Střídavé napětí je přenášeno z rozvodné sítě ke spotřebiteli. Je to dáno povahou přepravy elektřiny. Většina elektrických spotřebičů v domácnostech (a částečně i v průmyslu) však vyžaduje stejnosměrné napětí. Vyžaduje převodníky. V mnoha případech jsou konstruovány podle schématu "snižovací transformátor - usměrňovač - vyhlazovací filtr" (kromě spínané napájecí zdroje). Jako usměrňovače se používají diody uspořádané v můstkovém zapojení.
Obsah
Proč je potřeba diodový můstek a jak funguje
Diodový můstek se používá jako usměrňovací obvod, který převádí střídavé napětí na stejnosměrné. Funguje na základě jednosměrného vedení, což je vlastnost polovodičové diody, která umožňuje průchod proudu pouze jedním směrem. Jako nejjednodušší usměrňovač může sloužit i jediná dioda.
V této souvislosti je záporná strana (negativní) sinusového průběhu je "odříznuta". Tato metoda má své nevýhody:
- Tvar výstupního napětí není zdaleka konstantní, což vyžaduje velký a objemný kondenzátor jako vyhlazovací filtr;
- zdroj střídavého proudu je využíván maximálně na polovinu své kapacity.
Proud procházející zátěží opakuje tvar výstupního napětí. Proto je lepší použít dvojitý půlperiodický usměrňovač ve formě diodového můstku. Pokud jsou do výše uvedeného obvodu zapojeny čtyři diody a je připojena zátěž, bude jednotka při přivedení střídavého napětí na vstup pracovat následovně:
Když je napětí kladné (horní část sinusoidy, červená šipka), protéká diodou VD2, zátěží, VD3 proud. Při záporném napětí (spodní část sinusovky, zelená šipka) přes diodu VD4, zátěž, VD1. V důsledku toho prochází proud zátěží dvakrát za jednu periodu ve stejném směru.
Tvar výstupního napětí je mnohem bližší přímce, i když úroveň zvlnění je poměrně vysoká. Výkon zdroje je plně využit.
Pokud je k dispozici třífázový zdroj napětí s požadovanou amplitudou, lze tímto způsobem vytvořit můstek:
Na zátěž se nabalí tři proudy, které opakují tvar výstupního napětí s fázovým posunem 120 stupňů:
Výstupní napětí bude obíhat vrcholy sinusoid. Je vidět, že napětí pulzuje mnohem méně než v jednofázovém obvodu a jeho tvar se blíží přímce. V tomto případě bude kapacita vyhlazovacího filtru minimální.
Další variantou mostu je řízený most. V tomto případě jsou dvě diody nahrazeny tyristory, což jsou elektronická zařízení, která se otevírají po přivedení signálu na řídicí elektrodu. V otevřeném stavu se tyristory chovají téměř jako běžné diody. Obvod má tuto podobu:
Spínací signály jsou dodávány řídicím obvodem v dohodnutých časových okamžicích, k vypnutí dojde v okamžiku, kdy napětí projde nulou. Napětí se pak zprůměruje na kondenzátoru a tento průměr lze řídit.
Označení diodového můstku a schéma zapojení
Vzhledem k tomu, že diodové můstky mohou být konstruovány podle různých schémat a mají málo prvků, ve většině případů se usměrňovací jednotka identifikuje jednoduše nakreslením schématu. Pokud je to nepřijatelné, např. v případě blokového schématu, je můstek označen symbolem používaným pro jakýkoli měnič střídavého proudu na stejnosměrný:
Písmeno "~" znamená Obvody střídavého prouduSymbol "=" označuje stejnosměrné obvody a "+" a "-" polaritu výstupu.
Pokud je usměrňovač založen na klasickém čtyřdiodovém můstkovém zapojení, je povoleno mírně zjednodušené znázornění:
Vstup usměrňovací jednotky se připojuje k výstupním svorkám zdroje střídavého proudu (ve většině případů se jedná o snižovací transformátor) bez ohledu na polaritu - jakákoli výstupní svorka se připojí k jakékoli vstupní svorce. Výstup můstku je připojen k zátěži. To může, ale nemusí vyžadovat polaritu (včetně stabilizátoru, vyhlazovacího filtru).
Diodový můstek může být připojen ke zdroji stejnosměrného napětí. V takovém případě je vytvořen ochranný obvod proti neúmyslnému přepólování - jakékoliv připojení vstupů můstku k výstupu napájecího zdroje nezpůsobí přepólování napětí na jeho výstupu.
Hlavní technické vlastnosti
Při výběru diod nebo můstku je třeba se nejprve zaměřit na následující skutečnosti. Nejvyšší provozní dopředný proud. Musí být větší než proud zátěže. Pokud tuto hodnotu neznáme a známe výkon, je třeba ji převést na proud podle vzorce Inagr=Pnagr/Uf. Pro zvýšení přípustného proudu lze polovodiče zapojit paralelně - nejvyšší zatěžovací proud se vydělí počtem diod. Diody v jedné větvi můstku je v tomto případě lepší volit podle blízké hodnoty úbytku napětí v otevřeném stavu.
Druhým důležitým parametrem je dopředné napětíDruhým důležitým parametrem je dopředné napětí, na které je můstek nebo jeho součásti konstruován. Nesmí být nižší než výstupní napětí zdroje střídavého proudu (hodnota amplitudy!). Pro spolehlivý provoz zařízení je nutná rezerva 20-30 %. Pro zvýšení přípustného napětí lze diody zapojit sériově - v každém rameni můstku.
Tyto dva parametry jsou dostatečné pro předběžné rozhodnutí o použití diod v usměrňovacím zařízení, ale je třeba věnovat pozornost i některým dalším charakteristikám:
- maximální provozní frekvence - je obvykle několik kilohertzů a pro provoz na průmyslových frekvencích 50 nebo 100 Hz na tom nezáleží, ale pokud má dioda pracovat v pulzním obvodu, může se tento parametr stát rozhodujícím;
- Pokles napětí v otevřeném stavu Úbytek napětí v otevřeném stavu křemíkových diod je přibližně 0,6 V, což není důležité například pro výstupní napětí 36 V, ale může být kritické pro provoz pod 5 V - v tomto případě zvolte Schottkyho diody, které se vyznačují nízkou hodnotou tohoto parametru.
Typy diodových můstků a jejich značení
Diodový můstek může být sestaven z diskrétních diod. Pro dodržení polarity je třeba věnovat pozornost označení. V některých případech je značení ve formě obrázku umístěno přímo na těle polovodičové součástky. To je charakteristické pro výrobky vyráběné v tuzemsku.
Zahraniční (a mnohé moderní ruské) přístroje jsou označeny tečkou nebo kroužkem. Ve většině případů je anoda takto označena, ale není to zaručeno. Nejlepší je nahlédnout do referenční knihy nebo použít tester.
Můstek lze vytvořit ze sestavy - čtyři diody jsou spojeny do jednoho pouzdra a propojení svorek lze provést externími vodiči (např. na desce plošných spojů). Sestavy se mohou lišit, takže se musíte podívat do katalogových listů, abyste zjistili správné zapojení.
Například sestava diod BAV99S se 4 diodami, ale pouze 6 vývody, má uvnitř zapojeny dva polomůstky (na pouzdře je tečka u vývodu 1):
Chcete-li získat plnohodnotný můstek, musíte příslušné vývody propojit externími vodiči (červeně je znázorněno rozložení kolejí při použití zapojení do plošného spoje):
V tomto případě je střídavé napětí připojeno na piny 3 a 6. Kladný pól stejnosměrného proudu je odebírán z kolíku 5 nebo 2 a záporný pól z kolíku 4 nebo 1.
A nejjednodušší možností je sestava s připraveným můstkem uvnitř. Domácí výrobky mohou být KTs402, KTs405, existují mosty sestavy zahraniční výroby. V mnoha případech se označení svorek aplikuje přímo na pouzdro a úkolem je pouze správný výběr podle vlastností a bezchybné připojení. Pokud není k dispozici žádné vnější označení svorek, budete se muset obrátit na návod k obsluze.
Výhody a nevýhody
Výhody diodových můstků jsou dobře známy:
- desítky let osvědčené obvody;
- Snadná montáž a připojení;
- snadná diagnostika závad a snadná oprava.
Nevýhodou jsou větší rozměry a hmotnost obvodu s rostoucím výkonem a také nutnost použití chladičů pro výkonné diody. Ale nedá se s tím nic dělat - fyziku nelze ošidit. Pokud se tyto podmínky stanou nepřijatelnými, je nutné rozhodnout o přechodu na spínaný napájecí obvod. Mimochodem, lze v něm použít i můstkové zapojení diod.
Je třeba také poznamenat, že tvar výstupního napětí není zdaleka konstantní. Pro práci se spotřebiči s požadavky na stabilitu napájecího napětí je nutné použít můstek spolu s vyhlazovacími filtry a případně stabilizátory na výstupu.
Související články:
