Napięcie przemienne jest dostarczane z organizacji dostarczającej energię do odbiorców. Wynika to ze specyfiki transportu energii elektrycznej. Jednak większość domowych (i częściowo przemysłowych) odbiorników elektrycznych wymaga zasilania o stałym napięciu. Aby to uzyskać, wymagane są konwertery. W wielu przypadkach budowane są według schematu „transformator obniżający napięcie – prostownik – filtr wygładzający” (z wyjątkiem zasilacze impulsowe). Diody połączone w obwód mostkowy służą jako prostownik.
Zawartość
Do czego służy mostek diodowy i jak działa
Mostek diodowy jest używany jako obwód prostowniczy, który przekształca napięcie AC na DC. Zasada jego działania opiera się na przewodzeniu jednokierunkowym - właściwości diody półprzewodnikowej do przepuszczania prądu tylko w jednym kierunku.Pojedyncza dioda może również służyć jako najprostszy prostownik.
Przy takim włączeniu niższy (negatywny) część sinusoidy jest „odcięta”. Ta metoda ma wady:
- kształt napięcia wyjściowego jest daleki od stałego, wymagany jest duży i nieporęczny kondensator jako filtr wygładzający;
- moc prądu przemiennego jest używana maksymalnie w połowie.
Prąd płynący przez obciążenie jest zgodny z kształtem napięcia wyjściowego. Dlatego lepiej jest zastosować prostownik pełnookresowy w postaci mostka diodowego. Jeśli włączysz cztery diody zgodnie ze wskazanym schematem i podłączysz obciążenie, to po przyłożeniu napięcia przemiennego do wejścia urządzenie będzie działać w następujący sposób:
Przy napięciu dodatnim (górna część sinusoidy, czerwona strzałka) prąd przepływa przez diodę VD2, obciążenie VD3. Z ujemnym (dolna część sinusoidy, zielona strzałka) przez diodę VD4, obciążenie, VD1. W rezultacie w jednym okresie prąd przepływa przez ładunek dwukrotnie w tym samym kierunku.
Przebieg napięcia wyjściowego jest znacznie bliższy linii prostej, chociaż poziom tętnień jest dość wysoki. Moc źródła jest w pełni wykorzystana.
Jeśli istnieje źródło napięcia trójfazowego o wymaganej amplitudzie, możesz wykonać mostek zgodnie z następującym schematem:
W nim do obciążenia zostaną dodane trzy prądy, powtarzające kształt napięcia wyjściowego, z przesunięciem fazowym o 120 stopni:
Napięcie wyjściowe obejmie szczyty sinusoid. Widać, że napięcie pulsuje znacznie słabiej niż w obwodzie jednofazowym, jego kształt jest bliższy linii prostej. W takim przypadku pojemność filtra wygładzającego będzie minimalna.
I kolejna wersja mostu - sterowana.W nim dwie diody zostały zastąpione tyrystorami - urządzeniami elektronicznymi, które otwierają się po przyłożeniu sygnału do elektrody sterującej. W formie otwartej tyrystory zachowują się prawie jak zwykłe diody. Schemat wygląda tak:
Sygnały załączające podawane są z obwodu sterującego w ustalonych godzinach, wyłączenie następuje w momencie przejścia napięcia przez zero. Następnie napięcie na kondensatorze jest uśredniane i ten średni poziom można kontrolować.
Oznaczenie mostka diodowego i schemat połączeń
Ponieważ mostek diodowy może być zbudowany według różnych schematów i zawiera niewiele elementów, w większości przypadków oznaczenie zespołu prostownika wykonuje się po prostu rysując jego schemat obwodu. Jeśli jest to niedopuszczalne – na przykład w przypadku budowania schematu blokowego – mostek jest oznaczony symbolem, który wskazuje na dowolną przetwornicę AC-DC:
Litera „~” oznacza łańcuchy prąd przemienny, symbol "=" - obwody DC, a "+" i "-" - polaryzacja wyjściowa.
Jeśli prostownik jest zbudowany zgodnie z klasycznym obwodem mostkowym 4 diod, dozwolony jest nieco uproszczony obraz:
Wejście prostownika jest połączone z zaciskami wyjściowymi źródła prądu przemiennego (w większości przypadków jest to transformator obniżający napięcie) bez zachowania biegunowości - dowolny zacisk wyjściowy jest podłączony do dowolnego wejścia. Wyjście mostka jest podłączone do obciążenia. Może, ale nie musi, wymagać polaryzacji (w tym stabilizatora, filtra wygładzającego).
Mostek diodowy można podłączyć do stałego źródła napięcia.W takim przypadku uzyskuje się układ zabezpieczający przed niezamierzonym odwróceniem polaryzacji – przy każdym połączeniu wejść mostka z wyjściem zasilacza polaryzacja napięcia na jego wyjściu nie ulegnie zmianie.
Główne cechy techniczne
Wybierając diody lub gotowy mostek przede wszystkim trzeba się przyjrzeć maksymalny roboczy prąd przewodzenia. Powinien z pewnym marginesem przekraczać prąd obciążenia. Jeśli ta wartość jest nieznana, ale moc jest znana, należy ją przeliczyć na prąd zgodnie ze wzorem Iload \u003d Pload / Uout. Aby zwiększyć dopuszczalny prąd, urządzenia półprzewodnikowe można łączyć równolegle - największy prąd obciążenia jest dzielony przez liczbę diod. W takim przypadku lepiej jest wybrać diody w jednej gałęzi mostka zgodnie z zbliżoną wartością spadku napięcia w stanie otwartym.
Drugim ważnym parametrem jest napięcie przewodzeniadla których projektowany jest most lub jego elementy. Nie może być niższa niż napięcie wyjściowe źródła prądu przemiennego (wartość szczytowa!). Aby zapewnić niezawodne działanie urządzenia, musisz wziąć margines 20-30%. Aby zwiększyć dopuszczalne napięcie, diody można łączyć szeregowo - w każdym ramieniu mostka.
Te dwa parametry wystarczą do wstępnej decyzji o zastosowaniu diod w urządzeniu prostownikowym, ale należy również wziąć pod uwagę kilka innych cech:
- maksymalna częstotliwość pracy - zwykle kilka kiloherców i nie ma znaczenia przy pracy na częstotliwościach przemysłowych 50 lub 100 Hz, a jeśli dioda pracuje w obwodzie impulsowym, ten parametr może być decydujący;
- spadek napięcia w stanie załączenia dla diod krzemowych jest to około 0,6 V, co jest nieistotne dla napięcia wyjściowego np. 36 V, ale może być krytyczne przy pracy poniżej 5 V - w tym przypadku należy wybrać diody Schottky'ego, które charakteryzują się niskim wartość tego parametru.
Odmiany mostków diodowych i ich oznaczenie
Mostek diodowy można montować na diodach dyskretnych. Aby obserwować polaryzację, musisz zwrócić uwagę na oznaczenia. W niektórych przypadkach znak w postaci wzoru jest nakładany bezpośrednio na korpus urządzenia półprzewodnikowego. Jest to typowe dla produktów krajowych.
Zagraniczne (i wiele współczesnych rosyjskich) urządzenia są oznaczone kropką lub pierścieniem. W większości przypadków jest to oznaczenie anody, ale nie ma gwarancji. Lepiej zajrzeć do instrukcji lub skorzystać z testera.
Z zespołu można wykonać mostek - cztery diody są połączone w jednym pakiecie, a połączenie wyprowadzeń można wykonać za pomocą przewodów zewnętrznych (na przykład na płytce drukowanej). Schematy montażu mogą być różne, więc aby uzyskać prawidłowe połączenie, musisz spojrzeć na arkusze danych.
Na przykład zespół diod BAV99S, zawierający 4 diody, ale mający tylko 6 pinów, ma w środku dwa półmostki, połączone w następujący sposób (kropka na obudowie przy pinzie 1):
Aby uzyskać pełnoprawny most, należy połączyć odpowiednie wyjścia z przewodami zewnętrznymi (czerwony ślad pokazuje ścieżki w przypadku użycia drukowanego okablowania):
W tym przypadku napięcie przemienne jest podawane na piny 3 i 6. Biegun dodatni stałej jest usuwany z pinu 5 lub 2, a biegun ujemny jest pobierany z pinu 4 lub 1.
A najłatwiejszą opcją jest montaż z gotowym mostem w środku.Z produktów krajowych mogą to być KTs402, KTs405, istnieją mosty montażowe produkcji zagranicznej. W wielu przypadkach oznaczenie wniosków jest nanoszone bezpośrednio na sprawę, a zadanie sprowadza się tylko do prawidłowego doboru zgodnie z charakterystyką i bezbłędnego połączenia. Jeśli nie ma zewnętrznego oznaczenia wniosków, będziesz musiał odwołać się do katalogu.
Zalety i wady
Dobrze znane są zalety mostka diodowego:
- schematy wypracowane przez dziesięciolecia;
- łatwość montażu i podłączenia;
- prosta diagnostyka usterek i łatwa naprawa.
Jako wady należy wymienić wzrost gabarytów i masy układu wraz ze wzrostem mocy, a także konieczność stosowania radiatorów do diod dużej mocy. Ale nic nie można na to poradzić - fizyki nie da się oszukać. Kiedy te warunki stają się niedopuszczalne, konieczne jest podjęcie decyzji o przejściu na obwód zasilania impulsowego. Nawiasem mówiąc, można w nim zastosować diody mostkujące.
Należy również zauważyć, że kształt napięcia wyjściowego jest daleki od stałego. Aby pracować z odbiorcami, którzy stawiają wymagania dotyczące stabilności napięcia zasilania, konieczne jest zastosowanie mostka w połączeniu z filtrami wygładzającymi i, jeśli to konieczne, stabilizatorami wyjściowymi.
Podobne artykuły:
