La tension alternative est transportée du service public au consommateur. Cela est dû à la nature du transport de l'électricité. Mais la plupart des consommateurs d'électricité domestiques (et en partie industriels) ont besoin d'une alimentation en tension continue. Il faut des convertisseurs. Dans de nombreux cas, ils sont construits selon le schéma "transformateur abaisseur - redresseur - filtre de lissage" (à l'exception de alimentations à découpage). Les diodes disposées dans un circuit en pont sont utilisées comme redresseurs.
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Pourquoi un pont de diodes est-il nécessaire et comment fonctionne-t-il ?
Le pont de diodes est un circuit redresseur, qui convertit la tension alternative en tension continue. Il fonctionne sur la base de la conduction unidirectionnelle, une propriété d'une diode semi-conductrice qui permet au courant de circuler dans un seul sens. Une simple diode peut également servir de redresseur le plus simple.
Dans ce contexte, le côté négatif (négatif) d'une forme d'onde sinusoïdale est "coupée". Cette méthode présente des inconvénients :
- La forme de la tension de sortie est loin d'être constante, ce qui nécessite un condensateur important et encombrant comme filtre de lissage ;
- l'alimentation en courant alternatif est utilisée au maximum à la moitié de sa capacité.
Le courant à travers la charge répète la forme de la tension de sortie. Il est donc préférable d'utiliser un redresseur à double demi-période sous la forme d'un pont de diodes. Si quatre diodes sont incluses dans le circuit ci-dessus et qu'une charge est connectée, l'unité fonctionnera comme suit lorsque la tension alternative est appliquée à l'entrée :
Lorsque la tension est positive (partie supérieure de l'onde sinusoïdale, flèche rouge), le courant traverse la diode VD2, la charge, VD3. Avec une tension négative (partie inférieure de l'onde sinusoïdale, flèche verte) à travers la diode VD4, la charge, VD1. Il en résulte qu'en une période, le courant traverse la charge deux fois dans le même sens.
La forme de la tension de sortie est beaucoup plus proche d'une ligne droite, bien que le niveau d'ondulation soit assez élevé. La puissance de la source est pleinement utilisée.
Si une source de tension triphasée de l'amplitude requise est disponible, un pont peut être réalisé de cette manière :
Il va empiler trois courants sur la charge, répétant la forme de la tension de sortie, avec un déphasage de 120 degrés :
La tension de sortie entourera les sommets des sinusoïdes. On peut voir que les impulsions de tension sont beaucoup moins importantes que dans le circuit monophasé, sa forme est plus proche d'une ligne droite. Dans ce cas, la capacité du filtre de lissage sera minimale.
Et une autre variante du pont est un pont contrôlé. Dans celui-ci, les deux diodes sont remplacées par des thyristors, qui sont des dispositifs électroniques qui s'ouvrent lorsqu'un signal est appliqué à l'électrode de commande. Lorsqu'ils sont ouverts, les thyristors se comportent presque comme des diodes ordinaires. Le circuit prend cette forme :
Les signaux de commutation sont fournis par le circuit de commande aux moments convenus, la coupure se produit au moment où la tension passe par zéro. La tension est ensuite moyennée sur un condensateur et cette moyenne peut être contrôlée.
Désignation du pont de diodes et schéma de connexion
Comme les ponts de diodes peuvent être construits selon différents schémas et comportent peu d'éléments, dans la plupart des cas, l'unité de redressement est identifiée simplement en dessinant un schéma. Si cela n'est pas acceptable, par exemple dans le cas d'un schéma fonctionnel, le pont est indiqué par le symbole utilisé pour tout convertisseur CA/CC :
Le "~" signifie Circuits CALe symbole "=" désigne les circuits en courant continu, et "+" et "-" la polarité de la sortie.
Si le redresseur est basé sur un circuit classique de pont à 4 diodes, une représentation légèrement simplifiée est autorisée :
L'entrée du redresseur est connectée aux bornes de sortie de la source de courant alternatif (dans la plupart des cas, il s'agit d'un transformateur abaisseur) sans respecter la polarité - toute borne de sortie est connectée à toute borne d'entrée. La sortie du pont est connectée à la charge. Cela peut nécessiter ou non une polarité (y compris le stabilisateur, le filtre de lissage).
Le pont de diodes peut être connecté à une source de tension continue. Dans ce cas, un circuit de protection contre l'inversion de polarité par inadvertance est créé - toute connexion des entrées du pont à la sortie de l'alimentation n'inversera pas la polarité de la tension à sa sortie.
Les principales caractéristiques techniques
Lors de la sélection de diodes ou d'un pont, il faut d'abord tenir compte des éléments suivants Courant de fuite le plus élevé. Il doit être supérieur au courant de la charge. Si cette valeur est inconnue et que la puissance est connue, elle doit être convertie en courant à l'aide de la formule Inagr=Pnagr/Uf. Pour augmenter le courant admissible, les semi-conducteurs peuvent être connectés en parallèle - le courant de charge le plus élevé divisé par le nombre de diodes. Diodes dans une branche du pont dans ce cas, il est préférable de choisir par valeur proche de la chute de tension à l'état ouvert.
Le deuxième paramètre important est tension avantLe deuxième paramètre important est la tension directe que le pont ou ses composants sont conçus pour supporter. Elle ne doit pas être inférieure à la tension de sortie de la source de courant alternatif (valeur d'amplitude !). Pour un fonctionnement fiable de l'appareil, une marge de 20 à 30 % est nécessaire. Pour augmenter la tension admissible, on peut connecter des diodes en série - dans chaque épaule du pont.
Ces deux paramètres sont suffisants pour la décision préliminaire d'utiliser des diodes dans le dispositif de redressement, mais il est nécessaire de prêter attention à certaines autres caractéristiques :
- fréquence maximale de fonctionnement - est généralement de quelques kilohertz et pour un fonctionnement à des fréquences industrielles de 50 ou 100 Hz, cela n'a pas d'importance, mais si la diode doit fonctionner dans un circuit pulsé, ce paramètre peut devenir décisif ;
- Chute de tension à l'état ouvert La chute de tension en position ouverte des diodes au silicium est d'environ 0,6 V, ce qui est sans importance pour une tension de sortie de 36 V, par exemple, mais peut être critique pour un fonctionnement en dessous de 5 V - dans ce cas, il faut choisir des diodes Schottky avec leurs faibles valeurs de ce paramètre.
Types de ponts de diodes et leur marquage
Le pont de diodes peut être assemblé avec des diodes discrètes. Pour respecter la polarité, vous devez faire attention aux marquages. Dans certains cas, le marquage sous forme de figure est placé directement sur le corps du dispositif semi-conducteur. C'est une caractéristique des produits fabriqués localement.
Les appareils étrangers (et de nombreux appareils russes modernes) sont marqués d'un point ou d'un anneau. Dans la plupart des cas, l'anode est marquée de cette manière, mais il n'y a aucune garantie. Il est préférable de consulter un ouvrage de référence ou d'utiliser un testeur.
Vous pouvez réaliser un pont à partir d'un assemblage - quatre diodes sont combinées dans un boîtier et la connexion des bornes peut être réalisée par des conducteurs externes (par exemple sur un circuit imprimé). Les assemblages peuvent varier, vous devez donc consulter les fiches techniques pour connaître la connexion correcte.
Par exemple, l'assemblage de diodes BAV99S avec 4 diodes mais seulement 6 broches a deux demi-ponts connectés à l'intérieur (il y a un point sur le boîtier près de la broche 1) :
Pour obtenir un pont complet, vous devez connecter les broches correspondantes avec des conducteurs externes (le rouge montre la disposition des pistes lorsque vous utilisez un câblage de circuit imprimé) :
Dans ce cas, la tension alternative est connectée aux broches 3 et 6. Le pôle positif du courant continu est pris sur la broche 5 ou 2 et le pôle négatif sur la broche 4 ou 1.
Et l'option la plus simple est un assemblage avec un pont prêt à l'emploi à l'intérieur. Les produits nationaux peuvent être des KTs402, des KTs405, mais il existe aussi des ponts de fabrication étrangère. Dans de nombreux cas, le marquage des bornes est appliqué directement sur le boîtier, et la tâche se résume au choix correct en fonction des caractéristiques et à une connexion sans erreur. S'il n'y a pas de marquage externe des bornes, vous devrez vous référer à un manuel.
Avantages et inconvénients
Les avantages des ponts de diodes sont bien connus :
- des décennies de circuits éprouvés ;
- Facile à assembler et à connecter ;
- diagnostic facile des défauts et réparation aisée.
Les inconvénients sont l'augmentation de la taille et du poids du circuit avec l'augmentation de la puissance, ainsi que la nécessité d'utiliser des dissipateurs thermiques pour les diodes de forte puissance. Mais on ne peut rien y faire - on ne peut pas tromper la physique. Lorsque ces conditions deviennent inacceptables, il est nécessaire de décider du passage au circuit d'alimentation à découpage. D'ailleurs, la connexion en pont des diodes peut également être utilisée.
Il convient également de noter que la forme de la tension de sortie est loin d'être constante. Pour travailler avec des consommateurs ayant des exigences de stabilité de la tension d'alimentation, il est nécessaire d'utiliser un pont ainsi que des filtres de lissage et, si nécessaire, des stabilisateurs à la sortie.
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