Η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος μεταφέρεται από το δίκτυο κοινής ωφέλειας στον καταναλωτή. Αυτό οφείλεται στη φύση της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Αλλά οι περισσότεροι οικιακοί (και εν μέρει βιομηχανικοί) ηλεκτρικοί καταναλωτές απαιτούν παροχή συνεχούς τάσης. Απαιτεί μετατροπείς. Σε πολλές περιπτώσεις κατασκευάζονται σύμφωνα με το σχήμα "μετασχηματιστής υποβιβασμού - ανορθωτής - φίλτρο εξομάλυνσης" (εκτός από τις τροφοδοτικά διακοπτόμενης λειτουργίας). Οι δίοδοι τοποθετημένες σε κύκλωμα γέφυρας χρησιμοποιούνται ως ανορθωτές.
Περιεχόμενα
Γιατί χρειάζεται η γέφυρα διόδων και πώς λειτουργεί
Η γέφυρα διόδων είναι ένα ανορθωτικό κύκλωμα, το οποίο μετατρέπει την εναλλασσόμενη τάση σε συνεχή τάση. Λειτουργεί με βάση τη μονόδρομη αγωγιμότητα, μια ιδιότητα της διόδου ημιαγωγού που επιτρέπει τη ροή ρεύματος προς μία μόνο κατεύθυνση. Μια μονή δίοδος μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως ο απλούστερος ανορθωτής.
Στο πλαίσιο αυτό, η αρνητική πλευρά (αρνητικό) μιας ημιτονοειδούς κυματομορφής "κόβεται". Η μέθοδος αυτή έχει μειονεκτήματα:
- Η μορφή της τάσης εξόδου δεν είναι καθόλου σταθερή, απαιτώντας έναν μεγάλο και ογκώδη πυκνωτή ως φίλτρο εξομάλυνσης,
- το τροφοδοτικό εναλλασσόμενου ρεύματος χρησιμοποιείται το πολύ στο μισό της χωρητικότητάς του.
Το ρεύμα μέσω του φορτίου επαναλαμβάνει τη μορφή της τάσης εξόδου. Επομένως, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιηθεί ένας ανορθωτής διπλής μισής περιόδου με τη μορφή γέφυρας διόδων. Εάν στο παραπάνω κύκλωμα περιλαμβάνονται τέσσερις δίοδοι και συνδεθεί ένα φορτίο, η μονάδα θα λειτουργεί ως εξής όταν η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος εφαρμόζεται στην είσοδο:
Όταν η τάση είναι θετική (άνω μέρος του ημιτονοειδούς κύματος, κόκκινο βέλος), το ρεύμα θα ρέει μέσω της διόδου VD2, του φορτίου, VD3. Με αρνητική τάση (κάτω μέρος του ημιτονοειδούς κύματος, πράσινο βέλος) μέσω της διόδου VD4, φορτίο, VD1. Ως αποτέλεσμα, το ρεύμα διέρχεται από το φορτίο δύο φορές σε μία περίοδο προς την ίδια κατεύθυνση.
Το σχήμα της τάσης εξόδου είναι πολύ πιο κοντά σε μια ευθεία γραμμή, αν και το επίπεδο κυμάτωσης είναι αρκετά υψηλό. Η ισχύς της πηγής αξιοποιείται πλήρως.
Εάν είναι διαθέσιμη μια τριφασική πηγή τάσης του απαιτούμενου πλάτους, μπορεί να κατασκευαστεί μια γέφυρα με αυτόν τον τρόπο:
Θα συσσωρεύσει τρία ρεύματα στο φορτίο, επαναλαμβάνοντας το σχήμα της τάσης εξόδου, με μετατόπιση φάσης 120 μοιρών:
Η τάση εξόδου θα κυκλώνει τις κορυφές των ημιτονοειδών. Μπορεί να φανεί ότι η τάση παλμοδοτείται πολύ λιγότερο από ό,τι στο μονοφασικό κύκλωμα, το σχήμα της είναι πιο κοντά σε μια ευθεία γραμμή. Σε αυτή την περίπτωση η χωρητικότητα του φίλτρου εξομάλυνσης θα είναι ελάχιστη.
Και μια άλλη παραλλαγή της γέφυρας είναι μια ελεγχόμενη γέφυρα. Σε αυτό, οι δύο δίοδοι αντικαθίστανται από θυρίστορ, οι οποίες είναι ηλεκτρονικές διατάξεις που ανοίγουν όταν εφαρμόζεται σήμα στο ηλεκτρόδιο ελέγχου. Όταν είναι ανοικτά, τα θυρίστορ συμπεριφέρονται σχεδόν όπως οι συνηθισμένες δίοδοι. Το κύκλωμα έχει την εξής μορφή:
Τα σήματα μεταγωγής παρέχονται από το κύκλωμα ελέγχου στις συμφωνημένες χρονικές στιγμές, ενώ η απενεργοποίηση γίνεται τη στιγμή που η τάση περνά από το μηδέν. Στη συνέχεια, η τάση υπολογίζεται κατά μέσο όρο σε έναν πυκνωτή και ο μέσος αυτός όρος μπορεί να ελεγχθεί.
Ονομασία γέφυρας διόδων και διάγραμμα σύνδεσης
Καθώς οι γέφυρες διόδων μπορούν να κατασκευαστούν σύμφωνα με διάφορα σχήματα και έχουν λίγα στοιχεία, στις περισσότερες περιπτώσεις η μονάδα ανορθωτή προσδιορίζεται απλά με τη σχεδίαση ενός σχηματικού διαγράμματος. Εάν αυτό δεν είναι αποδεκτό, π.χ. στην περίπτωση ενός μπλοκ διαγράμματος, η γέφυρα υποδεικνύεται με το σύμβολο που χρησιμοποιείται για κάθε μετατροπέα εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές:
Το "~" σημαίνει Κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματοςΤο σύμβολο "=" αντιπροσωπεύει τα κυκλώματα συνεχούς ρεύματος και τα "+" και "-" την πολικότητα της εξόδου.
Εάν ο ανορθωτής βασίζεται σε ένα κλασικό κύκλωμα γέφυρας 4 διόδων, επιτρέπεται μια ελαφρώς απλουστευμένη αναπαράσταση:
Η είσοδος της μονάδας ανόρθωσης συνδέεται με τους ακροδέκτες εξόδου της πηγής εναλλασσόμενου ρεύματος (στις περισσότερες περιπτώσεις πρόκειται για μετασχηματιστή υποβιβασμού) χωρίς να τηρείται η πολικότητα - οποιοσδήποτε ακροδέκτης εξόδου συνδέεται με οποιονδήποτε ακροδέκτη εισόδου. Η έξοδος της γέφυρας συνδέεται στο φορτίο. Αυτό μπορεί να απαιτεί ή να μην απαιτεί πολικότητα (συμπεριλαμβανομένου του σταθεροποιητή, του φίλτρου εξομάλυνσης).
Η γέφυρα διόδων μπορεί να συνδεθεί σε πηγή συνεχούς τάσης. Στην περίπτωση αυτή, δημιουργείται ένα κύκλωμα προστασίας από ακούσια αντιστροφή της πολικότητας - οποιαδήποτε σύνδεση των εισόδων της γέφυρας στην έξοδο του τροφοδοτικού δεν θα αντιστρέψει την πολικότητα της τάσης στην έξοδό της.
Τα κύρια τεχνικά χαρακτηριστικά
Κατά την επιλογή διόδων ή γέφυρας, θα πρέπει πρώτα να εξετάζονται τα εξής Υψηλότερο ρεύμα λειτουργίας προς τα εμπρός. Πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το ρεύμα φορτίου. Εάν η τιμή αυτή είναι άγνωστη και η ισχύς είναι γνωστή, πρέπει να μετατραπεί σε ρεύμα χρησιμοποιώντας τον τύπο Inagr=Pnagr/Uf. Για να αυξηθεί το επιτρεπόμενο ρεύμα, οι ημιαγωγοί μπορούν να συνδεθούν παράλληλα - το υψηλότερο ρεύμα φορτίου διαιρείται με τον αριθμό των διόδων. Οι δίοδοι σε έναν κλάδο της γέφυρας σε αυτή την περίπτωση, είναι καλύτερο να επιλέγονται από την κοντινή τιμή της πτώσης τάσης στην ανοικτή κατάσταση.
Η δεύτερη σημαντική παράμετρος είναι ορθή τάσηΗ δεύτερη σημαντική παράμετρος είναι η μπροστινή τάση που η γέφυρα ή τα εξαρτήματά της είναι σχεδιασμένα να μεταφέρουν. Δεν πρέπει να είναι χαμηλότερη από την τάση εξόδου της πηγής εναλλασσόμενου ρεύματος (τιμή πλάτους!). Για την αξιόπιστη λειτουργία της συσκευής απαιτείται περιθώριο 20-30%. Για να αυξηθεί η επιτρεπόμενη τάση, οι δίοδοι μπορούν να συνδεθούν σε σειρά - σε κάθε ώμο της γέφυρας.
Αυτές οι δύο παράμετροι είναι αρκετές για την προκαταρκτική απόφαση χρήσης διόδων στη συσκευή ανόρθωσης, αλλά είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή σε ορισμένα άλλα χαρακτηριστικά:
- μέγιστη συχνότητα λειτουργίας - είναι συνήθως μερικά kilohertz και για λειτουργία σε βιομηχανικές συχνότητες 50 ή 100 Hz δεν έχει σημασία, αλλά αν η δίοδος πρόκειται να λειτουργήσει σε παλμικό κύκλωμα, η παράμετρος αυτή μπορεί να γίνει καθοριστική,
- Πτώση τάσης ανοικτής κατάστασης Η πτώση τάσης ανοικτής κατάστασης των διόδων πυριτίου είναι περίπου 0,6 V, η οποία δεν είναι σημαντική για μια τάση εξόδου 36 V, για παράδειγμα, αλλά μπορεί να είναι κρίσιμη για λειτουργία κάτω από 5 V - σε αυτή την περίπτωση, επιλέξτε διόδους Schottky, οι οποίες χαρακτηρίζονται από χαμηλή τιμή αυτής της παραμέτρου.
Τύποι διόδων-γεφυρών και η σήμανσή τους
Η γέφυρα διόδων μπορεί να συναρμολογηθεί με διακριτές διόδους. Για να τηρήσετε την πολικότητα, πρέπει να δώσετε προσοχή στις σημάνσεις. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η σήμανση με τη μορφή σχήματος τοποθετείται απευθείας στο σώμα της διάταξης ημιαγωγών. Αυτό είναι χαρακτηριστικό των προϊόντων που κατασκευάζονται στην εγχώρια αγορά.
Οι ξένες (και πολλές σύγχρονες ρωσικές) συσκευές επισημαίνονται με μια κουκκίδα ή ένα δαχτυλίδι. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η άνοδος επισημαίνεται με αυτόν τον τρόπο, αλλά δεν υπάρχει καμία εγγύηση. Είναι καλύτερο να συμβουλευτείτε ένα βιβλίο αναφοράς ή να χρησιμοποιήσετε έναν ελεγκτή.
Μπορείτε να κατασκευάσετε μια γέφυρα από ένα συγκρότημα - τέσσερις δίοδοι συνδυάζονται σε μια θήκη και η σύνδεση των ακροδεκτών μπορεί να γίνει με εξωτερικούς αγωγούς (π.χ. σε μια πλακέτα PCB). Οι συναρμολογήσεις μπορεί να διαφέρουν, οπότε πρέπει να κοιτάξετε τα φύλλα δεδομένων για τη σωστή σύνδεση.
Για παράδειγμα, το συγκρότημα διόδων BAV99S με 4 διόδους αλλά μόνο 6 ακίδες έχει δύο ημιγέφυρες συνδεδεμένες στο εσωτερικό του (υπάρχει μια κουκκίδα στο περίβλημα κοντά στην ακίδα 1):
Για να αποκτήσετε μια πλήρη γέφυρα πρέπει να συνδέσετε τους αντίστοιχους ακροδέκτες με εξωτερικούς αγωγούς (το κόκκινο χρώμα δείχνει τη διάταξη της διαδρομής όταν χρησιμοποιείτε καλωδίωση τυπωμένου κυκλώματος):
Σε αυτή την περίπτωση η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος συνδέεται στους ακροδέκτες 3 και 6. Ο θετικός πόλος DC λαμβάνεται από τον ακροδέκτη 5 ή 2 και ο αρνητικός πόλος από τον ακροδέκτη 4 ή 1.
Και η απλούστερη επιλογή είναι ένα συγκρότημα με μια έτοιμη γέφυρα στο εσωτερικό του. Τα εγχώρια προϊόντα μπορεί να είναι KTs402, KTs405, υπάρχουν επίσης συγκροτήματα γεφυρών ξένης κατασκευής. Σε πολλές περιπτώσεις, η σήμανση των ακροδεκτών εφαρμόζεται απευθείας στο περίβλημα και το ζητούμενο είναι μόνο η σωστή επιλογή σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά και η σύνδεση χωρίς σφάλματα. Εάν δεν υπάρχει εξωτερική σήμανση ακροδεκτών, θα πρέπει να ανατρέξετε σε κάποιο εγχειρίδιο.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Τα πλεονεκτήματα των διοδικών γεφυρών είναι γνωστά:
- δεκαετίες δοκιμασμένων κυκλωμάτων,
- Εύκολη συναρμολόγηση και σύνδεση,
- εύκολη διάγνωση βλαβών και εύκολη επισκευή.
Τα μειονεκτήματα είναι το αυξημένο μέγεθος και βάρος του κυκλώματος με την αύξηση της ισχύος, καθώς και η ανάγκη χρήσης ψύκτρων για διόδους υψηλής ισχύος. Αλλά δεν μπορεί να γίνει τίποτα γι' αυτό - δεν μπορείτε να ξεγελάσετε τη φυσική. Όταν αυτές οι συνθήκες γίνονται απαράδεκτες, είναι απαραίτητο να αποφασιστεί η μετάβαση στο κύκλωμα τροφοδοσίας με μεταγωγή. Παρεμπιπτόντως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και η σύνδεση διόδων με γέφυρα.
Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η μορφή της τάσης εξόδου δεν είναι καθόλου σταθερή. Για να συνεργαστείτε με καταναλωτές με απαιτήσεις σταθερότητας της τάσης τροφοδοσίας, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε μια γέφυρα μαζί με φίλτρα εξομάλυνσης και, εάν είναι απαραίτητο, σταθεροποιητές στην έξοδο.
Σχετικά άρθρα:
