Коэффициент выпрямления диодного моста: анализ схем и принцип работы

Что такое коэффициент выпрямления диодного моста. Как работает схема выпрямителя на диодах. Каково устройство и принцип действия выпрямительного диода. Какие бывают типы диодных мостов.

Принцип работы диодного выпрямительного моста

Диодный выпрямительный мост — это электронная схема, предназначенная для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Его основными компонентами являются четыре диода, соединенные определенным образом.

Как работает диодный мост:

• В положительный полупериод входного переменного напряжения ток проходит через диоды D1 и D4
• В отрицательный полупериод ток проходит через диоды D2 и D3
• На выходе моста получается пульсирующее напряжение одной полярности

Таким образом, диодный мост выпрямляет оба полупериода входного переменного напряжения, что повышает эффективность выпрямления по сравнению с однополупериодной схемой.

Коэффициент выпрямления диодного моста

Коэффициент выпрямления — это важный параметр, характеризующий качество работы выпрямителя. Он показывает, насколько хорошо схема преобразует переменное напряжение в постоянное.

Коэффициент выпрямления диодного моста рассчитывается по формуле:

K = Uпост / Uперем

где Uпост — постоянная составляющая выпрямленного напряжения, Uперем — переменная составляющая.

Чем выше коэффициент выпрямления, тем лучше работает выпрямитель. Для идеального выпрямителя K стремится к бесконечности.

Устройство и принцип действия выпрямительного диода

Выпрямительный диод — это полупроводниковый прибор, пропускающий электрический ток только в одном направлении. Его основные части:

• Анод — положительный электрод
• Катод — отрицательный электрод
• p-n переход между ними

Принцип работы выпрямительного диода:

1. При прямом включении (анод «+», катод «-«) через p-n переход свободно проходит ток
2. При обратном включении p-n переход закрыт, ток практически не проходит

Это свойство диода позволяет использовать его для выпрямления переменного тока.

Типы диодных выпрямительных мостов

Существует несколько основных типов диодных выпрямительных мостов:

• Однофазный мостовой выпрямитель — самый распространенный тип для маломощных устройств
• Трехфазный мостовой выпрямитель — используется в мощных промышленных установках
• Управляемый выпрямитель на тиристорах — позволяет регулировать выходное напряжение
• Активный выпрямитель на транзисторах — обеспечивает высокий КПД

Выбор типа моста зависит от конкретного применения, требуемой мощности и других параметров.

Анализ схемы однофазного мостового выпрямителя

Рассмотрим подробнее работу классической схемы однофазного мостового выпрямителя:

1. Входное переменное напряжение подается на диагональ моста
2. Четыре диода образуют мост, пропуская ток только в одном направлении
3. В положительный полупериод открыты диоды D1 и D4
4. В отрицательный полупериод открыты диоды D2 и D3
5. На выходе получается пульсирующее напряжение

Достоинства данной схемы:

• Простота конструкции
• Высокий коэффициент использования трансформатора
• Низкие пульсации выходного напряжения

Исследование выпрямительного диодного моста

При исследовании работы диодного моста важно провести следующие измерения и расчеты:

1. Измерить осциллограммы входного и выходного напряжения
2. Определить частоту и амплитуду пульсаций выходного напряжения
3. Рассчитать среднее значение выпрямленного напряжения
4. Вычислить коэффициент пульсаций выходного напряжения
5. Определить КПД выпрямителя

Эти данные позволяют оценить качество работы выпрямителя и соответствие его характеристик требованиям.

Применение диодных выпрямительных мостов

Диодные выпрямительные мосты широко используются в различных областях электроники и электротехники:

• Блоки питания электронных устройств
• Зарядные устройства для аккумуляторов
• Сварочные аппараты
• Электроприводы постоянного тока
• Системы электроснабжения постоянного тока

Их применение позволяет преобразовывать переменный ток электросети в постоянный ток, необходимый для работы многих устройств.

Повышение эффективности диодных выпрямителей

Для улучшения характеристик диодных выпрямителей применяются следующие методы:

• Использование диодов Шоттки с малым падением напряжения
• Применение активных выпрямителей на транзисторах
• Использование фильтров для сглаживания пульсаций
• Оптимизация конструкции для снижения паразитных параметров
• Применение методов синхронного выпрямления

Эти меры позволяют повысить КПД выпрямителей и улучшить качество выходного напряжения.

2.4. Исследование выпрямительного диодного моста

Цель работы

1. Анализ процессов в схеме выпрямительного диодного моста.

2. Исследование осциллограмм входного и выходного напряжения для выпрямительного моста.

3. Сравнение осциллограмм выходного напряжения выпрямительного моста и двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки трансформатора.

4. Изменение среднего значения выходного напряжения (постоянная составляющая) в схеме выпрямительного моста.

5. Сравнение максимального напряжения на диодах в мостовой и двухполупериодном выпрямителях.

6. Сравнение частот выходного напряжения в мостовой и двухполупериодном выпрямителях.

7. Вычисление максимального обратного напряжения U_max на диоде выпрямителя.

Порядок проведения работы

Эксперимент 1. Исследование входного и выходного мостового выпрямителя

а) Откройте файл I4_11 (рис. 2.9). На вход А осциллографа подается выходной сигнал, а на вход В – входной. Измерьте максимальное входное и выходное напряжения.

б) Измерьте период Т по осциллограмме выходного напряжения. Зная период, вычислите частоту выходного сигнала.

в) Определите максимальное обратное напряжение U_обр.max на диоде.

г) Вычислите коэффициент трансформации, как отношение амплитуд напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформатора в режиме, близком к холостому ходу.

д) Вычислите среднее значение выходного напряжения U

d (постоянная составляющая). Сравните постоянную составляющую напряжения на выходе, измеренную мультиметром, с вычисленным значением.

Результаты экспериментов

Эксперимент 1. Исследование входного и выходного напряжения мостового выпрямителя

а)

Максимальное входное напряжение	Измерение	___________________
Максимальное выходное напряжение	Измерение	___________________

б)

Период выходного сигнала Т	Измерение	___________________
Частота выходного сигнала f	Расчет	___________________

в)

Максимальное обратное напряжение на диоде Uобр. max

Измерение

___________________

г)

Коэффициент трансформации

Расчет

___________________

д)

Постоянная составляющая напряжения на выходе	Расчет	___________________
	Измерение	___________________

Вопросы к защите

1. Что такое выпрямитель на мостовой схеме?

2. Принцип действия мостового выпрямителя.

3. Технические параметры выпрямителя.

Цель работы

1. Исследование влияния конденсатора на форму выходного напряжения однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей.

2. Измерение частоты выходного напряжения выпрямителя с емкостным фильтром.

3. Исследование влияния величины емкости конденсатора фильтра на среднее значение выходного напряжения.

4. Сравнение среднего значения выходного напряжения для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей с емкостным фильтром.

Порядок проведения работы

Эксперимент 1. Определение коэффициента пульсаций однополупериодного выпрямителя

а) Откройте файл I5_11 (рис. 2.10). На вход А осциллографа подается входное напряжение, а на вход В – выходное. Измерьте максимум выходного напряжения U_2max и разность между максимумом и минимумом выходного напряжения .

б) Вычислите среднее значение выходного напряжения U_d по результатам измерений.

в) Запишите постоянную составляющую выходного напряжения по показаниям мультиметра.

г) Вычислите коэффициент пульсации выходного сигнала по формуле: .

Эксперимент 2. Определение коэффициента пульсаций однополупериодного выпрямителя при изменении емкости фильтра

а) Откройте мультиметр в схеме рис. 2.10. Установите емкость конденсатора, равной 100мкФ. Включите схему. Измерьте максимум выходного напряжения и разность между максимумом и минимумом напряжений на выходе выпрямителя по показаниям осциллографа.

б) Вычислите среднее значение напряжения U_d по формуле:

,

где и – максимум и минимум выходного напряжения.

.

в) Вычислите коэффициент пульсации выходного сигнала по формуле .

Эксперимент 3. Определение коэффициента пульсаций однополупериодного выпрямителя при изменении тока нагрузки

а) Установите емкость конденсатора в схеме рис. 2.10, равной 470 мкФ. Измените сопротивление резистора нагрузки до 200 Ом. Включите схему. Измерьте максимум выходного напряжения и разность между максимумом и минимумом напряжений на выходе выпрямителя по показаниям осциллографа.

б) Вычислите среднее значение напряжения U_d по формуле:

.

в) Вычислите коэффициент пульсации выходного сигнала по формуле .

Эксперимент 4. Определение коэффициента пульсаций двухполупериодного выпрямителя

а) Откройте файл I5_41 (рис. 2.11). На вход А осциллографа подается входное напряжение, а на вход В – выходное. Измерьте максимум выходного напряжения U_2max и разность между максимумом и минимумом выходного напряжения .

б) Вычислите среднее значение напряжения U_d по формуле:

.

в) Вычислите коэффициент пульсации выходного сигнала по формуле: .

Результаты экспериментов

Эксперимент 1. Определение коэффициента пульсаций однополупериодного выпрямителя

а)

Максимальное выходное напряжение	Измерение	___________________
Минимальное выходное напряжение	Измерение	___________________
Разность между максимумом и минимумом выходного напряжения	Расчет	___________________

б)

Среднее значение выходного напряжения Ud

Расчет

___________________

в)

Среднее значение выходного напряжения Ud по показаниям мультиметра

Измерение

___________________

г)

Коэффициент пульсаций выходного сигнала

Расчет

___________________

Эксперимент 2. Определение коэффициента пульсаций однополупериодного выпрямителя при изменении емкости фильтра

а) Зарисуйте выходной и входной сигналы на экране осциллографа.

Максимальное выходное напряжение	Измерение	___________________
Минимальное выходное напряжение	Измерение	___________________
Разность между максимумом и минимумом выходного напряжения	Расчет	___________________

б)

Среднее значение выходного напряжения Ud

Расчет

___________________

в)

Среднее значение выходного напряжения Ud по показаниям мультиметра

Измерение

___________________

г)

Коэффициент пульсаций выходного сигнала

Расчет

___________________

Эксперимент 3. Определение коэффициента пульсаций однополупериодного выпрямителя при изменении тока нагрузки

а) Зарисуйте выходной и входной сигналы на экране осциллографа.

Максимальное выходное напряжение	Измерение	___________________
Минимальное выходное напряжение	Измерение	___________________
Разность между максимумом и минимумом выходного напряжения	Расчет	___________________

б)

Среднее значение выходного напряжения Ud

Расчет

___________________

в)

Среднее значение выходного напряжения Ud по показаниям мультиметра

Измерение

___________________

г)

Коэффициент пульсаций выходного сигнала

Расчет

___________________

Эксперимент 4. Определение коэффициента пульсаций двухполупериодного выпрямителя

а) Зарисуйте выходной и входной сигналы на экране осциллографа.

Максимальное выходное напряжение	Измерение	___________________
Минимальное выходное напряжение	Измерение	___________________
Разность между максимумом и минимумом выходного напряжения	Расчет	___________________

б)

Среднее значение выходного напряжения Ud

Расчет

___________________

в)

Среднее значение выходного напряжения Ud по показаниям мультиметра

Измерение

___________________

г)

Коэффициент пульсаций выходного сигнала

Расчет

___________________

Вопросы к защите

1. Какую роль играют фильтры, расположенные на выходе выпрямителей?

2. Какие типы фильтров используются на выходе выпрямителей?

3. Что называется фильтром с емкостным входом?

4. Принцип действия фильтра с емкостным входом.

Высокоэффективный подход к построению входных диодных мостов

25 сентября 2009

С появлением устройств электронного управления в повседневной жизни используется все меньше приборов, напрямую подключенных к сетям питания переменного напряжения. Как правило, переменное напряжение преобразуется в постоянное, а последнее используется для питания электронных приборов или электродвигателей с преобразователями, которые приходят на смену старомодным индукционным электродвигателям переменного напряжения. Кроме того, в тех случаях, когда это возможно, используется активная, а не пассивная компенсация коэффициента мощности (конденсаторная батарея). Это означает, что входной диодный мост устанавливается всегда, независимо от того, используется в системе каскад PFC или нет. Распространенная схема реализации этого принципа показана на рис. 1.

 

 

Рис. 1. Входной переменный ток и выпрямленный выходной сигнал 

Такая схема обладает малой эффективностью, поскольку, независимо от номинала тока, два связанных диода всегда находятся в состоянии пропускания тока, вызывающем постоянное выпадение сигнала и последующую потерю мощности в зависимости от величины тока.

Во многих случаях, когда мощность, подаваемая на выход, не очень высока, а мощность, рассеиваемая на четырех диодах, низка, эта конфигурация может оставаться хорошим экономичным решением.

 

Синхронное выпрямление

Известно, что в состав МОП-структуры входит паразитный диод, включенный параллельно полевому транзистору, поэтому полный мост можно получить при помощи четырех полевых транзисторов, как показано на рис. 2.

 

 

Рис. 2. Мост на полевых транзисторах

Напряжение на контактах стандартного диода составляет 0,6…1 В, в зависимости от тока, протекающего через него, и технологии, с использованием которой диод изготовлен, и это является основной причиной потери мощности в мосте. Худший вариант возможен в случае использования только корпусного диода полевого транзистора, но если запуск этого транзистора осуществляется при помощи технологии синхронного выпрямления, корпусный диод пропускает только очень короткую часть сигнала, в зависимости от времени запаздывания управляемых полевых транзисторов, а основная часть синусоидального входного тока проходит через полевые транзисторы. Проведем простой эксперимент: рассмотрим двухволновый (полный) выпрямительный мост и предположим, что напряжение на контактах диода в режиме проводимости равно 0,6 В, сравним его с активным мостом, включающим четыре полевых транзистора с сопротивлением R_DSON (при температуре 100°C) = 10 МОм. Средний выходной ток системы равен 5 A.

В таблице 1 приведено сравнение полных КПД двух решений.

Таблица 1. Сравнение потерь мощности между стандартным и активным входным мостом  

Расчет		Расчетная потеря мощности, Вт	Прим.
Диод	2 x VF x IAVG – RECT	6	Явно выше
МОП-транзисторы	2 x RDSon x I2 in – rms	0,6	Снижение на ~90%

 

Практическая реализация

и описание цепи

В данном случае понятно, что использование мощных полевых транзисторов в конфигурации активного моста с управлением синхронным выпрямлением — это способ повышения эффективности и снижения необходимости применения или полного отказа от применения дорогой и массивной системы теплоотвода. Использование интегральных схем (ИС) синхронного выпрямления International Rectifier IR1166 и IR1167 [1] делает реализацию крайне простой. Полная схема активного моста показана на рис. 3.

 

 

Рис. 3. Практическая реализация активного моста при помощи 4 дискретных ИС IR1167 

Включение-выключение каждого полевого транзистора управляется соответствующими ИС, отслеживающими напряжение между соответствующим стоком и истоком. Если напряжение отрицательное, корпусный диод открыт, а полевой транзистор включен; когда напряжение Vds поднимается до 0 В, ИС отключает транзистор.

Чтобы предотвратить возникновение короткого замыкания между высоким и низким плечом полевого транзистора на одном и том же контакте, порог выключения должен быть отрицательным и близким к 0 В. Недостаток состоит в том, что в конце переключения ток снова пойдет через корпусный диод, но в течение очень короткого времени. С помощью внутренней прецизионной цепи осуществляется постоянное измерение напряжения Vds, необходимое для выполнения этой задачи. Следует отметить, что ИС должна выдерживать очень высокое напряжение на тех же контактах, если полевой транзистор выключен, поскольку другой транзистор, соединенный с этим же контактом, включен. Технической проблемой является установка компаратора, способного обнаруживать напряжения, равные нескольким милливольтам в одном полупериоде, а затем выдерживать напряжение в несколько сотен вольт на тех же измерительных контактах в следующем полупериоде синусоиды. Этого можно добиться с помощью технологии IR Gen 5 HVIC, интегрирующей точные и быстрые компоненты низкого напряжения с устройствами высокого напряжения и изолирующими барьерами [2].

 

Принцип работы

В начале синусоидального цикла начинается протекание тока через корпусный диод, создающий отрицательное напряжение Vds на контактах полевого транзистора, в этот момент ИС включает полевой транзистор, напряжение отпускания на контактах компонента падает до значительно более низкого значения, повышая эффективность системы и снижая потери мощности.

Как только полевой транзистор включается, его необходимо удерживать в таком состоянии до приближения выпрямленного тока как можно ближе к нулевому значению, поэтому можно использовать компаратор нулевого уровня, чтобы определить момент, когда напряжение между стоком и истоком достигнет 0 В. С этой целью порог выключения ИС должен быть отрицательным и близким к нулю, чтобы избежать относительной поперечной проводимости и уменьшить интервал проводимости корпусного диода в конце полупериода. IR1167 — это ИС синхронного выпрямления, время ее внутреннего выключения составляет от наносекунд до микросекунд, однако во время работы на частоте сети питания необходимо поддерживать как можно более пологий фронт гасящего импульса, чтобы избежать ложного срабатывания измерительной цепи ИС. Фактически из-за низкой рабочей частоты и медленного (синусоидального) увеличения тока часто появляется вероятность того, что после первого включения напряжение отпускания полевого транзистора почти мгновенно упадет ниже порога выключения, и ИС начнет включаться и выключаться. Этот процесс выражается затухающими прямоугольными импульсами напряжения затвора полевого транзистора, пока ток не достигнет уровня, необходимого для формирования напряжения отпускания полевого транзистора во включенном состоянии. Подобный дребезг можно наблюдать в конце полусинусоиды с тем же небольшим уклоном сигнала тока в момент выключения полевого транзистора. Такое функционирование особенно явно заметно при использовании резистивных нагрузок и синусоидального токового сигнала, тогда как в случае с емкостной нагрузкой ситуация иная, поскольку кривая токового сигнала при включении и выключении полевых транзисторов более крутая, и необходим более короткий сигнал выключения. В обычном режиме работы каждый полупериод токового сигнала переключает в состояние проводимости два полевых транзистора в течение интервала, равного половине частоты сети питания (8,3 или 10 мс), дребезг при включении или выключении не возникает. Чтобы увеличить длительность внутреннего сигнала выключения схемы IR1167, мы включили в измерительный контур резистивно-емкостную цепь (RC-цепь), которая будет описана в следующем разделе.

 

Ограниченное питание и цепи

регулировки выключения

Как известно, в каждый полупериод частоты сети питания работают только два полевых транзистора, тогда как другие остаются выключенными, а соответствующие им диоды с объемной проводимостью обладают обратным смещением. Очевидно, что когда транзисторы Q2 и Q4 включены, Q1 и Q3 выключены, а ограничивающий диод D1 допускает накопление заряда ограничивающими конденсаторами C1, питающими устройства высокого плеча IC3; с другой стороны, когда транзисторы Q1 и Q3 включены, диод D2 допускает накопление заряда ограничивающим конденсатором C2, питающим IC4. RC-цепь, установленная между контактами Vgate и Vs каждой ИС, обеспечивает более продолжительный сигнал выключения, необходимый в настоящей схеме. Это просто производная цепь, которая при помощи напряжения переключения затвора, прикладываемого к контактам транзистора, добавляет временный токовый импульс через последовательный резистор, установленный между истоком транзистора и контактами Vs ИС. Результат — искусственное повышение или понижение пороговых значений на определенное время и, таким образом, продление времени выключения, которое можно уменьшить простым изменением значений трех компонентов RC-цепи. Рассмотрим одну из четырех секций, X3, показанную на рис. 3. Во время включения напряжение затвора линейно возрастает, фронт сигнала, разделенный на отрезки, появляется на сопротивлении R10 с положительным знаком в противоположность контакту Vs. Это перекрывает реальное напряжение отпускания полевых транзисторов и удерживает внутренний компаратор ИС, изображенный в верхнем левом углу рис. 4, от выключения полевого транзистора.

