Vekselspænding transporteres fra forsyningsvirksomheden til forbrugeren. Det skyldes, at elektricitetstransporten er en naturbegivenhed. Men de fleste elektriske forbrugere i husholdninger (og til dels industrien) kræver en jævnspændingsforsyning. Det kræver omformere. I mange tilfælde er de opbygget efter skemaet "nedtrapningstransformator - ensretter - udjævningsfilter" (undtagen for switched-mode strømforsyninger). Dioder, der er anbragt i et brokredsløb, anvendes som ensrettere.
Indhold
Hvorfor er det nødvendigt med en diodebro, og hvordan den fungerer
Diodebroen anvendes som et ensretterkredsløb, der konverterer vekselspænding til jævnspænding. Den fungerer på grundlag af envejsledning, en egenskab ved en halvlederdiode, som gør det muligt for strømmen at flyde i kun én retning. En enkelt diode kan også fungere som den enkleste ensretter.
I denne forbindelse skal den negative side (negativ) af en sinusformet bølgeform er "afskåret". Denne metode har ulemper:
- Udgangsspændingsformen er langt fra konstant, hvilket kræver en stor og omfangsrig kondensator som udjævningsfilter;
- vekselstrømsforsyningen anvendes højst halvdelen af sin kapacitet.
Strømmen gennem belastningen gentager formen af udgangsspændingen. Derfor er det bedre at bruge en dobbelt halvperiode ensretter i form af en diodebro. Hvis der indgår fire dioder i ovenstående kredsløb, og der er tilsluttet en belastning, vil enheden fungere som følger, når vekselspændingen påføres indgangen:
Når spændingen er positiv (øverste del af sinusbølgen, rød pil), vil strømmen løbe gennem diode VD2, belastning, VD3. Med negativ spænding (den nederste del af sinusbølgen, grøn pil) gennem diode VD4, belastning, VD1. Resultatet er, at strømmen i en periode passerer gennem belastningen to gange i samme retning.
Udgangsspændingens form er meget tættere på en lige linje, selv om niveauet af ripple er ret højt. Kildeeffekten udnyttes fuldt ud.
Hvis der er en trefaset spændingskilde med den ønskede amplitude til rådighed, kan der laves en bro på denne måde:
Den vil lægge tre strømme på belastningen og gentage udgangsspændingens form med en faseforskydning på 120 grader:
Udgangsspændingen vil cirkle omkring toppen af sinusoiderne. Det kan ses, at spændingen pulserer meget mindre end i det enfasede kredsløb, og dens form er tættere på en lige linje. I dette tilfælde vil kapacitansen i udglatningsfilteret være minimal.
Og en anden variant af broen er en kontrolleret bro. I denne er de to dioder erstattet af thyristorer, som er elektroniske enheder, der åbner sig, når der påføres et signal på styreelektroden. Når de er åbne, opfører thyristorer sig næsten som almindelige dioder. Kredsløbet har denne form:
Afbrydelsessignaler leveres af kontrolkredsløbet på de aftalte tidspunkter, og slukning sker på det tidspunkt, hvor spændingen passerer nul. Spændingen danner derefter et gennemsnit over en kondensator, og dette gennemsnit kan styres.
Betegnelse af diodebro og tilslutningsdiagram
Da diodebroer kan opbygges efter forskellige skemaer og har få elementer, identificeres ensretterenheden i de fleste tilfælde blot ved at tegne et skematisk diagram. Hvis dette er uacceptabelt, f.eks. i et blokdiagram, angives broen ved hjælp af det symbol, der anvendes for enhver vekselstrøms- til jævnstrømsomformer:
"~" står for AC-kredsløbSymbolet "=" står for jævnstrømskredsløb og "+" og "-" for udgangspolariteten.
Hvis ensretteren er baseret på et klassisk 4-diode-brokredsløb, er en lidt forenklet fremstilling tilladt:
Ensretterens indgang er forbundet til udgangsklemmerne på vekselstrømskilden (i de fleste tilfælde er dette en step-down transformer) uden at overholde polariteten - enhver udgangsklemme er forbundet til enhver indgangsklemme. Udgangen af broen er forbundet til belastningen. Dette kan kræve eller ikke kræve polaritet (herunder stabilisator, udglattende filter).
Diodebroen kan være tilsluttet en jævnspændingskilde. I så fald oprettes et utilsigtet beskyttelseskredsløb mod omvendt polaritet - enhver forbindelse af broens indgange til strømforsyningens udgang vil ikke omvende polariteten af spændingen ved dens udgang.
