе, с работой которого мы познакомились, полезно используется энергия только половины волн переменного тока, поэтому на нем теряется больше половины входного напряжения и потому такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным, а выпрямители – однополупериодными выпрямителями. Эти недостатки устранены в выпрямителях с использованием диодного моста.

Диодный мост.

Диодный мост – это небольшая схема, составленная из 4-х диодов и предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, состоящего из одного диода и пропускающего ток только во время положительного полупериода, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение каждого полупериода. Диодные мосты изготавливают в виде небольших сборок заключенных в пластмассовый корпус.

Из корпуса сборки выходят четыре вывода напротив которых расположены знаки «+», «» или «~», указывающие, где у моста вход, а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, их также собирают включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

Например. Вышел из строя один из диодов моста, если будет стоять сборка, то ее смело выкидываем, а если мост будет собран из четырех диодов прямо на плате — меняем неисправный диод и все готово.

На принципиальных схемах диодный мост обозначают включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части нижнего рисунка: здесь, диоды являются как бы плечами выпрямительного моста.
Такое графическое обозначение моста можно встретить еще в старых журналах по радиотехнике. Однако, на сегодняшний день, в основном, диодный мост обозначают в виде ромба, внутри которого расположен значок диода, указывающий только на полярность выходного напряжения.

Теперь рассмотрим работу диодного моста на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, с использованием четырех диодов, во время каждой полуволны работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение поступает на вход диодного моста. Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки возникает положительный полупериод напряжения, ток идет через диод VD3, нагрузку , диод VD2 и к нижнему выводу вторичной обмотки (см. график а). Диоды VD1 и VD4 в этот момент закрыты и через них ток не идет.

В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем (по схеме) выводе вторичной обмотки, ток идет через диод VD4, нагрузку , диод VD1 и к верхнему выводу вторичной обмотки (см. график б). В этот момент диоды VD2 и VD3 закрыты и ток через себя не пропускают.

В результате мы видим, что меняются знаки напряжения на вторичной обмотке трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (см. график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

И в заключении отметим, что работа двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однопериодным получается намного эффективней:

1. Удвоилась частота пульсаций выпрямленного тока;
2. Уменьшились провалы между импульсами, что облегчило задачу сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя;
3. Среднее значение напряжения постоянного тока примерно равно переменному напряжению, действующему во вторичной обмотке трансформатора.

А если такой выпрямитель дополнить фильтрующим электролитическим конденсатором, то им уже смело можно запитывать радиолюбительскую конструкцию.

Ну вот, мы с Вами практически и закончили изучать диоды. Конечно, в этих статьях дано далеко не все, а только основные понятия, но этих знаний Вам уже будет достаточно, чтобы собрать свою радиолюбительскую конструкцию для дома, в которой используются полупроводниковые диоды.

А в качестве дополнительной информации посмотрите видеоролик, в котором рассказывается, как проверить диодный мост мультиметром.

Удачи!

Источник:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н., Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.
3. Пасынков В.В., Чиркин Л.К — Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» — 4-е изд. перераб. и доп. 1987г.

Диоды выпрямительные, выпрямительный мост кц405, замена диодного моста


Выпрямительные диоды используются в блоках питания для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Этот процесс называется выпрямлением, а участок схемы, где происходит выпрямление, называется выпрямителем. Они так же могут использоваться и в других частях схемы, где необходимо пропустить большой ток через диод.

Все выпрямительные диоды сделаны, как правило, из кремния и поэтому имеют падение напряжения в районе 0. 7 В. В таблице показаны максимальный ток и максимальное обратное напряжение для некоторых популярных импортных выпрямительных диодов. Диод 1N4001 является подходящим для большинства низковольтных электрических схем с током до 1 А.

Выпрямительный мост

Диодный мост кц405

Выпрямительный мост — один из способов соединить диоды для того, чтобы сделать выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный. Такие мосты существуют и в отдельных корпусах, в которых содержится 4 диода, соединённые в выпрямительный мост. Эти мосты имеют свои ограничения по максимальному току и напряжению, как и любой отдельный диод. Они имеют 4 вывода: два из которых для подключения переменного напряжения, обозначенные знаком ; и два вывода для выхода постоянного тока, обозначенные знаками + и . На фото слева показан такой отечественный диодный мост кц405

Замена диодного моста

Замена диодного моста может понадобиться при выходе его из строя. Бывает так, что нет возможности найти такой же мост. Тогда такой мост можно спаять из отдельных диодов. При замене диодного моста надо знать его характеристики: напряжение диодного моста и ток. При самостоятельном спаивании диодов в мост расчёт максимального тока и напряжения производится из расчёта двух, последовательно соединённых диодов. К примеру, пусть каждый диод выдерживает ток в 1 ампер и обратное напряжение в 100 В. Таким образом можно сказать, что мост будет рассчитан на ток в 1 ампер и максимальное обратное напряжение 200 вольт.

На рисунке показано, как работает такой мост. Обратите внимание, как альтернативные пары диодов по очереди проводят ток. Т.е. ток всегда течёт через два диода, а на другие два в этот момент воздействует обратное напряжение.


Двухполупериодный мостовой выпрямитель. Принцип действия, схема, расчет

Существует еще одна, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе конфигурации с четырьмя диодами. Такая конструкция известна как двухполупериодный мостовой выпрямитель или просто мостовой выпрямитель.

Преимущество этого типа выпрямителя по сравнению с версией выпрямителя с центральным отводом заключается в том, что для него не требуется сетевой трансформатор с центральным отводом во вторичной обмотке, что резко снижает его размер и стоимость.

Также эта конструкция использует полностью все вторичное напряжение в качестве входного. Используя тот же трансформатор, мы получаем вдвое больше пикового напряжения и вдвое больше постоянного напряжения с мостовым выпрямителем, чем с двухполупериодным выпрямителем с центральным отводом. Именно поэтому мостовые выпрямители используются гораздо чаще, чем двухполупериодные со средней точкой.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Чтобы выпрямить оба полупериода синусоидальной волны, как мы уже говорили ранее, в мостовом выпрямителе используются четыре диода, соединенных вместе в конфигурации «моста». Вторичная обмотка трансформатора подключена с одной стороны диодного моста, а нагрузка — с другой.

На следующем рисунке показана схема мостового выпрямителя.

Во время положительного полупериода переменного напряжения диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, в то время как диоды D3 и D4 смещены в обратном направлении. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе (обратите внимание на плюс-минус полярности на нагрузочном резисторе).

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

Обратите внимание, что независимо от полярности напряжения на входе, полярность на нагрузке постоянная, а ток в нагрузке течет в одном направлении. Таким образом, схема преобразует входное переменное напряжение в пульсирующее постоянное напряжение.

Если вам трудно запомнить правильное расположение диодов 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 напряжение выходного сигнала

Здесь формула для расчета среднего значения напряжения такая же, как и для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой:

Это уравнение говорит нам, что значение постоянного напряжения составляет около 63,6 процента от пикового значения. Например, если пиковое переменное напряжение составляет 10 В, то постоянное напряжение будет 6,36 В.

Когда вы измеряете напряжение на выходе мостового выпрямителя с помощью вольтметра, показание будет равно среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное  напряжение на нагрузочном резисторе. Из-за потенциального барьера, диоды не включаются, пока источник напряжение не достигнет около 0,7 В.

И поскольку в мостовом выпрямителе работают по два диода за раз, то падение напряжения составит 0,7 x 2 = 1,4 В. Таким образом, пиковое выходное напряжение определяется следующим образом:

Выходная частота

Полноволновой выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у такого выпрямителя на выходе в два раза больше циклов, чем на входе. Поэтому частота полноволнового сигнала в два раза превышает входную частоту.

Например, если частота на входе составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Фильтрация постоянного напряжения

Сигнал на выходе, который мы получаем от двухполупериодного мостового выпрямителя, является по сути пульсирующим постоянным напряжением, которое вырастает до максимума, а затем снижается до нуля.

Для того чтобы избавиться от пульсаций, нам необходимо отфильтровать двухволновой сигнал. Один из способов сделать это — подключить сглаживающий конденсатор.

Первоначально конденсатор разряжен. На протяжении первой четверти цикла диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении и из-за этого сглаживающий конденсатор начинает заряжаться. Процесс заряда длится до тех пор, пока напряжение с мостового выпрямителя не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как напряжение с выпрямителя достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только напряжение снизиться ниже Vp соответствующая пара диодов (D1 и D2) не будет проводить.

Когда диоды выключены, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, конденсатор заряжается уже через диоды D3 и D4  до пикового значения.

Недостатки мостового выпрямителя

Единственным недостатком мостового выпрямителя является то, что выходное напряжение меньше, чем входное напряжение на 1,4 В, в результате падения на двух диодах.

Этот недостаток ощутим только в источниках питания с очень низким напряжением. Например, если пиковое напряжение источника составляет всего 5 В, то  напряжение нагрузки будет иметь только 3,6 В.

Но если пиковое напряжение источника составляет 100 В, напряжение нагрузки будет близко к идеальному двухполупериодному напряжению и влияние падения на диодах будет не значительным.

Правильный выпрямитель — AudioKiller’s site

Блок питания — важнейшая часть усилителя. Усилитель работает так: он передает энергию из источника питания в нагрузку. Если источник питания работает плохо, то никакой усилитель не поможет получить в нагрузке то, что нужно. Для питания усилителей широко используется двуполярный источник, выдающий относительно «земли» два одинаковых напряжения разной полярности. Чтобы получить такой источник питания, нужен трансформатор с двумя вторичными обмотками (или с одной, имеющей вывод от середины), соответствующий выпрямитель и фильтр из двух конденсаторов.

Можно конденсаторов и больше, но два – это минимум. Но вот как быть с выпрямителем? На самом деле возможны две схемы выпрямителей. Одна содержит два диодных моста, вторая – только один (рис. 1).

Рис.1. Два варианта схем двуполярных выпрямителей.

Существует мнение, активно поддерживаемое на аудиофильских интернет-форумах, что левая схема, которая содержит два моста, гораздо лучше схемы с одним мостом. Но вот почему? Те объяснения, которые приводятся, весьма скудны, невнятны и противоречивы. После длительных расспросов мне все же удалось выяснить причину. Она такова (в моем пересказе): в каждом усилителе живет Дух Аудио, и диодный мост – своего рода жертва, дань этому духу. Если моста два, то дань Духу Аудио в два раза больше. За это Дух отблагодарит вас, улучшив звучание. Если вам показалось, что я издеваюсь – таки да, но совсем немного. Просто все объяснения почему-то именно к этому и сводились. Попытки же научного объяснения были настолько жалкими, что я их так и не смог понять. Если кто-то может объяснить с точки зрения науки и техники, почему два моста лучше одного – я с удовольствием послушаю. И подискутирую. А пока я представлю вам свое вИдение этой проблемы. Научное и техническое.

Звучание устройства определяется тем, как работает это устройство и все его составляющие компоненты. Причем не только в общем и целом, но и в деталях. Поэтому если мы добъемся от источника питания наилучшей работы и в целом, и в мелочах, то значит сделаем все для обеспечения хорошего звука усилителя. И все улучшения звука (конечно, если это вам не показалось, что стало звучать лучше, самовнушение — очень коварная штука) происходят от улучшения технических характеристик (то есть работы) узлов аппаратуры, а не по непонятному правилу типа «так надо для хорошего звука».

Итак, в чем разница между схемами.

1. Два моста больше по габаритам, имеют двойной нагрев (это я докажу ниже), и вдвое дороже. То есть, по этому признаку два моста хуже одного.

2. Для одного моста можно использовать любой трансформатор – как с раздельными обмотками, так и с выводом от средней точки. А для двух мостов только трансформатор с двумя отдельными обмотками. То есть, для выпрямителя с двумя мостами подойдет не всякий трансформатор. Схема менее универсальна, запишем ей минус.

3. В схеме с двумя мостами каждая обмотка трансформатора работает на свой выпрямитель, который в свою очередь работает на свое плечо питания усилителя. Т.е. одно плечо усилителя питается от одной вторичной обмотки трансформатора, другое – от другой. В схеме с одним мостом каждое плечо усилителя питается от каждой из вторичных обмоток трансформатора по очереди. Это мы увидим наглядно. Тогда и решим, что лучше. А пока пусть это побудет загадкой.

4. Рассмотрим, как протекают токи через выпрямители. На рис. 2 показано протекание тока через выпрямитель с двумя мостами. На рис. 3 – протекание тока через выпрямитель с одним мостом.

Рис. 2 Протекание тока через выпрямитель с двумя мостами. Рис. 3. Протекание тока через выпрямитель с одним мостом.

Обратите внимание, что в выпрямителе с двумя мостами, ток каждого плеча всегда протекает последовательно через два диода. А в выпрямителе с одним мостом – только через один диод. Следовательно, падение напряжения на диодах выпрямителя в схеме с двумя мостами в два раза выше. И до усилителя доходит напряжения немного меньше. Вы можете сказать: «Подумаешь, какая мелочь!» Не так, чтобы и мелочь – именно из этого напряжения получается напряжение на выходе усилителя. Раз напряжение питания уменьшилось, то и на нагрузке максимально возможное напряжение тоже уменьшится. Значит, уменьшится и максимальная выходная мощность. Насколько? А давайте рассмотрим насколько.

Для большей наглядности рассмотрим пример. Допустим, трансформатор выдает в каждой из обмоток под нагрузкой 30 вольт. Прямое падение напряжения на диоде 1,2 вольта. Почему такое большое? Потому, что падение напряжения на np-переходе при большом токе складывается с падением напряжения на внутреннем сопротивлении диода. Такое прямое напряжение падает практически на любом кремниевом диоде при прямом токе 3 ампера и больше. Это соответствует току усилителя, равному 1 ампер – ведь ток через усилитель непрерывен, а ток через диод протекает короткими импульсами большой амплитуды. Допустим, минимальное остаточное напряжение на выходных транзисторах составляет 4 вольта. Сопротивление нагрузки 4 ома.

Считаем для амплитудных значений напряжения.

Два моста.

Максимальное напряжение на нагрузке:

Максимальная выходная мощность:

Множитель 2 в знаменателе последней формулы учитывает, что мы пользуемся амплитудными значениями напряжения, а не действующими.

Один мост.

Максимальное напряжение на нагрузке:

Максимальная выходная мощность:

Разница в целых 7 Вт, или в 10%. И как раз этих семи ватт максимальной выходной мощности вам может не хватить, и начнется клиппинг!

Покупая и ставя в схему два моста, вы должны будете заплатить дороже за то, чтобы получить выходную мощность на 7 Вт ниже!

5. Говорят, что схема с двумя мостами менее подвержена подмагничиванию трансформатора постоянным током при воспроизведении усилителем сигнала частотой 25 Гц. Это не так. Подмагничивание происходит при потреблении от вторичной обмотки вообще тока с частотой 25 Гц. Т.е. две вторичные обмотки в этом случае работают как одна, независимо от схемы выпрямителя. Главное, что они транслируют свой ток в первичную обмотку, в которй все и происходит.

Так что у нас целых четыре причины, почему выпрямитель с одним мостом лучше, чем с двумя. И ни одной, показывающей преимущества выпрямителя с двумя мостами.

Ах да! Я же не доказал, что два моста греются вдвое больше, чем один. Посмотрите на рисунки 2 и 3. Ток усилителя проходит через два диода в каждом из мостов. А токи обоих плеч усилителя в среднем одинаковы (за довольно длительное время, определяющее нагрев – секунды и десятки секунд). В одном случае ток проходит через один мост, а в другом точно такой же ток проходит через два моста. Нагрев вызывается током. Два моста – в два раза больший нагрев, каждый мост греется одинаково, что в схеме с одним мостом, что в схеме с двумя. Поэтому два моста дают вдвое больше тепла, чем один.

Теперь вернемся к загадке в пункте 3. Есть ли разница в том, если каждое плечо усилителя от своей собственной обмотки трансформатора, или если каждая из вторичных обмоток работает на оба плеча усилителя поочередно. Тут такое дело… Вторичные обмотки трансформатора не всегда одинаковы. Даже если их числа витков равны. У броневого и тороидального трансформатора обмотки наматываются одна поверх другой. У той, что сверху средний диаметр витка больше, чем у той, что снизу. Отсюда разные сопротивления и разные потери напряжения при протекании тока. И разные поля рассеяния (значит, их напряжения на холостом ходу могут отличаться). Вот у меня на столе лежит высококачественный тороидальный трансформатор 2х28 вольт 75 ВА. Сопротивления его вторичных обмоток 0,7 Ом и 0,75 Ом. На самом деле это мелочи, и реальная разность напряжений на обмотках очень небольшая. Но она бывает. В этом моем трансформаторе 28,6 вольт и 28,65 вольт под нагрузкой. Если напряжения вторичных обмоток не различаются – то все отлично. А если различие все же есть? А оно вполне возможно. Тогда напряжения питания, поступающие на каждое из плеч усилителя, будут выглядеть так, как на рисунке 4.

Рис. 4. Напряжения на выходе выпрямителя при разных значениях напряжений вторичных обмоток трансформатора.

Если выпрямительных моста два, то каждое плечо выпрямителя (и усилителя) питается от своей обмотки. Своим напряжением. И в одном плече напряжение получается больше, в другом меньше. Максимальная выходная мощность будет определяться наименьшим напряжением! Допустим, напряжение положительного плеча в нашем примере меньше, чем отрицательного на 0,2 вольт. Итак, напряжение, создаваемое одной из обмоток не 30 вольт, а 29,8 вольт. Считаем.

Максимальное напряжение на нагрузке:

Максимальная выходная мощность:

Потеряли целый ватт. Мелочь, конечно. Но ведь жалко! А если разница напряжений будет больше? Мало ли какой трансформатор вам удалось приобрести! А в самодельном трансформаторе все может быть еще хуже.

Для одного моста картина совершенно другая. Там на каждое плечо нагрузки работает каждая из обмоток поочередно. Максимальное напряжение в каждом плече получается равно наибольшему из напряжений обмоток. Это же здорово – получить все по максимуму! Явное преимущество перед схемой с двумя мостами. Расплатой за это будет наличие в выпрямленном напряжении пульсаций с частотой 50 Гц, тогда как двухмостовой выпрямитель дает пульсации только с частотой 100 Гц. Пульсации с частотой 50 Гц фильтруются хуже. Есть ли в этом недостаток? Нет! У нас целых две причины не бояться этих более низкочастотных пульсаций:

1. Амплитуда этих пульсаций очень мала и равна разности напряжений вторичных обмоток. В нашем примере это 0,2 вольта.

2. В фильтрах современных усилителей используются конденсаторы большой емкости, которые эффективно все сглаживают. 50-ти герцовые пульсации сглаживаются в 2 раза хуже, чем «стандартные» частотой 100 Гц. Но амплитуда стогерцовых пульсаций составляет десятки вольт (она равна напряжению питания). И все равно эффективно подавляется. А тут доли вольта.

Итак, по всем параметрам выпрямитель с одним мостом превосходит двухмостовую схему. И если не верить в Духа Аудио, то использовать надо именно его. Давайте я для большей наглядности сведу в таблицу результаты нашего примера.

Схема С одним мостом С двумя мостами С двумя мостами
Вариант: для всех случаев одинаковые напряжения вторичных обмоток разные напряжения вторичных обмоток
Максимальная выходная мощность, Вт 76,8 69,6 68,4

И сколько надо дополнительно потратить денег и места, чтобы вместо выходной мощности 76 Вт получить мощность 68 Вт?

Но это еще не все. Вот теперь давайте вспомним, что на свете существуют диоды Шоттки. О том, что их повышенное быстродействие при выпрямлении синусоиды частотой 50 Гц никак не проявляется, я уже писал. Но у них есть другое очень замечательное свойство: гораздо меньшее прямое падение напряжения. Я замерил его для диодов нескольких типов, оно оказалось практически одинаковым и равным 0,7 вольт. То есть по сравнению с диодами с np-переходом мы выигрываем целых полвольта. Много ли это? Я повторю все расчеты для нашего примера, используя в качестве диодов диоды Шоттки, и снова сведу все в таблицу.

Тип выпрямительных диодов «Обычные» диоды «Обычные» диоды «Обычные» диоды Диоды Шоттки Диоды Шоттки Диоды Шоттки
Схема С одним мостом С двумя мостами С двумя мостами С одним мостом С двумя мостами С двумя мостами
Вариант: для всех случаев одинаковые напряжения вторичных обмоток разные напряжения вторичных обмоток для всех случаев одинаковые напряжения вторичных обмоток разные напряжения вторичных обмоток
Максимальная выходная мощность, Вт 76,869,668,48075,674,4

Итак, при замене «обычных» диодов диодами Шоттки мы получили несколько дополнительных ватт к максимальной выходной мощности. Кто знает, может как раз этих ватт нам и не хватало для полного счастья? И нужно ли это счастье убивать собственными руками, ставя два моста туда, где отлично хватает и одного? Два моста даже с диодами Шоттки уступают одному мосту с «обычными» диодами.

И обратите внимание, что разница между самой большой максимальной выходной мощностью и самой маленькой, составляет 11,6 Вт. Представляете! Мы можем потерять целых 11 ватт, просто сделав выпрямитель по другой схеме. Вот вам и разница в схемах и в выпрямителях.

На самом деле, если быть честным, у двухмостовой схемы все же есть преимущество перед одномостовой. У двухмостовой схемы максимальное обратное напряжение на диоде в два раза меньше. Максимальное обратное напряжение на диоде для двухмостовой схемы должно превышать напряжение (действующее значение) на одной вторичной обмотке не менее чем в 1,5 раза. Гораздо лучше, если в 2 раза и более. А для одномостовой схемы максимальное обратное напряжение на диоде должно превышать напряжение на одной вторичной обмотке (если их две раздельные, или на половине, если это одна обмотка с отводом от середины) как минимум в 3 раза, а лучше в 4 и более раза. Поэтому если использовать диодный мост с максимальным обратным напряжением 200 вольт, то одномостовая схема даст максимум ± 60 вольт, а двухмостовая ± 120 вольт питания. Если мост выдерживает 1000 вольт обратного напряжения (а такие мосты легкодоступны и дешевы), то двухмостовая схема выдаст максимальное напряжения питания ± 600 вольт, а одномостовая всего лишь ± 300 вольт.  Вам достаточно? Поэтому я это свойство за достоинство и не считаю: ставьте мосты, рассчитанные на напряжение 1000 вольт и ни о чем не беспокойтесь. Хуже ситуация с диодами Шоттки — они гораздо более низковольтные. Я не встречал диодов Шоттки с максимальным обратным напряжением превышающим 150 вольт. Тогда в двухмостовой схеме мы получим напряжение питания максимум ±100 вольт, а в одномостовой — ±50 вольт. Обычно напряжения питания ±50 вольт хватает для большинства усилителей. Но вот если вам действительно нужно больше, то тут надо выбирать, чем пожертвовать. И опять же, смотрим в таблицу: один мост на обычных диодах немного эффективнее двух мостов на диодах Шоттки. Так что выбор за вами.

11.09.2016

Total Page Visits: 5876 — Today Page Visits: 4

Устройство и работа выпрямительного диода

Устройство и работа выпрямительного диода. Диодный мост.

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомиться с полупроводниковыми диодами. В предыдущей части статьи мы с Вами разобрались с принципом работы диода, рассмотрели его вольт-амперную характеристику и выяснили, что такое пробой p-n перехода.
В этой части мы рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов .

Выпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Однако, это далеко не полная область применения выпрямительных диодов: они широко используются в цепях управления и коммутации, в схемах умножения напряжения, во всех сильноточных цепях, где не предъявляется жестких требований к временным и частотным параметрам электрического сигнала.

Общие характеристики выпрямительных диодов.

В зависимости от значения максимально допустимого прямого тока выпрямительные диоды разделяются на диоды малой. средней и большой мощности:

малой мощности рассчитаны для выпрямления прямого тока до 300mA;
средней мощности – от 300mA до 10А;
большой мощности — более 10А.

По типу применяемого материала они делятся на германиевые и кремниевые. но, на сегодняшний день наибольшее применение получили кремниевые выпрямительные диоды ввиду своих физических свойств.

Кремниевые диоды, по сравнению с германиевыми, имеют во много раз меньшие обратные токи при одинаковом напряжении, что позволяет получать диоды с очень высокой величиной допустимого обратного напряжения, которое может достигать 1000 – 1500В, тогда как у германиевых диодов оно находится в пределах 100 – 400В.

Работоспособность кремниевых диодов сохраняется при температурах от -60 до +(125 — 150)º С, а германиевых – лишь от -60 до +(70 – 85)º С. Это связано с тем, что при температурах выше 85º С образование электронно-дырочных пар становится столь значительным, что происходит резкое увеличение обратного тока и эффективность работы выпрямителя падает.

Технология изготовления и конструкция выпрямительных диодов.

Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными .

Технология изготовления таких диодов заключается в следующем:
на поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n -типа расплавляют алюминий. индий или бор. а на поверхность кристалла с электропроводностью p -типа расплавляют фосфор .

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором. Пример выпрямительных диодов германиевого (малой мощности) и кремниевого (средней мощности) показан на рисунке ниже.

Кристаллы кремния или германия (3 ) с p-n переходом (4 ) припаиваются к кристаллодержателю (2 ), являющемуся одновременно основанием корпуса. К кристаллодержателю приваривается корпус (7 ) со стеклянным изолятором (6 ), через который проходит вывод одного из электродов (5 ).

Маломощные диоды, обладающие относительно малыми габаритами и весом, имеют гибкие выводы (1 ) с помощью которых они монтируются в схемах.
У диодов средней мощности и мощных, рассчитанных на значительные токи, выводы (1 ) значительно мощнее. Нижняя часть таких диодов представляет собой массивное теплоотводящее основание с винтом и плоской внешней поверхностью, предназначенное для обеспечения надежного теплового контакта с внешним теплоотводом (радиатором).

Электрические параметры выпрямительных диодов.

У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;
Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
Рабочая частота. кГц;
Рабочая температура. С.

Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде.

Разберем схему работы простейшего выпрямителя, которая изображена на рисунке:

На вход выпрямителя подадим сетевое переменное напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (Rн ), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD ).

При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (Rн ), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

При отрицательных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод закрывается. и во всей цепи будет протекать незначительный обратный ток диода (Iобр ). Здесь, диод как бы отсекает отрицательную полуволну переменного тока (на правом графике такая полуволна показана синей пунктирной линией).

В итоге получается, что через нагрузку (Rн ), подключенную к сети через диод (VD ), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока.

Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.
Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным.

Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости.

Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор (Cф ) во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (Rн ). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке (Rн ) будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель потому, что они будут «фонить», так как уровень пульсаций (Uпульс ) пока еще очень ощутим.
В выпрямителе, с работой которого мы познакомились, полезно используется энергия только половины волн переменного тока, поэтому на нем теряется больше половины входного напряжения и потому такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным. а выпрямители – однополупериодными выпрямителями. Эти недостатки устранены в выпрямителях с использованием диодного моста .

Диодный мост.

Диодный мост – это небольшая схема, составленная из 4-х диодов и предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, состоящего из одного диода и пропускающего ток только во время положительного полупериода, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение каждого полупериода. Диодные мосты изготавливают в виде небольших сборок заключенных в пластмассовый корпус.

Из корпуса сборки выходят четыре вывода напротив которых расположены знаки «+ », «— » или «

», указывающие, где у моста вход. а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, их также собирают включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

Например. Вышел из строя один из диодов моста, если будет стоять сборка, то ее смело выкидываем, а если мост будет собран из четырех диодов прямо на плате — меняем неисправный диод и все готово.

На принципиальных схемах диодный мост обозначают включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части нижнего рисунка: здесь, диоды являются как бы плечами выпрямительного моста.
Такое графическое обозначение моста можно встретить еще в старых журналах по радиотехнике. Однако, на сегодняшний день, в основном, диодный мост обозначают в виде ромба, внутри которого расположен значок диода, указывающий только на полярность выходного напряжения.

Теперь рассмотрим работу диодного моста на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, с использованием четырех диодов, во время каждой полуволны работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение поступает на вход диодного моста. Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки возникает положительный полупериод напряжения, ток идет через диод VD3. нагрузку Rн. диод VD2 и к нижнему выводу вторичной обмотки (см. график а ). Диоды VD1 и VD4 в этот момент закрыты и через них ток не идет.

В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем (по схеме) выводе вторичной обмотки, ток идет через диод VD4. нагрузку Rн. диод VD1 и к верхнему выводу вторичной обмотки (см. график б ). В этот момент диоды VD2 и VD3 закрыты и ток через себя не пропускают.

В результате мы видим, что меняются знаки напряжения на вторичной обмотке трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (см. график в ). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными .

И в заключении отметим, что работа двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однопериодным получается намного эффективней:

1. Удвоилась частота пульсаций выпрямленного тока;
2. Уменьшились провалы между импульсами, что облегчило задачу сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя;
3. Среднее значение напряжения постоянного тока примерно равно переменному напряжению, действующему во вторичной обмотке трансформатора.

А если такой выпрямитель дополнить фильтрующим электролитическим конденсатором. то им уже смело можно запитывать радиолюбительскую конструкцию.

Ну вот, мы с Вами практически и закончили изучать диоды. Конечно, в этих статьях дано далеко не все, а только основные понятия, но этих знаний Вам уже будет достаточно, чтобы собрать свою радиолюбительскую конструкцию для дома, в которой используются полупроводниковые диоды.

А в качестве дополнительной информации посмотрите видеоролик, в котором рассказывается, как проверить диодный мост мультиметром .

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.
3. Пасынков В.В. Чиркин Л.К — Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» — 4-е изд. перераб. и доп. 1987г.

Понравилась статья — поделитесь с друзьями:

Иван
28. Jan. 2014 в 11:53

Прочитал Вашу статью перед зачётом по электронике в Университете и открыл для себя этот материал другими глазами, более просто больше нигде не читал. Спасибо Вам.
Но у меня появился вопрос: в диодном мосту при протекании тока через VD3 к VD2 после Rн, ток не уходит ещё и на VD1 ведь он включен как и VD2 анодом к Rн?
Спасибо.

Сергей
28. Jan. 2014 в 14:49

Добрый день Иван!
Спасибо.
Вы правы. После нагрузки ток попадает и на VD1 и на VD2. Но в данный полупериод (сплошная стрелка) VD1 закрыт, так как и на катоде и на аноде присутствует положительный потенциал, и поэтому прохождения тока через него нет, и это получается уже не диод а резистор с ооогромным сопротивлением.
А так как ток идет по найменьшему сопротивлению, то он идет на VD2 и на нижний вывод вторичной обмотки.
Диод VD4 также представляет резистор с ооогромным сопротивлением — но это только в первый полупериод.
Во втором полупериоде, когда положительный потенциал пойдет снизу-вверх, диоды поменяются местами.
Удачи!

Александр
16. Apr. 2014 в 14:50

Здравствуйте, подскажите еще один момент по диодному мосту.
А как проходит ток по VD2, если -(минус) подключен к аноду диода, а анод положителен.

Сергей
16. Apr. 2014 в 19:27

Добрый вечер Александр!
На анодах диодов VD1 и VD2 отрицательное напряжение образуется, а затем снимается нагрузкой Rн.

Эдик
20. Apr. 2014 в 19:37

добрый вечер!Спасибо Вам за подробное описание основ,незнание которых непозволительное упущение, т.к.рано или поздно это может пригодиться.Я пытаюсь выпрямить 12 вольт для запуска двигателя от шуруповерта.Регулировать обороты буду при помощи ШИМ. Но вот мост,который я собрал из диодов 5408 сильно греется под нагрузкой, до 80 гр.С. Попробовал диод Д213А на 10А,нагрелся до 100.Вопрос:нагрев до такой температуры-это нормально?Или необходимо применить более мощные диоды, напр. MBR1650 и т.д.Неужели и он будет так же нагреваться? Под нагрузкой ток примерно 8-9А. ????

Сергей
20. Apr. 2014 в 20:13

Добрый вечер Эдик!
Нагрев допускается до 120 градусов, но это еще Советские стандарты.
Вы установите диоды на радиатор и проблема с нагревом отпадет.

Найдите дюралевую или алюминиевую полоску толщиной 5-7мм, благо сейчас это не проблема, и нарежьте четыре кусочка размером 80х80мм. На эти кусочки закрепите диоды. Для лучшего контакта диода с пластиной, место, где будет крепиться диод, слегка пройдите наждачной бумагой, и когда будете крепить диод, смажьте обе плоскости вазелином или машинным маслом. Смазка нужна для лучшего контакта между поверхностями.
Удачи!

Эдик
21. Apr. 2014 в 22:25

Сергей,большое спасибо.Честно говоря, я прошерстил все свои книги. Нашел и объяснение причины нагрева.Меня смутило то, что без нагрузки, т.е. на холостом ходу двигателя нагрев был терпимым,около 80.Я не могу на неделе вырваться в Радиолавку,купить сборку диода Шотки,поэтому попробую собрать мост на базе 4-х 213А,что даст в пределах 20А. Их тоже можно прикрепить для охлаждения к алюминиевой пластине с помощью хомутика,я думаю.Простите,для Вас является очевидным то, что для меня представляет китайскую грамоту.Как говорил тов.Козьма Прутков: Многие вещи нам непонятны потому, что они не входят в круг наших понятий.Постараюсь быть прилежным Вашим учеником.

Сергей
21. Apr. 2014 в 23:11

Эдик!
Вы не гонитесь за мощными диодами.
Поймите одно: если через диод или диодную сборку идет ток, больший, чем на который рассчитан холостой ход p-n перехода диода, то диод будет однозначно греться. Вы можете установить диодную сборку с меньшими параметрами, и она справиться, но ей нужно охлаждение. Как правило, выпрямительные диоды всегда устанавливаются на радиаторах.

Дмитрий
10. May. 2014 в 19:29

Сергей, посоветуйте пожалуйста, какие лучше купить диоды для диодного моста. Требуется выпрямить ток блока питания 12В. 3А.
Спасибо за статью! ????

Сергей
10. May. 2014 в 21:15

Добрый вечер Дмитрий!
Спасибо!
Из отечественных:
Д232; Д242-Д248; КД202; КД203; КД206; КД210; КД213 — с любым буквенным индексом.
Диоды в обязательном порядке устанавливайте на радиатор.
Удачи ???? !

АстролонЫч
14. May. 2014 в 10:28

Спасибо за познавательную статью. Буду рад прочесть в таком же простом и понятном изложении про другие дискретные элементы

Сергей
27. May. 2014 в 09:58

Алексей!
Если смотреть по схеме, то одно входное плечо моста подключайте к клемме «М», а второе входное на «О2» клемм бкс. С клеммы «О1» идет на аккумулятор уже выпрямленное напряжение по однополупериодной схеме, а с клеммы «О2» идет чистая переменка с генератора.
Схемы и рекомендации нарисованы правильно, а вот, что касается отсутствие обмотки возбуждения — мне это не о чем не говорит, да и спросить не у кого.
Удачи!

Алексей
27. May. 2014 в 11:11

Это понятно, но как правильно в эту цепь включить реле,у которого три контакта. И на одной из схем, после моста включена реле,но -моста на массе,диод не выгорит из-за этого? И стоит ли запитать -моста -реле -акб между собой ,или можно на массу. Извините за 101 вопрос,электрика не совсем моя стихия

Сергей
27. May. 2014 в 11:45

Алексей!
Если я правильно понял вопрос:

Алексей
27. May. 2014 в 12:09

Как бы да,вот по схеме после бкс можно так сделать?
Единственное,что у всех лампочек минус запитан на корпус. И стандартно абсолютно все приборы на массу(корпус).На одной из схем бкс отключают от корпуса и ведут отдельно провод с генератора(кольцуют якобы переменку),стоит это делать?

Сергей
27. May. 2014 в 17:14

Алексей!
Вы без корпуса (общего или минуса) ничего не сделаете. На одном плюсе работать ничего не будет, сами понимаете. Если хоть один провод откините от бкс, то работать вообще ничего не будет.
Если хотите отдельный корпус (общий или минус), то ставьте еще один генератор и от него ведите еще одну линию.

Алексей
27. May. 2014 в 17:29

Вы меня неправильно поняли.Вот что я имел ввиду http://moto-planeta.ru/forum/topic_4694/1

Сергей
27. May. 2014 в 18:02

Алексей!
Может я что-то не так понял, так как техники у меня такой нет, но схема, которую я нарисовал и которые Вы мне выслали, все соответствуют Вашему желанию. И даже на форуме это подтверждено.
Что Вас не устраивает.
Какие еще вопросы.
P.S. Запомните раз и навсегда: от одного источника питания можно получить несколько разных плюсов, но минус, общий, масса, корпус всегда будет один. Потому что он общий, он опора, от минуса к плюсу бегут электроны.
Удачи!

Алексей
27. May. 2014 в 18:12

Александр
05. Jun. 2014 в 15:14

Добрый День.
Прошу посоветовать на предмет наличия оборудования для решения сл. проблемы:
— Мне надо переменный ток на 12-25 Вольт преобразовать в постоянный на 12-25 Вольт, мощностью от 30Ватт
Спасибо.

Сергей
05. Jun. 2014 в 16:03

Добрый день Александр!
Подойдут диоды из серии 1N4001 — 1N4007. Это самые распространенные кремниевые диоды.

Иван
12. Jun. 2014 в 11:42

Замечательно написано! Хотелось бы точно также понятно о работе конденсаторов на примере работы небольших схем. Спасибо!

Сергей
12. Jun. 2014 в 16:03

Добрый день Иван!
В скором времени планирую.
Спасибо за оставленный комментарий!

Александр
25. Jun. 2014 в 16:37

Задача: переменное 220 вольт — получить постоянное 220 вольт. Вопрос можно ли в мостовой схеме использовать диоды КД-213 а,б,в с обратным напряжением 200 вольт. Ведь в мостовой схеме в одно плечо нагрузки вроде как включается последовательно два диода.

Сергей
25. Jun. 2014 в 18:03

Александр!
Эти диоды не подойдут.
Используйте диоды на обратное напряжение не менее 300 В.
В мостовой схеме ток идет через один диод.

Александр
25. Jun. 2014 в 21:05

Александр
25. Jun. 2014 в 21:29

Сергей, только что при очередном проведённом измерении, падение напряжения на диодах д-231А составило 105 вольт на каждом. Так и диодах КД-213 то же такое. Получается использование диодов на напряжение 200 вольт достаточно! Доказано ПРАПОЩИКОМ ГОЛУБЕНКО ИВАНОМ ВАСИЛЬЕВИЧЕМ В 1973 году. С уважением Александр, бывший комвзвода связи у Иван Васильевича.

Александр
25. Jun. 2014 в 21:35

Да и еще, для экономии электроэнергии и электролампочек на общий выключатель освещения лестничных клеток, я установил в своём ЖСК в 1996 году диоды КД213 (других не было под рукой) и ничего работают до сих пор.
Спасибо.

Сергей
25. Jun. 2014 в 22:18

Бывшему комвзвода Александру от бывшего библиотекаря-кинорадиомеханика Сергея!
Довелось служить в самом начале 90-х — присягал еще Советскому Союзу.
Так вот: над дверью перед входом в клуб висела лампа и с периодичностью раз в месяц перегорала. От старшины Васильева поступил приказ: ликвидировать это безобразие. В разрыв лампы, помню как сейчас, установил диод Д7Б (почти как ДМБ) — других небыло. За время моей службы лампа больше не перегорала.
На гражданке такое не прошло. Рванул так, что помял корпус выключателя.
Скорее всего, Ваши диоды «выкручиваются» за счет лошадиного тока в 10 А.
Точно ответить не могу, а в сказки уже не верю.
Удачи!

Александр
25. Jun. 2014 в 23:10

Спасибо. Смотрите второй закон Кирхгофа, а также закон Ома. Здесь начинает работать уже постоянный ток. Поэтому падение напряжения на нагрузке и диоде делится, поэтому диоды и держат. Но. если будет нагрузка больше допустимой катастрофа неизбежна!

Сергей
26. Jun. 2014 в 00:18

Александр!
В полупроводнике действуют другие законы.
Если p-n переход диода не рассчитан на обратное напряжение свыше 200 В и ток нагрузки более 300 mA, то чтобы ты не делал, а при подаче сверх лимита диод сгорит при любом раскладе. Здесь дело только во времени.
P.S. Я все думаю про армейский диод: мне кажется, что была опечатка в букве.

Александр
26. Jun. 2014 в 04:28

Спасибо за ответ. Опечатки в букве наверное нет. ПП приборы для армии с пометкой ВП или ромбиком делали более качественно. Ну да ладно время покажет.

Алишер
07. Aug. 2014 в 20:21

Пытаюсь запустить шуруповерт без батарей.
Читал что требует большие токи в работе. Наверное до 10А.
Шуруповерт 9.6V DC
Есть диоды Д247 и Д242.
Какое напряжение нужно с транса и какой кондер?
Спасибо!

Сергей
09. Aug. 2014 в 01:19

Здравствуйте Алишер!
Диоды подойдут, а на выходе с транса нужно иметь напряжение 10 Вольт. Поставьте два кондера по 500 мкф х 16 Вольт.

Алишер
10. Aug. 2014 в 09:04

Спасибо Сергей!
Как правильно оценить максимальный ток который может выдать выпрямитель?
Имею ввиду если нагрузка скажем до 25А. Напряжение 10V.
Понимаю что нужен большой транс. Но насколько большой?

Сергей
13. Aug. 2014 в 14:18

Добрый день Алишер!
Подойдет от старого цветного телевизора Советского производства, например «Электрон».
В таких телевизорах использовались трансы мощностью от 180 до 320 Вт (ТС-180, ТС-240).
Вам придется смотать или домотать вторичную обмотку.
Удачи!

Paul
25. Aug. 2014 в 18:04

Доброго времени суток, Сергей! Интересует такой вопрос. Собран мост на Д246. Питание напрямую из сети. Каково будет выходное напряжение? (Около 300В?) нужен ли фильтр и какой? Охлаждение? Нагрузка рассчитывается в пределах 200Вт. Запитываться будет блок питания компьютера на вход (он используется в качестве конвертора)

Сергей
25. Aug. 2014 в 19:03

Добрый вечер Paul!
На нагрузке Вы получите 220В.
На счет фильтра не скажу, а вот конденсатор 20 — 50мкф 400В после моста поставьте.
Диоды устанавливайте на радиаторы и обязательно делайте охлаждение.

Станислав Васильевич.
17. Sep. 2014 в 11:47

Уважаемый Сергей.
Не думал, что в таком возрасте (68 лет) придётся заниматься электротехническим конструированием. Реальная жизнь украинского пенсионера поставила передо мной такую задачу, которую и придётся мне решить. Вопрос вот в чем. Для зарядки двух 12В гелевых аккумуляторов ( 4 и 7 A/h) нужно сконструировать и собрать зарядное устройство. Оригинальным не буду — устройство должно быть, по возможности, не дорогим и соответствовать необходимым параметрам режима зарядки этого типа АКБ. В общих чертах я понимаю, какие технические средства нужны для решения поставленной задачи, но расчитать режимы этого устройства не хватает знаний. Очень надеюсь найти помощь для себя на Вашем сайте, тем более, что этот материал будет полезным и для многих других домашних умельцев в решении подобных задач.
«Надёргал» по друзьям «стартовые» компоненты:
1.Понижающий тр-р достаточной конструктивной мощности: ленточный магнитопровод, обмотки — медь, I-220В Ø-1мм, II-20В Ø-2,5мм.
2.Электролитический конденсатор для фильтра выпрямителя 10000 мкФ х 50В.
3.Две измерительные головки для контроля величины тока и напряжения режимов зарядки: ± 50mA и 50mA.
У друзей надеюсь найти или докупить фольгированный текстолит для печатной платы и остальные недостающие компоненты конструкции.
Сергей, какие нужны выпрямительные диоды для моста, которые обеспечат ток заряда от 0 и до 1,5 — 2,0А (на всякий другой случай)? Подскажите, какая схема обеспечит плавную или ступенчатую независимую регулировку зарядного напряжения и силы тока?
Очень надеюсь на «ликбез» по этой теме.
С уважением Станислав Васильевич.

Сергей
18. Sep. 2014 в 12:37

Добрый день Станислав Васильевич!
Вы еще раз доказали, что радиолюбительством можно и нужно заниматься в любые годы.
Для выпрямления тока до 2А подойдут отечественные мощные диоды, например, КД202В,Г,Д,Е,Ж,К,Л,Н.
Специально для Вас нашел очень простую схему зарядного устройства для гелевых аккумуляторов.
Вместо токозадающих резисторов можно установить проволочный переменный мощностью не менее 25Вт с номиналом до 10 — 50 Ом.
Если возникнут вопросы — задавайте. С удовольствием отвечу.
Вот ссылка:

Станислав Васильевич.
19. Sep. 2014 в 00:28

Сергей, спасибо за помощь. Вы знаете, я уже «перецепался» в И-нете через эту схему, но из-за отсутствия соответствующих знаний, оценить по достоинству её не смог. Теперь, как говорится, положил её на рабочий стол. Теперь по схеме непосредственно. Сегодня принёс от товарища 6 шт. диодов КД213Г — он сказал, что их можно тоже использовать в этой схеме. Я поинтересовался в справочнике и у меня на их счет возникли сомнения. Смутило меня сравнительно большое на них падение напряжения. Ну, в мосте, при подводимом напряжении ≈20В, я думаю, это может быть и не существенный недостаток, а вот в позиции VD5? Сергей, как Вы считаете, этим параметром можно пренебречь или всё же нужно искать КД202В… и нужно ли ставить их на теплоотводы? Вопрос следующий. Какая должна быть площадь теплоотвода для микросхемы L200C, в расчете на максимально возможный ток? Вопросы, на мой взгляд, первостепенные, т.к. нужно компоновать элементы в корпус будущей конструкции и нужно определиться с габаритами её компонентов.
С ув. Ст.Вас.

Сергей
19. Sep. 2014 в 11:53

Станислав Васильевич!
1. Диоды и микросхему обязательно ставим на радиаторы.
2. Про площадь радиаторов сказать не могу, так как всегда делаю на глаз или использую стандартные. Если смотреть фотографии к статье, то радиатор, на котором закреплена микросхема, для тока нагрузки 2 — 3 Ампер подойдет. Но если ток использовать 3,5 — 7 Ампер, то радиатор надо брать больше раза в полтора.
2. Для тока нагрузки 2 — 3 Ампер можно установить по два диода на один такой радиатор (как в статье). Но если ток будет выше, то каждый диод устанавливаем на такой радиатор. Для VD5 придется использовать отдельный радиатор. Все диоды и микросхему устанавливаем через специальные прокладки (изолируем от корпуса).
3. Диоды можно использовать любые выпрямительные (импортные или отечественные) с прямым напряжением Uпр — 50 Вольт и более, и с прямым током Iпр не менее 5 Ампер. КД213 подойдут.

Станислав Васильевич.
19. Sep. 2014 в 21:47

Сергей, спасибо за своевременные и ценные рекомендации. Купил я сегодня комплект КД202В. С L200C, вероятно, будет заминка — пока никто из моего окружения о такой не слышал. Видимо, придётся искать в И-нете и выписывать. Интересно, 100% отечественный аналог этого стабилизатора существует или нет?
Ещё раз спасибо.
С ув. Ст.Вас.

Сергей
20. Sep. 2014 в 09:34

Станислав Васильевич!
Аналогов этой микросхемы я не нашел.
Есть схема простого зарядного устройства, которая работает как часы. По этой схеме я собрал, еще в 90-х, десятка четыре зарядных устройств, и еще не один хозяин не пожаловался.
А если ее дополнить автоматом, который будет отключать заряжаемый аккумулятор? И не надо никаких мудренных микросхем. Для своего экземпляра я так и сделал, вот только его у меня уже нет, и доработку я не сохранил. Если найду источник, то обязательно напишу.
Схему возьмите по этой ссылке в комментарии №27.
Удачи Вам!

Сергей
20. Sep. 2014 в 09:46

Станислав Васильевич!
Схема зарядного устройства: Радио 1992г, №12, стр.11.
Так как у меня уже было зарядное устройство, поэтому из этой схемы я взял только участок, который отвечает за автоматическую работу зарядного устройства.
Вы ее собирайте полностью и не пожалеете. Выйдет дешевле и надежнее.
Удачи!

Станислав Васильевич.
19. Sep. 2014 в 22:09

Для тех, кого заинтересовала тема этого зарядного, ссылка с форума, по практической реализации этой конструкции: http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=122153

Станислав Васильевич
23. Sep. 2014 в 10:18

Сергей, спасибо за рекомендации — это важная для меня информация. Решил я прислушаться к своему первому, интуитивному решению и всё-таки собрать зарядное на L200C. Пока с ней сложности, в плане приобретения. Нашел я её в продаже, но, к сожалению, там есть ограничения по минимальной сумме заказа, который превышает в шесть раз стоимость самой микросхемы. Надежды не теряю — найду всё равно.
Сергей, у меня возник вопрос по теме: зачем устанавливать в каждое плечо моста по два диода «в параллель» для тока до 3А, если диоды КД202В пятиамперные?
С ув. Ст.Вас.

Сергей
23. Sep. 2014 в 14:47

Станислав Васильевич!
Чем больший ток проходит через p-n переход выпрямительного диода, тем переход сильнее греется. И если от него не отводить тепло, то переход перегреется и произойдет его пробой.
Для мощного выпрямительного диода ток 200 — 300mA не страшен — диод будет теплый. Но ток свыше 300mA обязательно приведет диод к перегреву и выходу из строя. Вопрос только во времени нагревания. Поэтому при питании мощного потребителя, выпрямительные диоды в источниках питания обязательно устанавливают на радиаторы.

Станислав Васильевич
23. Sep. 2014 в 15:23

Сергей, спасибо за науку. В мосте, диоды я установил на заводские радиаторы, около 60 см2 каждый, а VD5 — около 100 см2. Для микросхемы установил радиатор — около 470 см2. Как считаете, достаточно? Рабочее пространство корпуса будущей конструкции, при моей компоновке (… :grin:), практически всё занято. Осталось небольшое пространство на передней панели для установки головок приборов и органов управления.

Сергей
23. Sep. 2014 в 16:46

Станислав Васильевич!
Все нормально.
В свое время меня учили: лабораторный блок питания должен состоять из мощного трансформатора и радиаторов, а для лучшего охлаждения корпус должен состоять из одних дырочек ????

Анатолий Павлович
20. Jan. 2015 в 16:07

День добрый,Сергей.Спасибо за Вашу огромную работу.Лично у меня есть вопрос такой темы:вышел из строя стабилизированный источник питания 12 в.,советского пр-ва,промышленный.Схемы нет.Есть-ли смысл им заниматься?Спасибо за ответ.

Сергей
20. Jan. 2015 в 16:12

Добрый день Анатолий Павлович!
Советское — значит надежное и отличное. Это не китайское г..но.
Проверьте на исправность полупроводники и замените все электролиты.
Обязательно посмотрите предохранитель и питающий шнур.
Удачи!

антон
30. Jan. 2015 в 21:58

Сергей,добрый день! Прочитал статью, все в принципе доступно и понятно. Еще понятней. что вы то в этом деле вообще ас)) Можно вопросик из рабочей практики? На работе возникла проблема с диодным мостиком на тормоз электродвигателя 15 кВт. Первоначально он стоит там заводского изготовления. по параметрам. входное напряжение как 380, так и 220 можно, выходное 170 постоянки, от 1 до 5 А. Диодный мостик быстро выходит из строя, китайский судя по надписям на нем. схема вся залита каким то материалом. так что разборке не подлежит. Хотим собрать свой мостик. только вот специалистов по подборке диодов нет, вы могли бы поспособствовать в этом вопросе. какие диоды нужно поставить для соблюдения необходимых нам параметров. что еще необходимо включить в схему. Если будет время. или будет интересно помочь. заранее спасибо. буду ждать ответа. любого. не важно. может и сами разберемся, но для ускорения процесса хотелось бы помощи) заранее спасибо!

Сергей
31. Jan. 2015 в 11:24

Добрый день Антон!
Спасибо!
1. В первую надо разобраться почему вылетает диодный мост. Может катушка тормоза имеет короткозамкнутые витки и из-за этого потребляет больше тока, чем может дать диодный мост. А там кроме диодов ничего не стоит?
2. Если этот диодный мост состоит только из одних диодов, то можно использовать следующие (немного перестраховался):
Д233; Д247; КД206Б-В; КД203А-Д; КД210Б, Г. Одним словом, смотрите диоды с обратным напряжением Uобр не менеее 500В и прямым током Iпр не менее 10 Ампер.
Дидоы обязательно устанавливайте на радиаторы для отвода тепла.
Удачи!

Андрей
09. Feb. 2015 в 09:52

Здравствуйте уважаемый Сергей! На самодельном зарядном устройстве для автомобильных аккумуляторов в выпрямительном мосту сгорел Д242А (стоял без радиатора). Т.к. этот диод достать оказалось сложным, то посоветовали поставить BR1010. У него допустимый ток 10А. Нужен ли ему радиатор? Корпус пластиковый без металлической вставки, поэтому возник этот вопрос. Спасибо!

Андрей
09. Feb. 2015 в 09:57

…для 80. а откуда Вы взяли что Вам нужно в этот прибор диодный мост?Или у Вас имеется схема этого прибора?

Григорий
23. Mar. 2015 в 18:18

Здравствуйте Сергей! Как я понимаю с диодами вы общаетесь на ты, подскажите пожалуйста в такой ситуации, есть транс 220/12 более подробно ОСО — 0.25 — 0.1 УХЛ З, хочу его приспособить для своей автомобильной акустики в домашних условиях, никак не могу подобрать диоды, пробовал автомобильные диодные мосты типа бпв56-65-02 диоды греются очень сильно, а что касается проводов так на них просто изоляция плавится, так вот хотелось узнать какие диоды мне нужны что бы выпрямить ток с этого транса? Что касаемо нагрузки имеется 2 усилителя которые будут подключаться к этим 12В первый Calcell bst 1000. 1 в 2Ом режиме на 800Вт и 2 усилитель Calcell bst 100.4 2 канала 2Ом режиме и нагрузкой 100Вт и оставшиесы 2 канала 6Ом и нагрузкой

40Вт.
P.S. Догадываюсь без рассчетов, что на максимум мощности не хватит конечно транса, но увы что есть из того и лепим

Сергей
23. Mar. 2015 в 19:34

Добрый вечер Григорий!
1. Помимо подбора диодов их нужно хорошо охлаждать. Нужны мощные радиаторы, и возможно, придется дополнительно поставить кулер.
2. Для первого усилителя (800 Вт) используйте диоды на напряжение (Uобр) не менее 50 Вольт и ток (Iпр) не менее 30 Ампер. Например, из серии КД2997 А-В.
3. Для усилителя на 100 Вт подойдут диоды на напряжение не менее 50В и ток не менее 15А.
4. Для остальных усилителей подойдут на напряжение не менее 50В и ток не менее 10А. Например, из серии Д245, Д242.
5. Но я бы Вам посоветовал делать блоки питания именно для УНЧ, так как при их конструировании встречается много ньюансов.
6. Почитайте здесь:

1. http://radiostorage. net/?area=news/522
2. http://fcenter.ru/online/hardarticles/tower/28690

Григорий
23. Mar. 2015 в 22:22

Благодарю за информацию, есть еще одно но, имеется акб 95 A\h я собираюсь использовать эту акб как фильтр, и с нее уже черпать полностью все питание на усилители, и усилителя всего 2-а, на втором усилителе просто 4 канала

Григорий
23. Mar. 2015 в 22:42

Вот нашел такой диод КД2991А он будет в самый раз получается ?

Cергей!благодарю за статью!
Подскажите пожалуйста.Читая коменты к вашей статье промелькнуло словосочетание «холостой ход диода».Подскажите пожалуйста что это и чем характеризуется?)
Cпасибо!

Сергей
11. May. 2016 в 20:34

Добрый вечер, Владислав!
По этому вопросу ничего ответить не могу, потому как такого режима и понятия «холостой ход диода» не слышал и не знаю.
Есть, например, холостой ход трансформатора.

Владислав
11. May. 2016 в 21:03

и еще Сергей…
просмотрел ваше в конце статьи
в конце вы рассказываете как подключить диодный мост что б подключать нагрузку не учитывая полярности!Так вот. я не очень понял как получилось сее явление!Попробылал сам покумекать но тестер показывал полярность…(

Владислав
11. May. 2016 в 21:04

Сергей простите я видать не правильно понял

Сергей
11. May. 2016 в 21:20

Владислав!
Выход диодного моста («+» и «-«) к нагрузке и оставляете, а входную часть моста можете подключать без соблюдения полярности.

Владислав
11. May. 2016 в 21:33

Сергей спасибо!
последний вопрос созрел.Если случайно на диодны мост подать переменное напряжение не на те выводы(на «+» и «-«).Что произойдет?
PS:Извените за не грамотность и назойливость.Спасибо за труд!

Сергей
11. May. 2016 в 21:38

Владислав!
Ничего не будет. Диодный мост не будет работать.

Карим
12. May. 2016 в 15:30

Доброго времени. Собрал по схеме блок диодного моста. Подаю переменный ток, а на выходе совершенно не те значения какие хотелось бы видеть. В чём причина. Подскажите. Схема на радиаторах для пуско зарядного устройства.

Сергей
12. May. 2016 в 16:44

Добрый вечер, Карим!
Причин две: или неправильно собрали, или в мосту есть неисправные диоды.

Алексей
23. May. 2016 в 06:03

Доброго дня! Очень надеюсь на Вашу помощь. Нужна марка или хотя бы характеристики диода для моста к двигателю 12 В, 19 А. Заранее благодарен. С уважением Алексей С.

Сергей
23. May. 2016 в 08:52

Здравствуйте, Алексей!
http://www.chipdip.ru/product/mb2505/
http://rekshop.ru/product/3447/2-30/292/index.php

Ник
30. May. 2016 в 14:00

Добрый день, собрал преобразователь на 380 вольт 3 кв. с 6 преобразователей по 63 вольта, соединённых последовательно, для платы китайского синуса, тестирую сам преобразователь, пока без подключения платы синуса.
Не могу решить проблему выхода из строя диодов выходного моста 380 вольт, через разное время, может работать 5 минут или несколько часов.
Хаотично, может с нагрузкой, может на холостом ходу, пробивается один диод и преобразователь уходит в защиту.
Диоды ставил разные и 600 и 1200 вольт, результат один.
В чём может быть проблема, как защитить мост?

Сергей
30. May. 2016 в 19:51

Добрый вечер. Ник!
В этом я Вам не советчик, но думаю, что дело не в мосту, а в преобразователе, с которого напряжение поступает на мост.

Ник
30. May. 2016 в 20:50

Ведь есть-же способы защиты диодов, к примеру шотки, ставят паралельно диоду конденсатор…

Главная

Диодный мост схема, принцип работы


В подавляющем большинстве блоков питания для выпрямления переменного электрического тока используются диодные мосты. Рассмотрим диодный мост, схема включает в себя только 4 диода. На принципиальной схеме, диодный мост обозначают как квадрат повернутый на 45 градусов в центре квадрата на одной из диагоналей чертят диод, катод ближе к положительному выходу моста, анод ближе к отрицательному выходу моста. Оставшиеся две вершины квадрата являются входами переменного напряжения.

Рисуя схему моста достаточно помнить, что от каждого входа приходят к «+» выходу два диода, прием анод подключается на вход, а катод на выход. Тоже и с отрицательным выходом, только к выходу подключаются аноды диодов.

Принцип работы диодного моста

Представим, что на вход диодного моста подается переменное напряжение и в текущий момент на верхнем по рисунку входе присутствует положительный потенциал, то диоды VD2 и VD3 откроются так как к к ним приложено положительное напряжение (на рисунке путь тока показан линией красного цвета), а VD1 и VD4 будут заперты обратным напряжением. При обратной полярности входного напряжения ток потечет от нижнего входа через VD4, нагрузку и VD1 (на рисунке путь тока показан синим цветом), а VD2 и VD3 будут заперты обратным напряжением.

Получается положительный выход будет соединен с тем входом диодного моста, на котором в данный момент присутствует положительный потенциал, а отрицательный выход с тем входом на котором отрицательный потенциал.

Трехфазный диодный мост схема

Рассмотренный нами диодный мост используется для однофазного выпрямления, его и называют однофазным мостом. Для выпрямления переменного электрического тока в трехфазных сетях используют трехфазный диодный мост.

Он состоит из 6 диодов, по паре диодов на каждую фазу. В данной схеме, ток протекает от фазы с наибольшим потенциалом, через нагрузку к фазе с наименьшем потенциалом. Оставшаяся фаза ни к чему не подключена. Если в однофазном мосте проводили ток два диода из четырех, то тут тоже проводят ток 2 диода, а 4 при этом заперты.

Диодный мосты выпускаются как законченные компоненты, но если нет в наличии такой детальки, то можно использовать 4 отдельных диода включенных по схеме диодного моста.

Для плат с поверхностным монтажом удобно использовать сдвоенные диоды. Например из двух диодных сборок BAT54S или BAV99 получается полноценный диодный мост.

Зачастую использование двух сборок из двух диодов оказывается дешевле, чем использование диодного моста из четырех диодов в одном корпусе или четырех диодов по отдельности.

Как мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный? Объяснение уравнений

1 Что делает мостовой выпрямитель?

Мостовой выпрямитель преобразует переменный ток, вырабатываемый генератором переменного тока, в постоянный ток для питания электрооборудования и компонентов.

Схема мостового выпрямителя использует однонаправленную проводимость диодов , делит четыре диода на две группы и проводит соответственно в соответствии с полярностью вторичного напряжения трансформатора и соединяет положительную клемму вторичного напряжения трансформатора с верхней клеммой. сопротивления нагрузки отрицательная клемма соединяется с нижним концом сопротивления нагрузки, так что на нагрузке всегда можно получить однонаправленное пульсирующее напряжение.

Схема мостового выпрямителя мощная. Например, зарядить аккумуляторную батарею. Ограничьте обратный ток батареи к генератору, чтобы защитить генератор от перегорания обратным током.

2 Из чего состоит мостовой выпрямитель?

2.1 Как работает мостовой выпрямитель?

Рис. 1. Типовая схема мостового выпрямителя

В положительном полупериоде D1 и D3 включены, D2 и D4 выключены.

В отрицательный полупериод u2 D1 и D3 выключены, а D2 и D4 включены.

Из рисунка 1 нетрудно увидеть, что обратное напряжение каждого диода в этой мостовой схеме равно максимальному значению вторичного напряжения трансформатора, что вдвое меньше, чем в схеме двухполупериодного выпрямителя. Таким образом, мостовой выпрямитель является усовершенствованием диодного однополупериодного выпрямителя.

2.2 Как рассчитать мостовой выпрямитель

Расчет основных параметров схемы мостового выпрямителя.

3 Почему мостовой выпрямитель такой мощный?

Схема мостового выпрямителя преодолевает недостатки , заключающиеся в том, что схема двухполупериодного выпрямителя требует, чтобы вторичная обмотка трансформатора имела центральный отвод, а диод должен выдерживать большое обратное давление, но используются еще два диода.В связи с быстрым развитием полупроводниковых приборов и низкой стоимостью сегодня на практике широко используются схемы мостовых выпрямителей.

Следует отметить, что диод в качестве компонента выпрямителя следует выбирать в соответствии с различными методами выпрямления и требованиями к нагрузке. Если вы сделаете неправильный выбор, вы не сможете безопасно работать или даже сожжете диоды.

4 Как мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный?

Для упрощения диод трактуется как идеальная модель, то есть прямое сопротивление проводимости равно нулю, а обратное сопротивление бесконечно.Схема мостового выпрямителя также может рассматриваться как разновидность схемы двухполупериодного выпрямителя. Обмотки трансформатора подключаются к четырем диодам по вышеописанной методике. D1~D4 представляют собой четыре одинаковых выпрямительных диода, соединенных в виде моста, поэтому их называют мостовыми выпрямительными схемами. Используя направляющую функцию диода, вторичный выход может быть направлен на нагрузку даже в отрицательный полупериод. Конкретный способ подключения показан на рисунке. Из рисунка видно, что в положительном полупериоде ток направляется D1 и D3 для прохождения через RL сверху вниз, а в отрицательном полупериоде ток течет по D2 и D4 для прохождения через RL от сверху донизу. Для достижения двухполупериодного выпрямления в этой структуре, если на выходе одинаковое постоянное напряжение, вторичной обмотке трансформатора требуется только половина обмотки по сравнению с двухполупериодным выпрямлением. Однако, если на выходе должен быть такой же ток, диаметр провода обмотки должен быть соответственно увеличен. Что касается пульсации, то она точно такая же, как и в схеме двухполупериодного выпрямителя.

Рис. 2. Упрощенная схема мостового выпрямителя

Преимущества схемы мостового выпрямителя заключаются в высоком выходном напряжении, малом напряжении пульсаций и низком максимальном обратном напряжении, которое может выдержать лампа.В то же время, поскольку силовой трансформатор подает ток на нагрузку в положительном и отрицательном полупериодах, силовой трансформатор используется полностью.

Поскольку выходное напряжение схемы выпрямителя содержит более крупные пульсирующие компоненты, чтобы максимально уменьшить его, необходимо максимально сохранить постоянную составляющую, чтобы выходное напряжение было близко к идеальному постоянному току. Эта мера является фильтрующей. Фильтрация обычно достигается за счет накопления энергии конденсаторами или катушками индуктивности.

5 частей мостовых выпрямителей

5.1 Индуктивная фильтрация

Схема фильтрации катушки индуктивности использует такую ​​характеристику, что ток на обоих концах катушки индуктивности не может внезапно измениться. Соедините индуктор и нагрузку последовательно, чтобы сгладить выходной ток. С энергетической точки зрения, когда ток, обеспечиваемый источником питания, увеличивается (вызванный увеличением напряжения источника питания), дроссель L накапливает энергию; когда ток уменьшается, энергия высвобождается для сглаживания тока нагрузки, поэтому индуктор L оказывает сглаживающее действие.

Рис. 3. Схема фильтрации дросселя

Преимущества

: большой угол проводимости выпрямительного диода, малый пиковый ток и относительно плоские выходные характеристики.

Недостатки: Железный сердечник тяжелый и громоздкий, вызывает электромагнитные помехи. Однако он подходит только для случаев низкого напряжения и сильного тока.

5.2 Конденсаторная фильтрация

Конденсаторная фильтрующая цепь предназначена для подключения конденсатора большой емкости параллельно нагрузке в цепи выпрямителя.Из-за эффекта зарядки и разрядки конденсатора и наличия напряжения на конденсаторе степень пульсации выходного напряжения UL схемы выпрямителя значительно снижается, а форма сигнала становится почти гладкой, что играет роль фильтрации.

Форма сигнала выходного напряжения фильтра конденсатора мостового выпрямителя показана на рис. 4 (фактически отфильтрованный выходной сигнал). В этой схеме конденсаторного фильтра чем больше емкость конденсатора или чем больше сопротивление нагрузки, тем медленнее разряд конденсатора и тем плавнее выходное напряжение.Кроме того, снижается пульсационная составляющая и увеличивается среднее значение выходного напряжения.

Рис. 4. Цепь конденсаторной фильтрации

Важно отметить, что из-за влияния напряжения конденсатора фильтра диодная проводимость схемы фильтра однофазного емкостного входного выпрямителя представляет собой уже не полный полупериод проводимости, а узкий импульс, что делает выбор параметра схемы выпрямительного диода и схемы выпрямителя индуктивного входа очень разные.

5.3 Составная фильтрация

Составной фильтр представляет собой фильтрующую схему, представляющую собой комбинацию индуктивности и конденсатора или резистора и конденсатора. Принцип работы такой же, как у фильтра с одним конденсатором и фильтра индуктивности, за исключением того, что форма выходного сигнала более плавная, а нагрузка почти равна напряжению источника питания сухой батареи.

Рис. 5. Схема фильтрации соединений

6 Расчет мостового выпрямителя

6.1) Пиковый ток

Пиковый ток через нагрузку, если диод имеет прямое сопротивление, то

Здесь мы получаем двойное прямое сопротивление. Если предположить, что все диоды имеют одинаковое прямое сопротивление, то два диода используются для полупериода, и два прямых сопротивления могут быть выражены в формуле.

6.2) Выходной ток

Где Idc — ток, протекающий через нагрузку, а Im — пик переменного тока.

6.3) Выходное напряжение постоянного тока

Где Vdc — выходное постоянное напряжение, Idc — постоянный ток, протекающий по цепи, а R — нагрузка, подключенная к цепи.

6.4) Среднеквадратичное значение выходного тока

6.5) Форм-фактор

Где Vavg — это среднее значение напряжения постоянного тока

6.6) Выходная частота

Где fout — выходная частота, а fin — входная частота или частота источника питания.

6.7) Частота выпрямления

6.8) Коэффициент пульсации

6.9) Коэффициент использования трансформатора

7 Анализ отказов цепей мостового выпрямителя положительного полупериода
Разомкнутая цепь Отказ Анализ
Обрыв провода заземления. Нет выхода постоянного напряжения Ток диода выпрямительного моста в цепи не может образовать петлю, и цепь не может работать.
Один диод открыт. Однонаправленное пульсирующее падение напряжения постоянного тока Положительный или отрицательный полупериод входного напряжения переменного тока не выпрямляется в однонаправленное пульсирующее постоянное напряжение.
Два диода с разных сторон открываются одновременно. Нет выходного напряжения Ни положительный полупериод, ни отрицательный полупериод входного напряжения переменного тока не выпрямляются в однонаправленное пульсирующее постоянное напряжение, а выходное напряжение равно 0 В.

 

Мостовой выпрямитель — Javatpoint

Мостовой выпрямитель представляет собой схему, состоящую из четырех отдельных диодов с p-n переходом, переменного источника питания и нагрузочного резистора. Четыре диода в мостовых выпрямителях образуют замкнутый контур, который называется мостом. Основное преимущество схемы мостового выпрямителя заключается в том, что она не требует центрального ленточного трансформатора, что уменьшает ее размер.

Одиночная обмотка подключена к входу одной стороны моста.Нагрузочный резистор с другой стороны моста, как показано ниже:

Форма его выходного сигнала аналогична двухполупериодному выпрямителю. Работа четырех диодов зависит от положительной и отрицательной половины приложенного входного цикла.

Давайте подробно обсудим конструкцию и работу мостового выпрямителя.

Строительство

Схема мостового выпрямителя включает четыре диода. Назовем эти четыре диода как D1, D2, D3 и D4. Эти четыре диода расположены последовательно парами.Только два диода из четырех диодов имеют проводимость каждые полпериода. Диоды D1 и D2 мостового выпрямителя во время положительного полупериода включены в прямом смещении. Аналогично, диоды D3 и D4 во время отрицательного полупериода включены в прямом смещении.

Давайте сначала обсудим состояние диода p-n перехода при прямом и обратном смещении.

Смещение вперед

Состояние прямого смещения диода легко позволяет току течь через его клеммы. Это связано с наличием узкой области обеднения. Чем уже область, тем легче она позволяет перемещать носители заряда из p-области в n-область.

Полярность диода при его подключении к переменному входу показана ниже:

Это показывает, что положительный конец переменного источника подключен к положительному выводу диода. Точно так же отрицательный конец подключается к отрицательному выводу диода. Он определяется как состояние прямого смещения диода.

Ток увеличивается с ростом уровня напряжения, когда диод работает в режиме прямого смещения. Текущий поток зависит от большинства носителей.

Обратное смещение

Состояние обратного смещения диода вызывает протекание тока в обратном направлении. Имеет широкую область истощения.

Полярность диода при подключении его к источнику переменного тока указана ниже:

Это показывает, что положительный конец переменного источника соединен с отрицательным полюсом диода.Точно так же отрицательный конец переменного источника подключается к положительному выводу диода. Он определяется как состояние обратного смещения диода.

Текущий поток зависит от неосновных носителей. Диод в случае обратного смещения вообще ведет себя как разомкнутый ключ.

Рабочий

Здесь мы обсудим работу мостового выпрямителя отдельно во время положительного и отрицательного полупериода.

Положительный полупериод

Диоды D1 и D2 смещаются в прямом направлении во время положительной половины и включаются последовательно.Но диоды D3 и D4 смещаются в обратном направлении. Это связано с полярностью диода, подключенного к сети переменного тока. Положительное напряжение подается на положительный конец обоих диодов, а отрицательный конец — на отрицательный вывод диода, что делает их смещенными в прямом направлении. Эти два диода проводят и соответствуют результирующей выходной волне, как показано ниже:

Отрицательный полупериод

Диоды D3 и D4 смещаются в прямом направлении во время отрицательной половины входного периода и включаются последовательно. Но диоды D1 и D2 смещаются в обратном направлении и не проводят ток. Проводимость диодов D3 и D4 создает результирующую форму выходного сигнала, как показано ниже:

Аналогичным образом, после каждой положительной половины и отрицательной половины цикла ввода создается результирующий вывод, как показано ниже:

Анализ выпрямителя невесты

Давайте обсудим параметры мостового выпрямителя.

1. Пиковое обратное напряжение

PIV (пиковое обратное напряжение) мостового выпрямителя: Vm .

2. Средний и пиковый токи в диоде

Предполагается, что прямое сопротивление резистора и диода равно RF и RL.

Ток, протекающий через два диода:

Поскольку два диода подключены последовательно, прямое сопротивление равно 2RF.

3. Идеальный пиковый ток нагрузки

Прямое сопротивление идеального диода считается равным нулю. Следовательно, идеальный пиковый ток нагрузки определяется как:

Идеальный пиковый ток нагрузки одинаков для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя.

4. Выходной постоянный ток

Можно рассчитать как:

Подставляя значение Im в вышеприведенное уравнение, получаем:

5. Действующее значение тока

Значение RMS может быть представлено как:

Подставляя значение Im в вышеприведенное уравнение, получаем:

6. Выходное напряжение постоянного тока

Выходное напряжение постоянного тока может быть представлено как:

7. Эффективность ректификации

Эффективность = мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку / входная мощность переменного тока от трансформатора.

Максимальный КПД мостового выпрямителя в два раза выше, чем у однополупериодного выпрямителя. Он равен 81,2%.

8. Коэффициент пульсации

Коэффициент пульсаций мостового выпрямителя можно представить как:

Может быть выражен в форме напряжения или тока.

9. Положение

Процентное регулирование может быть представлено как:

Типы мостового выпрямителя

Существует четыре типа мостового выпрямителя:

1.Однофазные мостовые выпрямители

Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, как показано ниже:

Однофазные выпрямители

используются для обеспечения малых уровней мощности. В качестве входа требуется однофазный источник переменного тока.

2. Трехфазные мостовые выпрямители

Трехфазный мостовой выпрямитель состоит из шести диодов, как показано ниже:

Трехфазные выпрямители используются для обеспечения больших уровней мощности. В качестве входа требуется трехфазный источник переменного тока.

3. Неуправляемый мостовой выпрямитель

Мы знаем, что диоды однонаправленные. Это означает, что диод с p-n переходом может проводить ток в одном направлении. Конфигурация четырех диодов неуправляемого мостового выпрямителя фиксирована. Он не допускает изменения мощности. Следовательно, обычное применение такого выпрямителя заключается в обеспечении фиксированного или постоянного источника питания.

4. Управляемый мостовой выпрямитель

Конфигурация управляемого мостового выпрямителя использует полупроводниковые устройства вместо диодов.К твердотельным устройствам относятся MOSFET, SCR и др., которые обеспечивают различную мощность на выходе под нагрузкой. Выходную мощность можно изменять, запуская эти полупроводниковые устройства на различных этапах.

Применение мостового выпрямителя

Применение мостового выпрямителя:

  • Цепи питания
    Более низкая стоимость мостовых выпрямителей по сравнению с центральными ленточными выпрямителями предпочтительнее в качестве источника питания для цепей.
  • Сварка
    Большая часть сварки выполняется с помощью аппаратов, которые производят дугу постоянного тока. Выпрямитель представляет собой устройство, которое используется для преобразования дуги переменного тока в дугу постоянного тока. Это осуществляется путем подачи поляризованного напряжения. Образуемая дуга постоянного тока более плавная по сравнению с другими выпрямителями. Следовательно, в процессе сварки используются мостовые выпрямители.
  • Модулирующие радиосигналы
    Мостовые выпрямители в модулирующих радиосигналах используются для определения амплитуды конкретного модулированного сигнала.

Преимущества мостового выпрямителя

Преимущества мостового выпрямителя следующие:

  • Не требуется центральный ленточный трансформатор
    Мостовой выпрямитель не требует центрального ленточного трансформатора, как в схемах однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей. Это уменьшает размер схемы выпрямителя.
  • Меньше затрат
    Одна вторичная обмотка, необходимая для мостового выпрямителя, стоит меньше по сравнению с другими трансформаторами.
  • Преобразование напряжения
    Мостовые выпрямители могут преобразовывать переменное высокое напряжение в низкое постоянное напряжение. Выходное напряжение представляет собой не чисто постоянный, а пульсирующий постоянный ток.
  • Более высокий TUF
    Мостовые выпрямители имеют более высокий коэффициент использования трансформатора, чем центральные ленточные трансформаторы.
  • Двойное выпрямление
    Процент выпрямления мостового выпрямителя вдвое больше, чем у однополупериодного выпрямителя.

Недостатки мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель имеет только один существенный недостаток.Для его построения требуется четыре диода. Это усложняет схему выпрямителя. Это также увеличивает падение напряжения из-за цепи выпрямителя. Другими недостатками, которые могут возникнуть из-за наличия четырех диодов, являются повышенные потери и более низкий КПД.

Центральный ленточный выпрямитель и мостовой выпрямитель

Центральный ленточный выпрямитель представляет собой тип двухполупериодного выпрямителя. Его функция и работа аналогичны двухполупериодному выпрямителю. Давайте обсудим общие различия между центральным ленточным выпрямителем и мостовым выпрямителем.

Для выпрямителя с центральной лентой
Категория Мостовой выпрямитель Центральный ленточный выпрямитель
Строительство Для мостового выпрямителя требуются четыре диода, мгновенный источник питания и нагрузочный резистор. требуются два диода, трансформатор с центральной лентой и нагрузочный резистор.
Трансформатор Не требует трансформатора. Требуется трансформатор с центральной лентой или вторичной обмоткой.
Трансформатор Коэффициент использования 0,810 0,672
Размер Меньше центрального ленточного трансформатора из-за отсутствия трансформатора. Размер больше, чем у мостового выпрямителя.
Приложения Сварка и т. д. Питание светодиодов, двигателей и т. д.

Расчет и оценка качества выпрямительного диода-Jiangsu High диода Semiconductor Co., ООО

При проектировании выпрямительного диода очень важно выбрать подходящий выпрямительный диод с соответствующими рабочими параметрами. Реальная расчетная схема взята в качестве примера.

Согласно диаграмме вход переменного тока составляет 220 В/50 Гц, напряжение постоянного тока на выходе выпрямителя составляет UO=60 В, а ток нагрузки составляет IO=500 мА. Принимаются следующие два метода.

1. Расчет постоянного тока, протекающего через выпрямительный диод

Из-за схемы выпрямительного моста с диодным мостом ток каждого диода должен составлять 1/2 тока нагрузки, два диода в каждой паре соединены последовательно, и ток каждого диода составляет 1/2 тока нагрузки, поэтому положительный ток выбранного диода должен быть ID.

2. рассчитать максимальное обратное напряжение выпрямительного диода URM

Сначала необходимо определить действующее значение E2 вторичного переменного напряжения трансформатора при условии выходного постоянного напряжения 45 В. По эмпирической формуле подъема напряжения конденсатора фильтра выражения UO и E2 следует рассчитывать следующим образом:
Максимальное обратное напряжение URM выпрямительного диода рассчитывается следующим образом:

По рассчитанным значениям ИД и УРМ лампы в справочнике по диодам близки к расчетным значениям.

Оценка качества выпрямительного диода:

Оценка качества переходного диода может быть разделена на следующие категории:

1. Метод испытания устройства

Проверка устройства с переходным диодом с помощью мультиметра:

В тесте на картинке показано прямое подключение и красная регулировка, а обратное подключение черного списка.

 

Примечание: при обратном соединении для «диодного» теста, несмотря на то, что электрод обратной утечки диода мал, но поскольку обратное сопротивление очень велико, согласно закону Ома U=IR, обратное напряжение на обоих концы диода все же больше, обычно около 3В, но почему «не проявляют реакции»? Это связано с тем, что «диодный» файл сына и ах Design Digital Multimeter, чтобы легко судить о проверке полярности диода, специально разработан для использования величины 2 В для перегрузки измеряемого напряжения 3> 2 В в обратной полярности. test, так что это отображение отсутствия ответа, а отображение дисплея все еще перегружено.Несомненно, это удобно для точной оценки полярности диодов, КЗ между полюсами и обрыва цепи.

2. Пример проверки качества работы

Тест преследует три основные цели:

Оценка короткого замыкания из-за перенапряжения

Открыт ли внутренний PN-переход из-за перегрузки по току

Работает ли он при критической мощности а перегрев и ухудшение характеристик?

Вышеуказанные три случая могут привести к тому, что диод перестанет нормально функционировать в цепи и вызовет неисправность цепи.

Перед тестированием вышеприведенная схема должна иметь четкое представление о принципе работы схемы диода, например, диод играет роль выпрямителя в цепи или функции фиксации, ограничения, смещения, защиты или другие функции, и свойства напряжения и тока диода, размер и площадь диода. Есть хорошее количество умов. Только так тест может работать хорошо.

В процессе тестирования следует проанализировать положение и подключение окружающих компонентов, и определить, какое влияние они окажут на результаты измерения диода. Как показано на рисунке выше, для диода VD1 сопротивления R1 и R3 соединены последовательно после того, как 23К будет параллельно VD1. Положительное сопротивление VD1 составляет 18 кОм Омега, а значение измерения положительного сопротивления RAB 10 кОм является нормальным (в это время внутреннее сопротивление двух триодов очень велико, его не нужно учитывать), а измерение обратного сопротивления делает обратное сопротивление очень большое, когда VD1 в норме. Должно быть значение серии R1, R3, то есть RBA 23K 23K является нормальным. Если результаты измеряются, RAB RBA 23K Omega.Это показывает, что VD1 открывается; RAB=RBA=0 показывает поломку VD1. Для диода VD2 ситуация несколько иная. Поскольку конденсатор разделен, статическое измерение VD2 интуитивно понятно и просто.

Тест цепи мостового выпрямителя часто встречается, если предохранитель в порядке, мостовая дорога, как правило, может состоять из четырех диодов без повреждений, с помощью цифрового мультиметра можно использовать для проведения обычного теста для каждой трубки. Если предохранитель сгорел, поломка определенного выпрямительного диода может быть в принципе пробойной в том случае, если нагрузка не имеет ничего общего с нагрузкой, и при измерении будет найдена куча трубок с КЗ.

Выше приведено описание расчета выпрямительного диода и оценка качества, в надежде помочь вам.

Мостовой выпрямитель – обзор

α, β Модулятор тока с пространственным вектором

В зависимости от значений γ k , выходное напряжение ветви мостового выпрямителя может принимать только восемь возможных различных состояний, представленных в виде векторов напряжения в α , β система отсчета (рис. 36.47б) для источников с изолированной нейтралью.

Только с двумя независимыми токами необходимо использовать два компаратора с 3-уровневым гистерезисом для ошибок тока, чтобы точно выбрать все восемь доступных векторов напряжения. Каждый трехуровневый компаратор может быть получен путем суммирования выходов двух компараторов с двумя уровнями каждый. Один из этих двух компараторов ( δ , δ ) имеет большую ширину гистерезиса, а другой ( δ δ ) имеет более узкую ширину гистерезиса.Полосы гистерезиса представлены e и ρ. В таблице 36.1 представлены все возможные выходные комбинации результирующих четырех двухуровневых компараторов, их суммы дают двум трехуровневым компараторам ( δ α , δ ), P lUS вектор напряжения, необходимый для реализации стратегии отслеживания тока. ( i α,r – ​​ i α, β ) = 0 (обеспечение ( i α,r – ​​ i α, 5 α β ) 0 i α, β )/ dt < 0, плюс переменные γ k и компоненты напряжения α, β .

Из анализа добавочного выпрямителя ШИМ сделан вывод, что если, например, применить вектор напряжения 2 ( γ 1 = 1, γ 2 = 1, γ 3 = 0), в форсированном режиме токи i α и i будут уменьшаться. Наоборот, если вектор напряжения 5 (γ 1 = 0, γ 2 = 0, γ 3 = 0) и 3 α α i оба увеличатся.Следовательно, вектор 2 следует выбирать, когда оба тока i α и i превышают соответствующие значения, то есть для δ α = – 1, δ = – 1, следует выбирать, когда оба тока i α и i находятся под соответствующими ссылками, или для δ α = 1, δ = 1. Почти все выходные данные таблицы 36.2 можно заполнить, используя такого рода рассуждения.

ТАБЛИЦА 36.2. Результаты двухуровневого и трехуровневого компараторов, показывающие соответствующий выбор вектора, соответствующие напряжения компонентов γ k и вектора α,β ; векторы отображаются на рис. 36.47b

9016.5
& delta Ьа δ N & alpha; δ Lβ δ Nβ δ α δ β Вектор γ 1 γ 2 γ 3 V α V β
−0. 5 -0.5 -0.596 -0.5 -0.5 -1 -1 -1 -1 2 2 1 1 0 VO / 6 VO / 2
0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -1 -1 -1 2 1 1 0 Vo / 6 Vo / 2
0.5 0,5 −0,5 −0.5 1 -1 -1 3 3 0 1 0 -vo / 6 Vo / 2
-0.5 -0.5 -0.5 -0.5 0 -1 -1 3 3 0 0 -vo / 6 VO / 2
-05 -0. 5 0.5 -0.5 -0.5 0 0 0 или 7 0 или 7 0 или 1 0 или 1 0 0 0 0
0.5 0.5 0.5 0.5 -0.5 -0.5 — 0 0 4 0 1 1 -2 / 3vo 0
0.5 -0.5 0.5 -0.5 0 0 0 или 7 0 или 1 0 или 1 0 или 1 0 0
-0.5 -0.5 -05 0,5 −0.5 -1 -1 0 1 1 0 0 2 / 3vo 0
-0.5 -0.5 -0.5 0.5 -1 1 6 1 0 0 1 -vo / 2 -vo / 2 -vo / 2
-0. 5 -0.5 0.5 0.5 0 1 6 1 0 1 vo/6 -vo/2
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 5 0 0 1 -vo / 6 -vo / 2
-0.5 -0.5 -0.5 -0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0 1 5 5 0 0 1 -vo / 6 -vo / 2
-0.5 0.5 −0,5 0.5 0 0 0 0 или 7 0 или 1 0 или 1 0 или 1 0 0
0.5 0.5 -0.5 0. 5 0.5 1 0 4 4 0 1 1 -2 / 3VO 0
0.5 -0.5 -0.5 0.5 0 0 0 или 7 0 или 1 0 или 1 0 или 1 0 0 −
-0.5 -0.5 -0.5 -1 -1 -1 0 1 1 1 1 0 0 2 / 3vo 0

Случаи, где

δ α = 0, δ β = –1, вектор выбирается по значению текущей ошибки i α (если < 0, то вектор 2, если δ < 0 и δ > 0, то вектор 3).Когда δ α = 0, δ = 1, если δ > 0 и δ α 0, затем вектор 6, Иначе, если δ <0 и δ > 0, то вектор 5. Векторы 0 и 7 выбраны так, чтобы минимизировать частоту переключений (если включены два из трех верхних переключателей, то вектор 7, иначе вектор 0). Декодер пространственных векторов может храниться в таблице поиска (или в СППЗУ), входами которой являются четыре выхода двухуровневого компаратора, а логический результат операций необходим для выбора между векторами 0 и 7.

Применение и эффективность двухполупериодного выпрямителя

Когда я учился, чаще всего задавали вопрос: Уравнение эффективности двухполупериодного выпрямителя и где оно используется.

Также были заданы некоторые другие уравнения, такие как пиковый коэффициент и форм-фактор.

И поскольку эти уравнения содержат математические выражения, именно в этой части я и большинство студентов столкнулись с трудностями.

Поэтому я решил также включить математический вывод этих уравнений двухполупериодного выпрямителя.

Мы уже рассмотрели характеристики и некоторые основы схемы двухполупериодного выпрямителя.

Уравнения двухполупериодного выпрямителя

Каждый тип выпрямителя имеет свой КПД и другие свойства. По сути, есть 3 основных уравнения, связанных с двухполупериодным выпрямителем.

  1. Уравнение эффективности: Сообщает нам, сколько мощности переменного тока или напряжения переменного тока используется этим выпрямителем. Результат приходит в процентах.
  2. Форм-фактор
  3. Пик-фактор

В этой статье я собираюсь описать все это по порядку.

Уравнение эффективности двухполупериодного выпрямителя

Эффективность двухполупериодного выпрямителя определяется как отношение выходной мощности постоянного тока к приложенной входной мощности переменного тока. Следовательно, это дается как;

η = выходная мощность постоянного тока / потребляемая мощность переменного тока

Где η  — эффективность.

Расчет эффективности двухполупериодного выпрямителя:

Пусть приложенное переменное напряжение (выпрямляемое входное напряжение) равно v. И поскольку нам нужно найти максимальный КПД, мы примем его за переменную и предположим, что он равен V m sin θ.

Отсюда

v= V m sin θ      [ V m = V max и, поскольку переменное напряжение имеет синусоидальный характер, sin θ будет очень от 0 до 1]

Примем r 4 прямое сопротивление кварцевого диода и R L — сопротивление нагрузки цепи.

На приведенной ниже диаграмме показаны кривая входного напряжения и выпрямленная выходная волна.

Мгновенное значение тока определяется уравнением:

i = v / (r f + R L )

Как известно,

v

Следовательно,

i = V m sin θ / (r f + R L )

Когда sin θ = 1, то ток = максимальный.Следовательно,

I M = V M / (R F + R L + R L )

Где

I = I M SIN θ

с момента выхода получается через R L Поэтому

DC Power Power = I DC 2 R L

= I AV 2 R L

где,

I AV = ʃ (я Dθ ) / π   …. .(i)

Интегрируем уравнение (i) от 0 до π,

 I av = (1 / π) * ʃ I m sin θ dθ

     = (I m sin / π θ dθ

     = (I m / π) [ – cos θ ]

     = (I m / π) [ -(-1-1)]

= 2 (I m 905)

= (2i M / π)

Следовательно, дана выходная мощность постоянного тока как,

P DC = I DC 2 R L = (2i M / π) 2 R L R L R L

и вход переменного тока AC

P AC = I RMS 2 (R F + R L )

Где

** I среднеквадратичное значение = ʃ (i 2 dθ) / π ….. (ii)

= √ (1 / π) * ʃ I M M 2 SIN 2 θ dθ

= √ (I M 2 / π) * ʃ (1- COS 2θ) / 2 dθ

= √ (I M 2 2 / 2π) * [ʃ dθ — ʃ COS 2θ dθ]

= √ (I M 2 / 2π) * [[[[θ] — [ SIN 2θ / 2]]

= √ (I M 2 2 / 2π) * [π — 0]

= I M / √ 2

Следовательно, вход питания переменного тока дан как

P AC = I RMS 2 (R F + R L + R L )

= (I M / √2) 2 (R F + R L )

Как известно,

Эффективность выпрямителя (η) = P dc / P ac

Поместите значения P dc и P ac из приведенных выше уравнений, следовательно,

η = [ (2I m / π) 2 * R L ] / [( I m / 57 √2) 2905 (r f + R L )]

   = 0. 812 R L / (R F + R L )

= 0.812 / (1+ R F / R L )

Если R F пренебрегают по сравнению с R л то КПД выпрямителя максимальный. Следовательно,

η max =0,812 = 81,2%

Расчет форм-фактора и пикового коэффициента:

Форм-фактор двухполупериодного выпрямителя:

Определяется как отношение среднеквадратичного значения выходного напряжения к среднее значение выходного напряжения.Его уравнение можно представить в виде:

Форм-фактор = среднеквадратичное значение выходного напряжения / среднее значение выходного напряжения

= (В м / √2) / (2 В м / π) = π / 2 √2

Форм-фактор = 1,11

Пиковый коэффициент двухполупериодного выпрямителя
:

Определяется как отношение пикового значения выходного напряжения к среднеквадратичному значению выходного напряжения. Его уравнение может быть представлено следующим образом:

Пиковый коэффициент = Пиковое значение выходного напряжения / Среднеквадратичное значение выходного напряжения

= В м / (В м / √2)

Пиковый коэффициент = √2

Применение двухполупериодного выпрямителя:

Двухполупериодный выпрямитель бывает двух типов: центральный ответвитель и мостовой выпрямитель .Оба этих выпрямителя используются для следующих целей в зависимости от требований.

  • Может использоваться для определения амплитуды модулированного радиосигнала.
  • Может использоваться для подачи поляризованного напряжения при сварке.
  • В основном используется в цепях электропитания.
  • Аудиоусилители
  • Радиоприемники
  • Домашние инверторы

Часто задаваемые вопросы о двухполупериодном выпрямителе

В: Какова формула эффективности двухполупериодного выпрямителя?

Ответ: Формула эффективности двухполупериодного выпрямителя: η = Выходная мощность постоянного тока / Входная мощность переменного тока . Где η — КПД.

В: Каков максимальный и минимальный КПД двухполупериодного выпрямителя?

Ответ: Максимальный КПД двухполупериодного выпрямителя равен 81,2% . Пока минимальная эффективность равна нулю. Максимальная эффективность достигается, когда Sin θ равен 1, а минимальная эффективность достигается, когда Sin θ равен 0.

В: Как повысить эффективность выпрямителя?

Ответ: Лучший способ повысить эффективность выпрямителя — использовать сглаживающие схемы.Сглаживающие схемы имеют меньшее значение пульсаций, а также уменьшают переменную часть выходного сигнала.

В: Каков форм-фактор двухполупериодного выпрямителя?

Ответ: Форм-фактор двухполупериодного выпрямителя равен 1,1 . Это отношение среднеквадратичного значения выходного напряжения к среднему значению выходного напряжения.

В: Каков пиковый коэффициент двухполупериодного выпрямителя?

Ответ: Пиковый коэффициент представляет собой отношение пикового значения выходного напряжения к среднеквадратичному значению выходного напряжения. Для двухполупериодного выпрямителя это √2 .

Надеюсь, вам понравилась эта статья. Для любых предложений, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Мы всегда ценим ваши предложения.

Как рассчитать выходное напряжение мостового выпрямителя? – idswater.com

Как рассчитать выходное напряжение мостового выпрямителя?

Умножьте значение тока I на значение сопротивления R. Полученное число умножьте на 150%. Эта цифра учитывает старение блоков выпрямителей.Используйте полученное число как выходное напряжение схемы двухполупериодного мостового выпрямителя.

Что такое выход диодного моста?

Диодный мост представляет собой компоновку из четырех диодов в конфигурации мостовой схемы, которая обеспечивает одинаковую полярность выхода для любой полярности входа. При использовании в наиболее распространенном приложении для преобразования входного переменного тока (AC) в выходной постоянный (DC) он известен как мостовой выпрямитель.

Какое выходное напряжение мостового выпрямителя?

Соображения по проектированию схемы мостового выпрямителя Поскольку в большинстве мостовых выпрямителей используются кремниевые диоды, это падение будет минимум 1.2 вольта и будет увеличиваться по мере увеличения тока. Соответственно, максимальное выходное напряжение, которое может быть достигнуто, составляет минимум 1,2 вольта ниже пикового напряжения на входе переменного тока.

Каково среднее постоянное напряжение мостового выпрямителя?

Отрицательный полупериод Поскольку ток, протекающий через нагрузку, является однонаправленным, поэтому напряжение, развиваемое на нагрузке, также является однонаправленным, как и в предыдущем двухдиодном двухполупериодном выпрямителе, поэтому среднее постоянное напряжение на нагрузке равно 0.637 Вмакс.

Каков КПД мостового выпрямителя?

Эффективность мостового выпрямителя Эффективность выпрямителя определяется как отношение выходной мощности постоянного тока к входной мощности переменного тока. Примечание. Мостовой выпрямитель имеет максимальный КПД 81,2%.

Снижает ли мостовой выпрямитель напряжение?

Мостовое выпрямление имеет потерю двух диодных капель. Это снижает выходное напряжение и ограничивает доступное выходное напряжение, если необходимо выпрямить очень низкое переменное напряжение.

Как рассчитать выход постоянного тока?

С помощью закона Ома можно рассчитать напряжение (V), ток (I) и сопротивление (R) цепи постоянного тока. Отсюда вы также можете рассчитать мощность в любой точке цепи. Следуйте закону Ома: напряжение (В) = ток (I), умноженный на сопротивление (R).

По какой формуле рассчитывается напряжение постоянного тока двухполупериодного мостового выпрямителя?

Вы должны получить синусоиду 120VRMS36=3.3VRMS, или VPEAK=3.3∗√2=4.67VPK на выходе трансформатора, так как это понижающий трансформатор 36:1.

Каков принцип работы мостового выпрямителя?

Как работает мостовой выпрямитель? В мостовых выпрямителях используются четыре диода, которые удачно 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.

энергий | Бесплатный полнотекстовый | Сравнение моделей однофазных диодных мостовых выпрямителей для их использования в исследованиях гармоник со многими устройствами

1.Введение

Гармонические искажения в энергосистеме, особенно на уровне распределения, в значительной степени вызваны совместным вкладом большого количества небольших устройств.

Излучение одного отдельного устройства не представляет большого интереса для сети, но комбинированное излучение многих таких устройств оказывает значительное влияние на сеть низкого напряжения.

Чтобы понять комбинированное излучение, нужно понять излучение от отдельных устройств. Детальное моделирование всех этих устройств на практике невозможно даже для относительно небольших участков сети, таких как распределительный трансформатор с несколькими десятками бытовых потребителей.Проблема становится еще более серьезной из-за сильно меняющегося характера выбросов, требующего использования стохастических методов. Решение этой задачи требует достаточно простых, но достаточно точных моделей. Рассмотрение всех устройств как фиксированных источников гармонического тока позволяет провести простой расчет, но это может привести к значительному завышению результирующего гармонического напряжения [1] и, в некоторых случаях, к его занижению [2]. Кроме того, искажение напряжения на клеммах устройства оказывает большое влияние на гармоники тока, вызывая изменения рабочей точки устройства за счет нелинейного взаимодействия [3].Излучение отдельных устройств также зависит от входного комплексного импеданса устройства [4,5]. Принимая во внимание вышеупомянутые зависимости, в нескольких исследованиях были предсказаны характеристики гармоник и рассмотрено, как такие устройства взаимодействуют друг с другом и с сетью [6, 7,8,9]. Значительное количество маломощной электроники в низковольтном оборудовании оснащено диодным мостовым выпрямителем с конденсаторным фильтром в качестве входной части преобразователя переменного тока в постоянный. Цифры из недавних исследований показывают, что электронные нагрузки с тем или иным выпрямлением составляют 22–50% от общего потребления электроэнергии [10,11].Сюда входят зарядные устройства для аккумуляторов, лампы и другие развлекательные и офисные устройства. Входной ток этих нагрузок характеризуется импульсной формой волны с гармоническими искажениями полного тока (THDI), как правило, в диапазоне 40–190 % [12, 13,14,15,16,17,18]. Содержание гармоник сильно зависит от нескольких внутренних и внешних факторов, таких как размер конденсатора постоянного тока, импеданс источника и искажение напряжения на клеммах устройства [1, 4, 19]. Исследования по изучению диодных мостовых выпрямителей показывают множество подходов к определение входного тока.В большинстве этих исследований используются численные модели или наблюдения за измерениями для отображения закономерностей или прогнозирования общего поведения. Некоторые примеры экспериментальной характеристики описаны в [20,21,22], а исследования, основанные на численных решениях, представлены в [4,23]. Совсем недавно было показано, что метод, описанный в [24], основанный на итеративном расчете с использованием проводимости Нортона, достаточно точен при оценке входного тока для любой нелинейной нагрузки, включая диодные мостовые выпрямители. В [25] гармоники тока в режиме непрерывной проводимости (CCM) и режиме прерывистой проводимости (DCM) описываются как набор параметров, полученных в результате измерений и моделирования.Исследования [1, 5, 12, 13, 26, 27, 28, 29, 30] дают различные аналитические объяснения того, как ведут себя отдельные гармоники в зависимости, например, от импеданса источника и искажения фонового напряжения. Некоторый анализ, основанный на этих моделях, можно найти в [10,19,31]. Некоторые из этих моделей были первоначально разработаны для изучения излучения гармоник отдельными и совокупными устройствами. Для отдельных устройств в этом больше нет необходимости благодаря наличию точных инструментов моделирования, таких как PSPICE и PSCAD-EMTDC.Потребность в упрощенных моделях остается из-за практической невозможности применения таких инструментов моделирования к большому количеству устройств в стохастических исследованиях. Точные выражения для изучения поведения диодных мостовых выпрямителей слишком сложны для общего анализа, как подчеркивается в [4,22]. ]. Детализированные и точные модели связаны с большим временем расчета, особенно при наличии множества различных устройств. Стохастический характер означает, что такие расчеты необходимо повторять для многих различных комбинаций устройств.Это серьезный барьер при изучении распространения гармоник по сети стохастическим способом [32,33]. Для этого нужны упрощенные, но достаточно точные модели. Вышеупомянутые упрощенные модели, хотя изначально и не разрабатывались для этой цели, могут быть кандидатами для таких приложений. Однако сравнение их точности по-прежнему отсутствует. Таким образом, центральный вопрос в этом исследовании касается точности, преимуществ и недостатков каждой модели в свете гармонических исследований.

В этой статье сравнивается ряд моделей однофазных мостовых диодных выпрямителей по сложности и точности, как они представлены в литературе. Там, где это уместно, производительность также используется как в сценариях CCM, так и в сценариях DCM. Модели были выбраны на основе их оригинальности и способности математически характеризовать входной ток из ограниченного набора параметров, обычно доступных в гармоническом анализе. Модели, основанные на измерениях для характеристики значений компонентов, выходят за рамки данного исследования, поскольку на практике невозможно выполнить такие измерения на большей части устройств.Точность каждой модели сравнивается с эталоном, полученным в результате подробного численного решения.

Кроме того, проводится углубленный анализ, чтобы выделить преимущества и недостатки моделей и наиболее важные факторы, определяющие характеристики гармоник тока. Оценка выполняется при различных фоновых напряжениях и импедансах системы. Компромисс между точностью и сложностью модели был важным фактором при анализе результатов.

В разделе 2 представлены представления диодного мостового выпрямителя, которые могут быть пригодны для гармонического анализа для случаев со многими устройствами и многими комбинациями устройств, которые необходимо изучить. Этот раздел также включает в себя рассмотрение основных характеристик моделей. Раздел 3 посвящен описанию структуры оценки. Результаты производительности во временной и частотной областях с акцентом на гармонический анализ представлены в Разделе 4 и Разделе 5 соответственно. В разделе 6 представлен краткий анализ вычислительных затрат, необходимых для различных моделей.В разделе 7 обсуждаются результаты с точки зрения практического применения, и определяются области для дальнейших исследований. Наконец, в заключительном разделе делаются выводы.

2. Модели гармонического анализа

На рис. 1а показано представление схемы, обычно используемое в исследованиях гармоник, с учетом мостового диодного выпрямителя с конденсаторной фильтрацией, подключенного к энергосистеме. Когда величина мгновенного напряжения питания Uth(θ) превышает мгновенное значение конденсатора напряжения, диоды d1 и d4 (или d2 и d3) будут проводить и заряжать конденсатор, характеризуя период заряда (рис. 1б), и уравнения в этом случае таковы:

Uth(θ)=Rtis(θ)+ωLtdis(θ)dθ+uo(θ)is(θ)=ωCduo(θ)dθ+uo(θ)Req

(1)

Когда ток через диоды становится равным нулю, диоды перестают проводить ток, и конденсатор C разряжается через сопротивление нагрузки Req, как показано на рисунке 1c.В этом случае мгновенное выходное напряжение uo(θ) можно найти по формуле:

uo(θ)=uo,maxe−θ/CReq

(2)

Уравнения (1) и (2) работают совместно с определением моментов начала и окончания проведения. В связи с этим разные методы дают разные решения. На основе этого базового представления в данном исследовании анализируются шесть аналитических моделей однофазных двухполупериодных мостовых выпрямителей, приведенных в таблице 1, различающихся по применению и сложности.

Модели описываются алгебраическими уравнениями для оценки входного тока с учетом синусоидального напряжения питания, характеристик переключения идеальных диодов и режимов зарядки/разрядки конденсаторов в зависимости от эквивалентной резистивной нагрузки. Некоторые модели учитывают также искажения источника напряжения, импеданс системы питания, неидеальность диода и возможность включения прерывистого режима проводимости, т. е. когда входной ток характеризуется множественными импульсами в течение одного полупериода.С практической точки зрения все модели имеют применимость в зависимости от требуемой точности и уровня сложности. Однако только модели A и C могут оценить входной ток при искажении источника напряжения и импедансе источника с некоторым реактивным сопротивлением. Модель B также учитывает реактивное сопротивление источника, но пренебрегает искажением напряжения, в то время как модели D, E и F проще, поскольку они предполагают идеальность как импеданса источника, так и напряжения.

2.1. Модель Мансура (Модель А)
Эта модель описана в [5] и является расширением предыдущей версии, рассматривающей источник синусоидального напряжения [1].На основе схемы, показанной на рисунке 1, два дифференциальных уравнения, определенные в (1), решаются с помощью преобразования Лапласа, где Uth(θ) определяется как:

Uth(θ)=(2)En∑nsin(nθ+ϕn)

(3)

Начальный и конечный углы для периода проводимости, θ1 и θ2, определяются из двух граничных условий в установившемся режиме с использованием итерационного численного подхода. Модель дает аналитическое выражение для расчета входного тока во временной области:

is(θ)=∑n=1NC1nes1(θ−θ1)+∑n=1NC2nes2(θ−θ1)+2α2∑n=1NEnC3ncos[n(θ−θ1)]+2α2∑n=1NEnC4nnsin[n(θ−θ1) )]

(4)

где описание констант α2, от C1n до C4n, а также s1 и s2 включены в Приложение A.
2.2. Модель Аррилага (модель E)
Модель, описанная в [26], проще предыдущей модели. Гармоники импульса тока оцениваются с помощью следующего выражения ряда Фурье:

In=8αIπ∑n=1,3,5∞cos(nαπ)1−n2α2π2cos(nωt)

(5)

где I — пиковое значение импульса, а α = θ/T — его продолжительность как доля основного периода цикла T. Выражения для получения I и θ не даны и должны быть предварительно приняты или, альтернативно, оценены посредством измерений или численного моделирования.Несмотря на то, что эти требования затрудняют сравнение с другими методами, представленными в этой статье, этот метод все же полезен для исследования гармоник благодаря его простоте, когда эти две характеристики хорошо известны.
2.3. Модель Мохана (Модель B)
Представленная в [12] модель Мохана и др. разработана на основе подобных дифференциальных уравнений, что и в (1). Заметным отличием от модели Мансура (А) является то, что модель Мохана (В) использует трапециевидное правило интегрирования для решения дифференциальных уравнений. Начальный и конечный углы проводимости θ1 и θ2 получаются итерационным процессом с использованием тех же граничных условий, что и в модели Мансура (А) [5]. Исходя из этого, модель дает аналитическое выражение с учетом комплексного импеданса источника для входного тока.
2.4. Модель с прерывистым режимом проводимости (Модель C)

При достаточно высоких искажениях напряжения на клеммах устройства диоды d1 и d4 (или d2 и d3) могут проводить более одного интервала времени в течение одного полупериода.Это известно как режим прерывистой проводимости (DCM).

В то время как модель Мансура (A) учитывает только СКК, Carpinelli et al. [27] воспользовались моделью Мансура (A) при рассмотрении искаженной формы сигнала напряжения и на основе тех же уравнений разработали расширенную модель, включающую DCM. Модель Карпинелли (С) рассматривает МКК как частный случай ДКМ и представляет собой численный метод, основанный на итерационной процедуре получения начального и конечного углов для каждого периода проводимости.
2.5. Модель постоянного напряжения постоянного тока (модель F)
Предполагая, среди прочего, чисто резистивный источник R и постоянное выходное напряжение постоянного тока, Боллен и Гу [13] получили упрощенную модель. Идеализация заключается в предположении, что переменное напряжение является синусоидальным (т. е. Uth=2E1sin(θ)) и что ток на стороне переменного тока мгновенно меняет направление. Хотя напряжение постоянного тока не является полностью постоянным, в действительности, из-за его зависимости от нагрузки постоянного тока, а также от напряжения переменного тока и импеданса источника, в устойчивом состоянии оно считается постоянным и рассчитывается с использованием закона сохранения заряда.Период проводимости рассчитывается путем приравнивания напряжений переменного и постоянного тока, что приводит к следующему алгебраическому уравнению для входного тока:

is(θ)=Uth(θ)−uo(θ1))R

(6)

где uo(θ1)=2E1sinθ1 и θ1=ωt1 — начальный угол проведения и время прекращения проведения, происходящее в момент времени ω(π/ω−t1) (полцикла минус начало проведения). Длительность положительного импульса от t1 до π/ω−t1, которая составляет долю полупериода, получается как:

αc=[t1→πω−t1]=1−2πarcsinuo(θ1)2E1

(7)

2.6. Кусочная модель диода (модель D)
Исследование, представленное в [30] J. Guerra-Pulido, описывает углубленный анализ различных математических выражений, обычно используемых в полуполупериодных и двухполупериодных выпрямителях с фильтрами. Хотя работа имеет образовательную цель, выводы актуальны и для других приложений. Алгебраическое уравнение для входного тока (t) с учетом кусочной модели, подходящей для изучения воздействия диода, определяется следующим образом:

is(t)=Iske-tC1Req+1RD+2E11+(ωReqC)2(ωReqRDC)2+(Req+RD)2sinωt+atan(ωReqC)-atanωReqRDCReq+RD-VTDReq+RD

(8)

где Isk — константа, которую можно найти из условия, что ток диода должен быть равен нулю в момент начала проводимости.
2.7. Численное моделирование (Ref)

Помимо вышеупомянутых методов, существует несколько методов получения is(θ) с использованием численных решений.

Обычно численные решения используют интерактивную процедуру для получения решения в пределах заранее определенных допусков. Различия между численными решениями в основном зависят от способа описания схемы и выполнения численного интегрирования.

В исследованиях гармоник и анализе цепей обычно используются программы для выполнения численного моделирования, такие как Программа электромагнитных переходных процессов (EMTP) и SPICE [34].EMTP использует узловой анализ с интеграцией трапецеидального правила для решения электромагнитных переходных процессов, в то время как SPICE использует зубчатые и/или трапециевидные методы интегрирования. В частности, в SPICE алгоритмы сначала формируют набор узловых уравнений, основанных на законе тока Кирхгофа (KCL) для схемы. Затем уравнения преобразуются в матричную форму и выполняется исключение Гаусса для формирования верхней треугольной матрицы, которая решается с использованием обратной подстановки. Исходя из этого, SPICE пытается итеративно решить матрицу узловых напряжений, удовлетворяющих KCL, путем формирования уравнения вида [G][V]=[I].

По сравнению с аналитическими методами численные методы требуют больше вычислительных ресурсов. Точность зависит от правильного описания компонента и допусков моделирования. Тем не менее, его результаты по-прежнему предпочтительнее с точки зрения измерений в качестве эталона, поскольку устраняется неопределенность значений компонентов и процесса измерения.

3. Структура оценки модели

Для оценки производительности моделей была рассмотрена тестовая структура, учитывающая параметры схемы, перечисленные в Таблице 2 и Таблице 3.

Общее сопротивление Rt = 1 Ом рассматривалось при условии сочетания слабой сети и дополнительного сопротивления, создаваемого кабелями и компонентами защиты, обычно используемыми в низковольтных установках.

Использовались четыре характеристики напряжения, описанные в таблице 4: чистая синусоидальная (SI), заостренная (PT), плоская 1 (FT1) и плоская 2 (FT2). PT и FT1 были взяты из [35], в то время как FT2 был определен для проверки работы в режиме прерывистой проводимости с соблюдением пределов гармоник напряжения, указанных в [36].

4. Анализ во временной области

На рис. 2 показаны формы сигналов напряжения и тока, полученные пятью различными методами для синусоидального напряжения (SI) и резистивного импеданса источника (Z1). Метод E опущен из-за зависимости от априорных входных данных, как обсуждалось в разделе 2. Мы рассматривали параметры схемы, перечисленные в таблице 2. Результаты моделей сравнивались с численным решением с использованием PSpice [37], обозначенным как Ref. Для моделирования были рассмотрены диоды Шоттки 1N5820 и стандартные параметры моделирования программы PSpice.На рисунке 2 мы наблюдаем несколько различий в форме сигналов напряжения и тока, в основном в начальных и конечных фазовых углах и максимальном значении импульса тока. Принимая за эталон пиковый ток, полученный из численного решения (синий), который составляет приблизительно 2,32 А, пиковый ток, полученный из аналитических моделей, больше в диапазоне от 6,06% (т.е. модель B) до 7,35% (т.е. , для модели D). Одна из гипотез, объясняющая разницу, заключается в том, что численный метод имеет более точный период проводимости, влияющий непосредственно на пик тока (т.е., симуляция имеет более низкий допуск на сходимость решения по сравнению с решениями аналитической модели). Рассматривая более реалистичный сценарий с искажением источника напряжения и индуктивным импедансом источника, на рисунке 3 показаны формы сигналов тока и напряжения, полученные из моделей A и C для плоских верхние 2 источника напряжения (FT2) и сопротивление индуктивной сети (Z3). Используя те же параметры, на нижнем графике показаны результирующие формы сигналов тока и напряжения с использованием численного решения (Ref). Как видно на рисунке 3, ток, полученный с использованием модели A, представляет собой колебание с обратной проводимостью, что нереально.Ток, полученный с использованием модели C, правильно приводит к прерывистой проводимости, что подтверждается численным решением. Обратите внимание, что модель C аналогична модели A для периодов проводимости, поскольку модель C использует одно и то же аналитическое выражение для каждого из двух состояний. полное сопротивление системы. Для всех оцененных импедансов сети существуют различия в максимальном значении тока и углах проводимости.В целом, численное решение представляет более низкий пиковый ток по сравнению с результатами аналитических моделей. Это происходит потому, что время проводимости, определяемое Δθ из численного решения, больше, чем Δθ из аналитических моделей. Это происходит потому, что входной ток продолжается после того, как входное напряжение достигает своего пика. Более подробное объяснение этого явления можно найти в [30]. В табл. 6 приведены результаты для искаженного источника напряжения. Поскольку формы сигналов с плоской и заостренной вершиной не могут создать какой-либо разрыв в токе, результаты для моделей A и C одинаковы.Однако сигнал с плоской вершиной FT2 приводит к прерывистой проводимости, что видно по наличию двух периодов проводимости. Основные различия в полученных значениях возникают для выходного постоянного напряжения и углов проводимости.

5.

Анализ в частотной области На рис. 4 показаны гармоники тока, полученные с помощью различных моделей с учетом источника чисто синусоидального напряжения (SI) и эквивалентного импеданса системы Z3. Значения даны в процентах с использованием основной гармоники тока в качестве эталона.

Большинство моделей имеют хорошую точность, а результаты немного выше эталонных для всего диапазона гармоник.

Максимальная ошибка THDI, заданная моделями A, B, C и D, составляет 2,74 %, в то время как ошибка отдельной гармоники увеличивается с порядком гармоники. Например, для гармоник до 13-го порядка погрешность составляет менее 6,58 %, а для гармоник выше 35-го порядка она может превышать 25 %.

Модель F (модель с постоянным током) имеет наибольшую погрешность, особенно для высших порядков гармоник.Гармонический ток имеет тенденцию оставаться выше эталонного до 21-го гармонического порядка. После этого порядка гармоники становятся ниже опорного. Например, для третьего гармонического порядка ошибка составляет всего 0,70 %, а для 13-го порядка она увеличивается до 18,55 %.

Когда влияние искажения источника напряжения имеет значение, модель Карпинелли (C) является более точной, чем модель Мансура (A), как видно на рисунке 5.

Для всего диапазона гармоник модель C дает небольшую ошибку THDI по сравнению с ссылка.Ошибка THDI модели C составляет всего 0,65%, тогда как модель D дает ошибку, равную 12,67%. Погрешность для отдельных гармоник, полученная по модели С, составляет менее 2,82 % для гармоник ниже 15-го порядка, в то время как в том же диапазоне модель А дает погрешность более 22 %.

6. Вычислительная сложность

Помимо точности моделей, их вычислительная сложность имеет решающее значение, так как она определяет необходимое время и выполнимость гармонического анализа. Простой эталон сложности моделей можно оценить по необходимому времени, необходимому для обработки результатов при заданном фоновом напряжении, как показано в таблице 7.Результаты из таблицы 7 подтверждают, что аналитические модели намного быстрее, чем численное решение. Модели B и F обеспечивают лучшую вычислительную производительность по сравнению с другими моделями. Требуемое вычислительное время увеличивается в зависимости от формы сигнала напряжения. Для более искаженной формы сигнала напряжения (например, FT2) требуется больше вычислительного времени, достигающего около 72% времени, необходимого для получения численного решения.

7. Обсуждение

7.1. Применимость моделей

Это исследование показывает, что большинство аналитических моделей обеспечивают достаточную точность описания входного тока в установившемся режиме по сравнению с численным решением.Ни одна из моделей не дает совершенно неверных результатов при умеренных искажениях фонового напряжения, но все модели имеют некоторые ограничения в их применимости.

Модель постоянного напряжения постоянного тока (F) имеет наибольшую ошибку. Однако, несмотря на свою простоту, она единственная не требует численного решения. Это обеспечивает самое быстрое решение при сохранении точности, которой может быть достаточно для некоторых приложений. Для больших стохастических исследований (например, при рассмотрении нескольких десятков потребителей с несколькими и отдельными однофазными мостовыми выпрямителями) это может быть единственно возможной моделью для быстрой оценки гармонических искажений.

Для стохастических исследований среднего размера также могут быть возможны модели A, B, C и D. Результаты для этих четырех моделей очень похожи, как показано на рисунке 4. Отклонение от эталонной модели примерно одинаково для всех них. Дополнительная сложность, вносимая в некоторые модели, не окупается для исследований средней сложности. В этом контексте выбор должен основываться на том, следует ли учитывать искажение фонового напряжения и DCM. Если эти два фактора не имеют значения, модель B дает самое простое решение.Все модели учитывают влияние искажения напряжения из-за самого устройства или аналогичных устройств поблизости, но только некоторые из моделей (например, A и C) учитывают влияние искажения напряжения из-за внешних источников («искажение фонового напряжения»). . Как показано на рисунке 5, именно здесь результаты модели C ближе к эталонной модели (Ref), чем результаты модели A. Разница относительно велика. При включении искажения фонового напряжения обычно требуются довольно точные результаты.Это означает, что стохастические исследования или подробные исследования со многими компонентами по-прежнему невозможны. Что касается масштаба системы, итеративный численный подход, необходимый для большинства аналитических моделей, создаст дополнительную сложность для сходимости решения потока мощности. В этом отношении простые модели, такие как модель F, имеют значительные преимущества, поскольку производительность в меньшей степени зависит от решения для потока мощности. В энергосистеме аналитические модели, использующие итерационные численные подходы, такие как модели A, B, C и D, будут иметь другое поведение по сравнению с отдельными характеристиками.Время вычислений, указанное в таблице 7, допустимо только в качестве справочного значения в установившемся режиме. Есть проблемы с агрегированием, и система может не сходиться в нескольких аналитических моделях.
7.2. Аналитическая модель и численное решение

Численные методы по-прежнему являются лучшим выбором, если речь идет о точности. Однако, даже принимая во внимание простую схему однофазного мостового выпрямителя, вычислительные затраты являются серьезным ограничением, особенно если система содержит несколько устройств.Рассмотрение искажения фонового напряжения в целом еще больше усложняет итеративному процессу достижение сходимости.

Модели, основанные на аналитических выражениях, часто намного быстрее дают результаты по сравнению с численными методами. Кроме того, эти модели сразу же дают стационарное решение, что желательно при изучении гармоник. Мы также можем заметить, что все модели имели определенные отличия и ограничения по сравнению с численными решениями. По мере увеличения элементов в математических выражениях (т.д., лучшие модели диодов, искажение фонового напряжения и т. д.), точность улучшится, но возрастет сложность.

Методы, основанные на аналитических выражениях, в большинстве случаев зависят от решения трансцендентных уравнений, из чего следует, что решение может быть получено только численным методом. Однако эти методы легко достигают сходимости и, как правило, быстрее, чем численное решение с учетом всех деталей схемы.

7.3. Прерывистый и непрерывный режим
В исследовании Карпинелли [27] упоминается, что при нормальной работе редко можно получить более трех интервалов проводимости.Наиболее частым сценарием был только один интервал проведения, а в некоторых случаях два или три. Этот вывод был сделан почти два десятилетия назад на основе ограниченного набора измерений в гармоническом диапазоне. При быстром включении нелинейных нагрузок этот сценарий может перестать быть репрезентативным. Хотя наиболее распространенным сценарием является только один интервал проводимости (CCM), при определенном фоновом напряжении и импедансе системы может произойти срабатывание DCM, что повлияет на производительность устройств. Например, исследование, представленное в [38], показало, что ДКМ возникает на частотах выше 2 кГц, влияя на интенсивность света светодиодных ламп.

Когда выпрямленная нагрузка подвергается искажению напряжения с плоской вершиной, более вероятно создание прерывистой проводимости, поскольку плоский интервал остается ближе к напряжению постоянного тока в течение более длительного периода цикла. В данном конкретном случае высшие гармоники создают колебания в области, где близки переменное и постоянное напряжения. В результате импульс тока искажается повторяющейся частичной зарядкой и разрядкой конденсатора. Вероятность DCM дополнительно увеличивается, если фаза гармоники помещает пик гармоники близко к области пересечения нуля.Кроме того, динамическая нагрузка постоянного тока также может создавать DCM, а не только тот факт, что источник напряжения искажается. Например, зарядное устройство для аккумуляторов изменяет эквивалентное сопротивление в процессе зарядки. ДКМ может возникать на разных стадиях процесса зарядки.

Таким образом, исследования гармоник становятся особенно интересными для случаев с высокими искажениями, где более вероятно возникновение ДКМ. В этом отношении модель С была бы подходящим кандидатом для стохастических исследований, несмотря на то, что она имеет самую сложную структуру среди оцениваемых моделей.

7.4. Ограничения доступных методов
В целом, методы, оцененные в этом исследовании, демонстрируют различия в начальных и конечных фазовых углах по сравнению с эталоном; это приводит к небольшим отклонениям, особенно в представлении во временной области. Кроме того, в большинстве методов не учитываются искажения фонового напряжения, что является обычной реальностью для большинства приложений и может привести к нелинейному взаимодействию [3]. Как показано в разделах 4 и 5, модели, учитывающие искажения фонового напряжения, обладают большей точностью.Кроме того, некоторые модели не учитывают индуктивность в импедансе системы, что еще больше ограничивает их практическое применение.

Другим ограничением является предположение об идеальных диодах, за исключением модели D. Для уровня источника высокого напряжения постоянным падением напряжения, создаваемым диодами, VTD, можно пренебречь, но по мере уменьшения входного напряжения важность рассмотрения более точной модели диода увеличивается, поскольку VTD будет влиять на пик тока и период проводимости.

Внутреннее сопротивление диода RD также имеет большое значение, особенно в мощных сетях.Предполагая, что общее сопротивление, видимое устройством, будет состоять из сопротивления сети и локальной системы плюс внутреннее сопротивление диодов (т. е. Rt=Rth+R1+2×RD, так как два проводящих диода всегда включены последовательно), соотношение между сопротивлением имеет значение. Например, если мы рассмотрим системную сеть с Rth+R1=0,4 Ом и диоды с RD=0,1 Ом (т. е. обычное значение, используемое в исследованиях моделирования), внутреннее сопротивление диодов будет составлять одну треть от общего сопротивления. .

Последнее замечание следует также сделать относительно эквивалентной нагрузки постоянного тока. Все модели, представленные в этом исследовании, предполагают резистивную нагрузку на основе характеристик напряжения и тока внутренних цепей (например, преобразователей постоянного тока и ККМ). Хотя по этому предположению существует общее согласие, неясно, как нагрузки с набором индуктивных и емкостных характеристик могут повлиять на результаты.

7.5. Будущая работа

На основе результатов, представленных в этом исследовании, авторы предлагают провести дальнейшие исследования в следующих областях:

  • Агрегация похожих, но не совсем одинаковых устройств, т.е.например, различные диодные мостовые выпрямители, например, с конденсаторами разной емкости.

  • Аналогичные упрощенные модели для других типов устройств, например, трехфазных выпрямителей и устройств с автоматическим регулятором коэффициента мощности (APFC).

  • Подходящие, но упрощенные модели для случаев с высоким уровнем искажений.

  • Применение моделей в стохастических моделях для сравнения стохастических результатов для простых и точных моделей.

  • Применение моделей в гармонических исследованиях с учетом распределительных сетей с различными характеристиками.

  • Модели, в которых учитываются более подробные нагрузки постоянного тока, т. е. включая индуктивные и емкостные характеристики, а также нелинейные нагрузки постоянного тока.

8. Выводы

В данной статье проводится сравнение различных аналитических моделей однофазных диодных мостовых выпрямителей. Модели оценивались и сравнивались с численным решением при различных искажениях фонового напряжения и эквивалентном импедансе системы.

Точность большинства аналитических моделей достаточна для того, чтобы сделать их альтернативой численному решению с низкими вычислительными затратами.

Результаты показывают, что в целом аналитические модели дают разумное представление о входном токе во временной и частотной областях для непрерывного режима проводимости. Наибольшая ошибка наблюдается на высших порядках гармоник.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.