 

 

 

Рис. 4. Электрическая модель IR1167 

С другой стороны, когда ИС выключает затвор, возникает спад сигнала с отрицательным знаком на контакте Vs, эффективно сдвигающий измеренное напряжение и препятствующий включению секции на период, определяемый параметрами RC-цепи.

 

Моделирование системы

Система реализована в симуляторе Microcap Simulator, подготовлена специализированная модель для ИС IR1167 (см. рис. 4). Особое внимание уделено возможности работы модели IR1167 с плавающим заземлением, поскольку опорным сигналом двух верхних устройств схемы должно быть переменное напряжение сети питания, и использование ими потенциала заземления невозможно. Параметры моделирования следующие:

• Vin = GOVpeak

• F = 50 Гц

• Rload = от 5 до 40 Ом

• Gout = от 0 до 1000 мкФ — ESR = 300 МОм

Для проверки функциональности системы и эффективности замысла необходимо выполнить несколько попыток моделирования до начала реальной аппаратной реализации.

 

Резистивная нагрузка

Первая серия моделей создана с целью сравнения функционирования активного моста с функционированием стандартного моста на основе диодов Шоттки, на последующих рисунках будут показаны полученные результаты. Мост на основе диодов Шоттки построен из четырех устройств MBR10100 в корпусе TO220AB, для построения активного моста использован полевой транзистор DirectFet IRF6644 с поддержкой напряжения 100 В. На рис. 5 показан вариант с максимальной нагрузкой (5 Ом), с максимальным пиковым выходным током 12 A и средней выходной мощностью около 360 Вт.

 

 

Рис. 5. Rload = 5 Ом, Cout = 0
Верхний: Vin, Vout и Vo, Средний: Vg1, Vg2, Vg3 и Vg4, Нижний: Vo-Vo (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост), Pdiss (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост) — Pdiss (диоды Шоттки) 

В этом случае мы можем видеть синусоидальное выходное напряжение (зеленая кривая) и ток (светло-голубая кривая), а в центре отображаются прямоугольные импульсы напряжения затворов полевых транзисторов низкого плеча. Также заслуживает внимания синусоидальная форма плавающего напряжения затвора МОП-структуры, изображенной на среднем графике, поскольку она должна соответствовать входной синусоиде с положительным сдвигом, равным 10,7 В (Vgate).

На третьем графике показано увеличение мощности при применении активного решения: синусоидой черного цвета показана мощность, рассеиваемая четырьмя диодами, которая достигает пика 18 Вт, тогда как тот же пик активного моста едва достигает значения 2,25 Вт, разность средних значений, показанная голубой кривой, составляет примерно 10 Вт. На малых нагрузках ситуация может отличаться, а более сложная цепь может не дать достаточного преимущества по сравнению с простым мостом, построенным из четырех диодов. Однако на рис. 6 приведены интересные результаты.

 

 

Рис. 6. Rload = 40 Ом, Cout = 0
Верхний: Vin, Vout и Vo, Средний: Vg1, Vg2, Vg3 и Vg4, Нижний: Vo-Vo (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост), Pdiss (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост) — Pdiss (диоды Шоттки)

В последнем случае выходная мощность составляет всего 45 Вт, мы также получили большую разность с точки зрения пиковой рассеиваемой мощности, которая составляет 0,036 Вт против 1,6 Вт, а средняя разность значений потери мощности — около 1 Вт.

 

Емкостная нагрузка

Емкостная нагрузка является более реальной для применения в силовом AC-DC-преобразователе. На рис. 7 и 8 показаны результаты моделирования с сопротивлением, равным соответственно 5…40 Ом, а суммарная выходная емкость равна 1000 мкФ.

 

 

Рис. 7. Rload = 5 Ом, Cout = 1000
Верхний: Vin, Vout и Vo, Средний: Vg1, Vg2, Vg3 и Vg4, Нижний: Vo-Vo (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост), Pdiss (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост) — Pdiss(диоды Шоттки)

 

 

 

Рис. 8. Rload = 40 Ом, Cout = 1000
Верхний: Vin, Vout и Vo, Средний: Vg1, Vg2, Vg3 и Vg4, Нижний: Vo-Vo (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост), Pdiss (диоды Шоттки), Pdiss (активный мост) — Pdiss (диоды Шоттки)

Среднее уменьшение потерь мощности изменяется с 20% при большой нагрузке (5 Ом) до примерно 5% при малой нагрузке (40 Ом). Также стоит обратить внимание на то, что размер корпуса диодного моста, построенного из четырех диодов MBR10h200, занимает примерно 580 мм² площади против только 120 мм² в случае использования четырех транзисторных схем IRF6644. Таким образом, экономия места составляет приблизительно 80%.

 

Реализация ИС

В предлагаемом на рис. 9 контроллере на основе активного моста, благодаря технологии IR GENS, внутренние каскады, запускающие два полевых транзистора высокого плеча Q3 и Q4, могут быть реализованы двумя раздельными плавающими эпитаксиальными карманами внутри одной ИС.

 

 

Рис. 9. Предложение нового контроллера активного моста 

Для предохранения двух внешних компонентов в схему также можно интегрировать два ограничивающих диода. Дополнительную RC-цепь, которая предназначена для защиты от паразитных переключений, можно заменить отдельными блоками регулировки времени выключения для каждой секции драйвера, чтобы оптимизировать время задержки разных полевых транзисторов с разными требованиями нагрузки. В дальнейшем лучшие полевые транзисторы IR, ограничивающие конденсаторы и ИС управления активным мостом можно интегрировать в одном корпусе, получив повышенную удельную плотность и обеспечив реализацию простого устройства. Такая схема становится высокоэффективной заменой существующим стандартным входным выпрямительным диодным мостам.

 

Реализация аппаратуры

Схема создана и протестирована в нашей лаборатории. На рис. 10 показан первый прототип, изготовленный из четырех дочерних плат IRAC-D2.

 

 

Рис. 10. Прототип активного моста

На нескольких следующих рисунках показаны реальные графики сигналов, полученных с применением идеальной резистивной нагрузки (например, каскад RFC) и емкостной нагрузки. В конце главы мы покажем значения повышения эффективности и уменьшения потерь мощности в сравнении со стандартными мостами, построенными на основе диодов Шоттки.

На рис. 11 и 12 показано функционирование активного моста с идеальной резистивной нагрузкой. Интересно отметить эффект паразитного переключения сигнала как низкого плеча (красная кривая), так и высокого плеча (голубая кривая) без включения внешней маскирующей RC-цепи.

 

 

Рис. 11. Входное напряжение и выпрямленный выходной ток с идеальной резистивной нагрузкой 

 

 

Рис. 12. Верхний: входной ток, сигнал затвора низкого плеча (красный), сигнал затвора высокого плеча (голубой), нижний: паразитные переключения сигналов затворов

Эти ситуации показаны на рис. 13 и 14, соответственно, в состоянии включения и выключения затвора полевого транзистора низкого плеча.

 

 

Рис. 13. Паразитные переключения затвора низкого плеча (красный) во время выключения

 

 

Рис. 14. Паразитное переключение затвора низкого плеча (красный) во время включения 

После того, как ИС выключает полевой транзистор, возникают паразитные переключения, длящиеся в течение 90 мкс. Можно легко увидеть, что первое колебание происходит через 15 мкс после истечения времени внутреннего сигнала выключения IR1167. Остальные колебания происходят с одинаковой задержкой. Во время включения, наоборот, полевой транзистор не может оставаться во включенном состоянии более 3 мкс, и только через 280 мкс уровень тока становится достаточно высоким, чтобы избежать колебаний. Таким образом, минимального времени включения (MOT) 3 мкс и минимального времени выключения 15 мкс (тип.), заложенных в схеме IR1167, недостаточно, чтобы избежать паразитных переключений, поэтому из-за медленного синусоидального изменения тока и продолжительного времени выключения добавлена специализированная схема.

Аналогичная проблема, хотя и не настолько очевидная, возникает со стандартной резистивно-емкостной нагрузкой, поскольку изменение тока происходит быстрее. На рис. 15 и 16 показаны все сигналы затворов с установленной цепью времени выключения каждого полевого транзистора в сравнении с током сети питания.

 

 

Рис. 15. Vg1, Vg2: сигнал затвора Q1 и Q2 и ток сети питания под RC-нагрузкой R=22 Ом, C=470 мкФ

 

 

Рис. 16. Vg3, Vg4: сигнал затвора Q2 и Q4 и ток сети питания 

 

Результаты оценки эффективности

Чтобы удостовериться в эффективности замысла, мы сравнили две схемы активного моста с различными входными напряжениями 100 и 40 В и различной выходной мощностью со стандартными мостами, построенными на основе диодов Шоттки.

На рис. 17 и рис. 18 показаны полученные результаты: для построения системы, рассчитанной на напряжение 40 В, мы использовали четыре схемы IRF6613 (DirectFet, корпус medium Can) против четырехсхем SS34 в корпусе SMC; для построения системы, рассчитанной на напряжение 100 В, мы использовали четыре схемы IRF6644 (DirectFet, корпус medium Can) против четырех схем MBR10h200 в корпусе TO263.

 

 

Рис. 17. Результаты эффективности, низкое входное напряжение

 

 

Рис. 18. Результаты эффективности, среднее входное напряжение

В случае, показанном на рис. 17, повышение эффективности составило 5,5% при входном напряжении 20 В и выходной мощности около 50 Вт. Причиной является повышенный ток, протекающий через полевые транзисторы, демонстрирующие намного более низкое выпадение сигнала, чем диоды.

При повышении входного напряжения и понижении выходного тока повышение эффективности становится менее заметным, но все еще остается высоким — от 2 до 3%. Три сигнала ограничены по мощности, чтобы снизить пиковый ток, поступающий в устройства на приемлемом рабочем уровне в сравнении с номинальными значениями Id и If. На рис. 18 повышение эффективности продемонстрировало ту же тенденцию: при входном напряжении 60 В и выходной мощности 250 Вт ток намного выше, а повышение эффективности составляет 2%; при напряжении 100 В повышение эффективности опускается до примерно 1,1…1,3% в зависимости от нагрузки. Последний случай выглядит менее привлекательным с точки зрения баланса преимуществ и стоимости, однако необходимо помнить, что четыре схемы IRF6644 намного меньше, чем диоды в корпусе TO263: каждая схема DirectFet занимает примерно на 80% меньше площади и на 95% меньше объема, чем диоды.

Это решение сочетает экономию пространства с более высокой удельной мощностью, зачастую позволяющей отказаться от использования массивных теплоотводов.

 

Выводы

Использование полевых транзисторов, а лучше транзисторов DirectFET в конфигурации входного активного моста (с синхронным управлением выпрямлением) — это способ повышения эффективности и удельной мощности, позволяющий обойтись без массивной системы отведения тепла. На схеме, изображенной на рис. 3, показано, как собрать простой полнопериодный входной мостовой выпрямитель при помощи устройств, доступных на рынке, а на рис. 9 показана новая ИС контроллера активного моста.

Как видно из графиков, повышение эффективности очень заметно, а преимущества могут отличаться в зависимости от выходной мощности:

a) при высоком выходном напряжении повышение эффективности не представляет особой важности, особенно при передаче высоких номиналов мощности, но тогда намного меньшее рассеяние мощности моста можно использовать для решений меньших размеров с минимальным тепловыделением;

б) при низком выходном напряжении эффективность становится важнейшим отличием и для низких выходных токов.

 

Литература

[1] М. Салато (M. Salato), А. Локхандвала (A. Lokhandwala), М. Солдано (M. Soldano). International Rectifier. AN-1087 Построение выпрямителя вторичного плеча при помощи ИС управления IR1167 SmartRectifier^TM

[2] International Rectifier. Техническое описание ИС управления интеллектуальным выпрямителем IR1167S

[3] Аднаан Локхандвала (Adnaan Lokhandwala), Маурицио Салато (Maurizio Salato), Марко Солдано (Marko Soldano). Конференция разработчиков портативных источников питания 2006. Новая ИС управления выпрямлением выходного сигнала повышает эффективность и тепловые характеристики внешних AC-DC преобразователей питания

[4] Заявка на получение патента США №2005/0122753 A1 от 9 июня 2005 г.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: [email protected]

 

ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ!

 

В 11 номере журнала за 2009 год на стр. 29 допущена опечатка.

Название табл. 2 следует читать: «Характеристики переключателей».

Первый абзац на странице следует читать:

«Texas Instruments предлагает достаточно сбалансированные решения для применения в видеосистемах. Баланс заключается в оптимальных, часто — взаимозависящих, технических характеристиках ключей. Например, при достаточно низком сопротивлении во включенном состоянии также обеспечивается очень высокая скорость переключения. »

•••

Типы мостовых выпрямителей

, схема, работа и характеристики

— Реклама —

Выпрямитель представляет собой электронную схему, которая преобразует входное переменное напряжение в постоянное напряжение на выходной клемме. Этот выход известен как выпрямленное выходное напряжение. Выпрямители в основном используются в источниках питания, обеспечивая напряжение постоянного тока для работы электронных устройств.

Выпрямители подразделяются на два типа в зависимости от операции:

• Однополупериодные выпрямители
• Двухполупериодные выпрямители

Мы уже поняли принцип работы однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей.

— Реклама —

Полупериодный выпрямитель преобразует входное напряжение переменного тока в выходное напряжение постоянного тока путем проведения одного из положительных или отрицательных полупериодов. В результате он пропускает один цикл и блокирует другой.

Так как один из циклов проходит цепь, а другой блокируется, половина цикла всегда теряется. Эти потери приводят к потере мощности и низкой эффективности из-за низкого выходного напряжения.

Полноволновые выпрямители доказали свою эффективность, чтобы сделать процесс выпрямления более эффективным. Двухполупериодные выпрямители используют как положительные, так и отрицательные полупериоды входного напряжения для получения выходного напряжения.

Существует два типа двухполупериодных выпрямителей:

• Мостовой двухполупериодный выпрямитель
• Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель представляет собой тип двухполупериодного выпрямителя, в котором используются четыре диода для формирования моста с обратной связью. Диоды проводят попарно через каждый положительный и отрицательный полупериод, что не приводит к потере мощности.

Мостовой выпрямитель не требует центрального ответвления вторичной обмотки трансформатора. Вход подается через трансформатор на диагональ диодного моста. Трансформатор этой схемы всегда занят, потому что он постоянно подает питание в обоих циклах входного переменного тока, в отличие от выпрямителя с центральным отводом, который использует 50% мощности трансформатора.

Мостовой выпрямитель бывает различных типов:

• Однофазный и трехфазный мостовой выпрямитель
• Неуправляемый мостовой выпрямитель
• Управляемый мостовой выпрямитель

Однофазный неуправляемый мостовой выпрямитель

Конструкция:

Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов D1, D2, D3 и D4, соединенных по замкнутой схеме, образующей мост. Диоды расположены таким образом, что они проводят парами во время положительных полупериодов.

Входное переменное напряжение подается через трансформатор по диагонали C моста. Нагрузочный резистор RL подключается между диагональю C и D.

Выходное выпрямленное напряжение постоянного тока получается на нагрузке от диагонали D.

Рис.1 Схема однофазного мостового выпрямителя

Работа:

Положительный полупериод:

Во время положительного полупериода входного переменного тока питание (от 0 до π),

Полярность вторичного напряжения на клемме A положительна по отношению к клемме B.

Рис. 2 Цепь положительного полупериода мостового выпрямителя

Это приводит к тому, что диоды D1 и D2 смещаются в прямом направлении и Диоды D3 и D4 должны быть смещены в обратном направлении.

Диоды D1 и D2 создают цепь коротких замыканий и начинают проводить ток, в то время как диоды D3 и D4 ведут себя как разомкнутые цепи. Ток нагрузки начинает протекать по пути короткого замыкания, созданному диодами D1 и D2. Направление тока нагрузки от D1, RL к D2. Напряжение на нагрузочном резисторе RL положительное на клемме D и отрицательное на клемме C.  

Отрицательный полупериод:

Во время отрицательного полупериода входного источника переменного тока (от π до 2π), 

Полярность вторичного напряжения на клемме B положительная по отношению к клемме A.

Рис. 3 Схема отрицательного полупериода мостового выпрямителя

Диоды D3 и D4 создают путь короткого замыкания и начинают проводить, в то время как диоды D1 и D2 работают как открытые цепи. Ток нагрузки начинает протекать по пути короткого замыкания, создаваемому диодами D3 и D4. Направление тока нагрузки от D3, RL к D4. Напряжение на нагрузочном резисторе RL положительное на клемме D и отрицательное на клемме C. 

Следует отметить, что обе пары диодов D1, D2, D3 и D4 проводят полупериоды попеременно. Эти пары диодов не проводят одновременно.

В обоих циклах ток нагрузки протекает через положительные полупериоды входного переменного напряжения и в том же направлении через нагрузочный резистор RL. Полярность напряжения на RL такая же, как и направление тока нагрузки через проводящие состояния диодов D1, D2 и D3, D4. Выходной импульс может быть как полностью положительным, так и отрицательным.

Здесь получен положительный выходной импульс. Этот однонаправленный ток означает постоянный ток. Следовательно, входное переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение на выходе.

Полученный выходной выпрямленный импульс имеет пульсирующий характер. Чтобы очистить это, мы должны поместить фильтрующий конденсатор на выходе, чтобы получить чистое постоянное напряжение.

Форма сигнала: Рис. 4 Форма сигнала однофазного мостового выпрямителя

Некоторые параметры однофазного мостового выпрямителя

Характеристики мостового выпрямителя включают следующее:0003

• Эффективность
• Пиковое обратное напряжение
• Коэффициент пульсации

1.) КПД мостового выпрямителя:

Эффективность мостового выпрямителя определяется как способность мостового выпрямителя преобразовывать входной переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Проще говоря, это соотношение между выходной мощностью постоянного тока и входной мощностью переменного тока.

Во-первых, нам нужно рассчитать Idc

Итак, уравнение выходной мощности принимает вид

Мы знаем,

Значение RF+RS очень-очень меньше, чем RL.

Следовательно, пренебрежимо малое значение можно игнорировать.

η = 0,812

η(в процентах) = 81,2%

2.) Пиковое обратное напряжение:

Пиковое обратное напряжение — это максимальное напряжение, которое выпрямитель может получить при обратном смещении без повреждения самого себя. Пиковое обратное напряжение для мостового выпрямителя равно Vm.

Пиковое обратное напряжение мостового выпрямителя составляет половину выпрямителя с центральным отводом.

3.) Коэффициент пульсации: 

На выходе мостового выпрямителя не чистый постоянный ток, а скорее пульсирующий постоянный ток, поскольку он содержит смесь постоянного и переменного тока. Компоненты переменного тока в выпрямленном выходе называются пульсациями.

Коэффициент пульсации определяется как процент составляющей переменного тока (или пульсаций) в выпрямленном выходе постоянного тока. Коэффициент пульсации должен быть как можно меньше. Чтобы уменьшить этот фактор, мы используем фильтрующий конденсатор на выходе.

Трехфазный неуправляемый двухполупериодный мостовой выпрямитель

Трехфазный неуправляемый мостовой выпрямитель представляет собой сеть из 6 диодов, проводящих попарно для каждого цикла. Сеть из четырех диодов с двумя фазами работает как однофазный неуправляемый мостовой выпрямитель.

Диоды проводят в соответствующих парах, поскольку они образуют последовательные соединения с протекающим через них током. Два диода, принадлежащие к разным фазам, ведут себя вместе. Это связано с тем, что одна фаза имеет положительные и отрицательные пиковые значения одновременно.

Конструкция:

Входное переменное напряжение подается от трехфазного трансформатора Q3, соединенного звездой.

Положительный вывод нагрузки подключается к катоду диодов D1, D3 и D5. Аноды диодов D1, D3 и D5 подключены к входу питания.

Аналогичным образом отрицательный вывод нагрузки подключается к аноду диодов D2, D4 и D6. Катоды диодов D2, D4 и D6 подключены к входу питания.

Диоды D1, D3 и D5 образуют группу диодов, которые питаются от положительной клеммы.

Диоды D2, D4 и D6 образуют группу диодов, которые питаются от положительной клеммы.

Соединения:

• Катод диода D2 и анод диода D1 подключены к фазе R.
• Катод диода D4 и анод диода D3 подключены к фазе Y.
• Катод диода D6 и анод диода D5 подключены к фазе B.

Каждая входная вторичная клемма подключается к катоду одного диода и аноду другого, образуя фазу.

Формирование фаз:

• Диоды D1, D2, D3 и D4 образуют фазовую сеть с R и Y вторичного входа звезды.
• Диоды D1, D2, D5 и D6 образуют фазовую сеть с R и B входной вторичной клеммы звезды.
• Диоды D3, D4, D5 и D6 образуют фазовую сеть с Y и B входной вторичной клеммы звезды.

Нагрузочный резистор RL является частью каждой сформированной мостовой сети.

Рис. 5 Схема 3-фазного мостового выпрямителя

Две пары диодов в фазе не проводят одновременно, потому что каждая фаза имеет отрицательный и положительный пики одновременно.

Каждая фаза разделена на π/3 или 60°, что означает, что угол проводимости диодной пары для одного цикла составляет π/3 или 60°. Следовательно, каждый диод проводит 2π/3 или 120° или за один цикл.

Операция:

Вариант 1:

В фазной сети R и Y

D1, D2, D3 и D4 образуют мостовой выпрямитель.

Когда VB=0

VR достигает максимального положительного пикового значения, а VY достигает максимального отрицательного пикового значения.

Это вызывает прямое смещение диодов D1 и D4 и обратное смещение диодов D2 и D3.

Диоды D2 и D3 действуют как разомкнутые цепи.

Диоды D1 и D4 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.

Ток течет от D1 к RL и D4.

Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VRY.

Вариант 2:

В фазной сети R и B

D1, D2, D5 и D6 образуют мостовой выпрямитель.

Когда VY=0

VR достигает максимального положительного пикового значения, а VB достигает максимального отрицательного пикового значения.

Это вызывает прямое смещение диодов D1 и D6 и обратное смещение диодов D2 и D5.

Диоды D2 и D5 работают в режиме разомкнутой цепи.

Диоды D1 и D6 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.

Ток течет от D1 к RL и D6.

Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VRB.

Вариант 3:

В фазовой сети Y и B

D3, D4, D5 и D6 образуют мостовой выпрямитель.

Когда VR=0

VY достигает максимального положительного пикового значения, а VB достигает максимального отрицательного пикового значения.

Это вызывает прямое смещение диодов D3 и D6 и обратное смещение диодов D4 и D5.

Диоды D4 и D5 работают как разомкнутая цепь.

Диоды D3 и D6 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.

Ток течет от D3 к RL и D6.

Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VYB.

Вариант 4:

В фазной сети Y и R

D1, D2, D3 и D4 образуют мостовой выпрямитель.

Когда VB=0

VY достигает максимального положительного пикового значения, а VR достигает максимального отрицательного пикового значения.

Это вызывает прямое смещение диодов D3 и D2 и обратное смещение диодов D1 и D4.

Диоды D1 и D4 работают как разомкнутая цепь.

Диоды D3 и D2 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.

Ток течет от D3 к RL и D2.

Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VYR.

Вариант 5:

В фазной сети B и R

D1, D2, D5 и D6 образуют мостовой выпрямитель.

Когда VY=0

VB достигает максимального положительного пикового значения, а VR достигает максимального отрицательного пикового значения.

Это вызывает прямое смещение диодов D5 и D2 и обратное смещение диодов D1 и D6.

Диоды D1 и D6 работают как разомкнутая цепь.

Диоды D5 и D2 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.

Ток течет от D5 к RL и D2.

Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VBR.

Случай 6:

В фазовой сети B и Y

D3, D4, D5 и D6 образуют мостовой выпрямитель.

Когда VR=0

VB достигает максимального положительного пикового значения, а VY получает максимальное отрицательное пиковое значение.

Это вызывает прямое смещение диодов D5 и D4 и обратное смещение диодов D3 и D6.

Диоды D4 и D6 работают как разомкнутая цепь.

Диоды D5 и D4 образуют последовательное соединение с RL и начинают проводить.

Ток течет от D5 к RL и D4.

Следовательно, мы получаем положительный импульс напряжения на этой мостовой сети: VBY.

Форма волны: Рис. 6 Форма волны трехфазного мостового выпрямителя

Мы надеемся, что теперь вы хорошо осведомлены о мостовых выпрямителях. Тем не менее, если у вас есть какие-либо сомнения, не стесняйтесь спрашивать в разделе комментариев ниже или вы можете использовать наш форум, чтобы связаться с нашими инженерами.

Мостовой выпрямитель – определение, конструкция и работа

До переходя к мостовому выпрямителю, нам нужно знать, что на самом деле выпрямитель и для чего нужен выпрямитель. Так сначала давайте посмотрим на эволюцию выпрямителей.

Эволюция выпрямители

Выпрямители являются в основном делятся на три типа: Полуволновые выпрямитель, центр двухполупериодный выпрямитель с ответвлениями и мостовой выпрямитель. Все эти три выпрямителя имеют общую цель — преобразовать Чередование Ток (AC) в прямой Ток (постоянный ток).

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

В однополупериодного выпрямителя допускается только 1 полупериод, а оставшийся полупериод заблокирован. В результате почти половина приложенная мощность теряется в однополупериодном выпрямителе. В Кроме того, выходной ток или напряжение вырабатываемый однополупериодным выпрямителем, представляет собой не чистый постоянный ток, а пульсирующий постоянный ток, который не очень полезен.

В Чтобы решить эту проблему, ученые разработали новый тип выпрямителя, известный как двухполупериодный с центральным отводом выпрямитель.

Основным преимуществом двухполупериодного выпрямителя со средним отводом является то, что он пропускает электрический ток как во время положительного, так и отрицательного полупериоды входного сигнала переменного тока. В результате ДК выходная мощность двухполупериодного выпрямителя с отводом от центра в два раза выше это однополупериодный выпрямитель. Помимо этого, ДК Выход двухполупериодного выпрямителя с отводом от середины содержит очень меньше пульсаций. В результате выход постоянного тока центра Двухполупериодный выпрямитель с ответвлениями более гладкий, чем полупериодный выпрямитель.

Однако, двухполупериодный выпрямитель с отводом от середины имеет один недостаток, который Используемый в нем трансформатор с центральным отводом очень дорого и занимает много места.

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

КПД мостового выпрямителя почти равен к центру подключен двухполупериодный выпрямитель. Единственное преимущество мостового выпрямителя над двухполупериодным выпрямителем с отводом от середины является снижение себестоимости.

В мостовой выпрямитель вместо использования трансформатор, используются четыре диода.

Сейчас мы получаем представление о трех типах выпрямителей. Половина волновой выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом (двухполупериодный выпрямитель) уже обсуждались в предыдущем учебники. Этот урок в основном посвящен мосту. выпрямитель.

Давайте взгляните на мостовой выпрямитель…!

Мост определение выпрямителя

A Мостовой выпрямитель представляет собой тип двухполупериодного выпрямителя, в котором используется четыре и более диода в конфигурации мостовой схемы для эффективного преобразовать переменный ток (AC) в постоянный ток (ОКРУГ КОЛУМБИЯ).

Мост конструкция выпрямителя

строительство Схема мостового выпрямителя показана на рисунке ниже. Мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов. а именно Д ₁ , Д ₂ , Д ₃ , Д ₄ и нагрузочный резистор R _L . Четыре диода подключены по схеме замкнутого контура (моста) к эффективно преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный Ток (постоянный ток). Основное преимущество этой мостовой схемы конфигурация в том, что нам не требуется дорогой центр трансформатор с ответвлениями, что позволило снизить его стоимость и габариты.

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

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

Как мост выпрямитель работает?

Когда входной сигнал переменного тока подается через мостовой выпрямитель, в течение положительного полупериода диоды Д ₁ и Д ₃ смещены в прямом направлении и пропускают электрический ток, в то время как диоды Д ₂ и Д ₄ смещены в обратном направлении и блокирует электрический ток. С другой стороны, во время диоды отрицательного полупериода D ₂ и D ₄ смещены в прямом направлении и пропускают электрический ток, в то время как диоды Д ₁ и D ₃ имеют обратное смещение и блокирует электрический ток.

Во время положительный полупериод, клемма А становится положительной в то время как клемма B становится отрицательной. Это вызывает диоды Д ₁ и Д ₃ с прямым смещением и при одновременно вызывает диоды Д ₂ и Д ₄ с обратным смещением.

направление тока во время положительного полупериода равно показано на рисунке A (т.е. от A до D до C до B).

Во время отрицательный полупериод, клемма B становится положительной в то время как клемма А становится отрицательной. Это вызывает диоды Д ₂ и Д ₄ с прямым смещением и при в то же время он вызывает диоды Д ₁ и Д ₃ с обратным смещением.

показано текущее направление потока во время отрицательного полупериода на рисунке B (т.е. от B до D до C до A).

От двух приведенных выше рисунков (A и B), мы можем заметить, что направление тока через нагрузочное сопротивление R _L одинаково во время положительного полупериода и отрицательного полупериода цикл. Следовательно, полярность выходного сигнала постоянного тока одинаковы как для положительных, так и для отрицательных полупериодов. Выход Полярность сигнала постоянного тока может быть как полностью положительной, так и отрицательный. В нашем случае он полностью положительный. Если направление диодов меняется местами, то мы получаем полный отрицательный постоянный ток Напряжение.

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

Выходные сигналы мостового выпрямителя показаны на ниже рисунок.

Характеристики из мостовой выпрямитель

Пиковый инверсный Напряжение (PIV)

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

или

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

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

Дано пиковое обратное напряжение (PIV) для мостового выпрямителя. по

PIV = V _Smax

Коэффициент пульсаций

гладкость выходного сигнала постоянного тока измеряется с использованием известного коэффициента как фактор пульсации. Выходной сигнал постоянного тока с очень меньшим пульсации рассматриваются как гладкий сигнал постоянного тока, в то время как выходной сигнал постоянного тока с высокими пульсациями считается высоким пульсирующий сигнал постоянного тока.

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

коэффициент пульсаций мостового выпрямителя определяется как

 

коэффициент пульсации мостового выпрямителя равен 0,48, что соответствует в качестве центрального двухполупериодного выпрямителя.

Выпрямитель эффективность

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

Высокий выпрямитель КПД указывает на самый надежный выпрямитель, а низкий КПД выпрямителя указывает на плохой выпрямитель.

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

 

максимальный КПД мостового выпрямителя 81,2% который аналогичен двухполупериодному выпрямителю с центральным отводом.

Преимущества мостового выпрямителя

Низкий пульсации в выходном сигнале постоянного тока

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

Высокий выпрямитель эффективность

выпрямитель КПД мостового выпрямителя очень высок по сравнению с к однополупериодному выпрямителю. Тем не менее, выпрямитель КПД мостового выпрямителя и двухполупериодного отвода от середины выпрямитель такой же.

Низкий потери мощности

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

Однако, в мостовом выпрямителе допускается электрический ток в течение как положительных, так и отрицательных полупериодов входного сигнала Сигнал переменного тока. Таким образом, выходная мощность постоянного тока почти равна входная мощность переменного тока.

Недостатки из мостовой выпрямитель

Мост выпрямитель схема выглядит очень сложной

В однополупериодный выпрямитель, используется только один диод, тогда как в двухполупериодном выпрямителе с отводом от середины используются два диода. Но в мостовом выпрямителе мы используем четыре диода для работа схемы. Так выглядит схема мостового выпрямителя более сложный, чем однополупериодный выпрямитель и центральный ответвитель двухполупериодный выпрямитель.

Подробнее потеря мощности по сравнению с полной волной с центральным отводом выпрямитель

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

В Двухполупериодный выпрямитель с отводом от середины, проводящий только один диод в течение каждого полупериода.