De vigtigste tekniske egenskaber
Når du vælger dioder eller en bro, skal du først se på følgende Største driftsstrøm i fremadrettet retning. Den skal være større end belastningsstrømmen. Hvis denne værdi er ukendt, og effekten er kendt, skal den omregnes til strøm ved hjælp af formlen Inagr=Pnagr/Uf. For at øge den tilladte strøm kan halvlederne forbindes parallelt - den højeste belastningsstrøm divideret med antallet af dioder. Dioder i den ene gren af broen i dette tilfælde er det bedre at vælge ved tæt værdi af spændingsfald i åben tilstand.
Den anden vigtige parameter er forward-spændingDen anden vigtige parameter er den fremadrettede spænding, som broen eller dens komponenter er konstrueret til at kunne bære. Den må ikke være lavere end vekselstrømskildens udgangsspænding (amplitudeværdi!). For at sikre en pålidelig drift af anordningen kræves en margen på 20-30 %. For at øge den tilladte spænding kan dioder forbindes i serie - i hver skulder af broen.
Disse to parametre er nok til en foreløbig beslutning om at bruge dioder i ensretteranordningen, men det er nødvendigt at være opmærksom på nogle andre egenskaber:
- maksimal driftsfrekvens - er normalt et par kilohertz, og ved drift ved industrielle frekvenser på 50 eller 100 Hz er det ligegyldigt, men hvis dioden skal fungere i et pulskredsløb, kan denne parameter blive afgørende;
- Spændingsfald i åben tilstand Spændingsfaldet i åben tilstand for siliciumdioder er ca. 0,6 V, hvilket ikke er vigtigt for en udgangsspænding på f.eks. 36 V, men kan være kritisk for drift under 5 V - i dette tilfælde skal du vælge Schottky-dioder, som er kendetegnet ved en lav værdi af denne parameter.
Typer af diodebroer og deres mærkning
Diodebroen kan være sammensat af diskrete dioder. For at overholde polariteten skal du være opmærksom på markeringerne. I nogle tilfælde er mærkningen i form af en figur anbragt direkte på halvlederanordningens krop. Dette er karakteristisk for indenlandsk fremstillede produkter.
Udenlandske (og mange moderne russiske) apparater er markeret med en prik eller en ring. I de fleste tilfælde er anoden markeret på denne måde, men der er ingen garanti. Det er bedst at konsultere en opslagsbog eller bruge en tester.
Du kan lave en bro fra en samling - fire dioder er kombineret i en kasse, og forbindelsen af terminalerne kan foretages af eksterne ledere (f.eks. på et PCB). Samlinger kan variere, så du skal se på databladene for at finde den korrekte forbindelse.
F.eks. har BAV99S diodeenheden med 4 dioder, men kun 6 pinde, to halvbroer forbundet indeni (der er en prik på huset nær pin 1):
For at få en fuld bro skal du forbinde de tilsvarende pins med eksterne ledere (rødt viser sporlayoutet, når du bruger printede kredsløb):
I dette tilfælde er vekselspændingen forbundet til pind 3 og 6. Den positive jævnstrømspol tages fra pin 5 eller 2 og den negative pol fra pin 4 eller 1.
Og den enkleste løsning er en samling med en færdig bro indeni. Indenlandske produkter kan være KTs402, KTs405, der findes også udenlandsk fremstillede brosamlinger. I mange tilfælde påføres mærkningen af terminalerne direkte på huset, og opgaven består kun i at foretage det korrekte valg i henhold til egenskaberne og sikre en fejlfri tilslutning. Hvis der ikke er nogen ekstern terminalmarkering, skal du henvise til en manual.
Fordele og ulemper
Fordelene ved diodebroer er velkendte:
- årtiers gennemprøvede kredsløb;
- Let at samle og tilslutte;
- nem fejldiagnose og nem reparation.
Ulemperne er kredsløbets øgede størrelse og vægt med stigende effekt samt behovet for at bruge køleplader til dioder med høj effekt. Men det kan man ikke gøre noget ved - man kan ikke snyde fysikken. Når disse forhold bliver uacceptable, er det nødvendigt at beslutte overgangen til et kredsløb med koblingsstrømforsyning. Forresten kan diodernes broforbindelse også bruges i den.
Det skal også bemærkes, at udgangsspændingens form er langt fra konstant. For at arbejde med forbrugere med krav om stabilitet i forsyningsspændingen er det nødvendigt at bruge en bro sammen med udjævningsfiltre og om nødvendigt stabilisatorer i udgangen.
Relaterede artikler:
