Wisselspanning wordt getransporteerd van het nutsbedrijf naar de consument. Dit is te wijten aan de aard van het transport van elektriciteit. Maar de meeste huishoudelijke (en deels industriële) elektrische verbruikers hebben een gelijkspanningsvoeding nodig. Daar zijn converters voor nodig. In veel gevallen zijn ze gebouwd volgens het "step-down transformator - gelijkrichter - afvlakkingsfilter" schema (behalve voor geschakelde voedingen). Diodes in een brugschakeling worden gebruikt als gelijkrichters.
Inhoud
Waarom een diodebrug nodig is en hoe hij werkt
Diodebrug wordt gebruikt als gelijkrichterschakeling, die wisselspanning omzet in gelijkspanning. Hij werkt op basis van eenrichtingsgeleiding, een eigenschap van een halfgeleiderdiode waardoor de stroom slechts in één richting kan stromen. Een enkele diode kan ook dienen als de eenvoudigste gelijkrichter.
In dit verband is de negatieve zijde (negatief) van een sinusoïdale golfvorm wordt "afgesneden". Deze methode heeft nadelen:
- De vorm van de uitgangsspanning is verre van constant, zodat een grote en omvangrijke condensator als afvlakfilter nodig is;
- de wisselstroomvoeding wordt maximaal voor de helft van zijn capaciteit gebruikt.
De stroom door de belasting herhaalt de vorm van de uitgangsspanning. Daarom is het beter een gelijkrichter met dubbele halve periode te gebruiken in de vorm van een diodebrug. Indien in de bovenstaande schakeling vier diodes zijn opgenomen en een belasting is aangesloten, zal de eenheid als volgt werken wanneer de wisselspanning op de ingang wordt gezet:
Wanneer de spanning positief is (bovenste deel van de sinusgolf, rode pijl), zal de stroom door diode VD2, belasting, VD3 vloeien. Met negatieve spanning (onderste deel van de sinusgolf, groene pijl) door diode VD4, belasting, VD1. Het resultaat is dat in één periode de stroom tweemaal in dezelfde richting door de belasting gaat.
De vorm van de uitgangsspanning ligt veel dichter bij een rechte lijn, hoewel het niveau van de rimpel vrij hoog is. Het bronvermogen wordt volledig benut.
Indien een driefasige spanningsbron met de vereiste amplitude beschikbaar is, kan op deze wijze een brug worden gemaakt:
Hij zal drie stromen op de belasting stapelen, die de vorm van de uitgangsspanning herhalen, met een faseverschuiving van 120 graden:
De uitgangsspanning zal de toppen van de sinusoïden omcirkelen. Men kan zien dat de spanning veel minder pulseert dan in het enkelfasige circuit, de vorm is dichter bij een rechte lijn. In dit geval zal de capaciteit van het afvlakfilter minimaal zijn.
En een andere variant van de brug is een gecontroleerde brug. In deze uitvoering zijn de twee diodes vervangen door thyristors, elektronische apparaten die opengaan wanneer een signaal wordt toegepast op de regelelektrode. In open toestand gedragen thyristors zich bijna als gewone diodes. De schakeling neemt deze vorm aan:
Schakelsignalen worden op de afgesproken tijdstippen door de stuurkring geleverd, uitschakelen gebeurt op het moment dat de spanning door nul gaat. De spanning wordt dan gemiddeld over een condensator en dit gemiddelde kan worden geregeld.
Diodebrug aanduiding en aansluitschema
Aangezien diodebruggen volgens verschillende schema's kunnen worden gebouwd en weinig elementen bevatten, wordt de gelijkrichter in de meeste gevallen geïdentificeerd door eenvoudig een schematisch diagram te tekenen. Indien dit niet aanvaardbaar is - bijvoorbeeld in het geval van een blokschema - wordt de brug aangeduid met het symbool dat gebruikt wordt om elke omvormer van wisselspanning naar gelijkspanning aan te duiden:
De "~" staat voor AC-circuitsHet symbool "=" staat voor gelijkstroomcircuits, en "+" en "-" voor de uitgangspolariteit.
Indien de gelijkrichter gebaseerd is op een klassieke 4-diode brugschakeling, is een enigszins vereenvoudigde voorstelling toegestaan:
De ingang van de gelijkrichter wordt aangesloten op de uitgangsklemmen van de wisselstroombron (in de meeste gevallen is dit een step-down transformator) zonder op de polariteit te letten - elke uitgangsklem wordt aangesloten op elke ingangsklem. De uitgang van de brug is verbonden met de belasting. Dit kan al dan niet polariteit vereisen (inclusief stabilisator, afvlakkingsfilter).
De diodebrug kan worden aangesloten op een gelijkspanningsbron. In dat geval wordt een beveiligingscircuit tegen onbedoelde polariteitsomkering gecreëerd - elke aansluiting van de brugingangen op de uitgang van de voeding zal de polariteit van de spanning aan de uitgang niet omkeren.
De belangrijkste technische kenmerken
Bij de keuze van diodes of een brug moet eerst naar het volgende worden gekeken Hoogst werkende voorwaartse stroom. Hij moet groter zijn dan de belastingsstroom. Indien deze waarde onbekend is en het vermogen bekend is, moet het in stroom worden omgerekend met de formule Inagr=Pnagr/Uf. Om de toelaatbare stroom te verhogen, kunnen de halfgeleiders parallel worden geschakeld - de hoogste belastingsstroom gedeeld door het aantal dioden. Diodes in een tak van de brug in dit geval, is het beter om te kiezen door dichte waarde van spanningsval in de open toestand.
De tweede belangrijke parameter is doorlaatspanningDe tweede belangrijke parameter is de voorwaartse spanning waarvoor de brug of zijn componenten ontworpen zijn. Hij mag niet lager zijn dan de uitgangsspanning van de wisselstroombron (amplitudewaarde!). Voor een betrouwbare werking van het toestel is een marge van 20-30% vereist. Om de toelaatbare spanning te verhogen, kunnen diodes in serie worden geschakeld - in elke schouder van de brug.
Deze twee parameters zijn voldoende voor een voorlopige beslissing over het gebruik van diodes in de gelijkrichter, maar het is noodzakelijk aandacht te besteden aan enkele andere kenmerken:
- maximale bedrijfsfrequentie - is gewoonlijk een paar kilohertz en voor werking bij industriële frequenties van 50 of 100 Hz doet het er niet toe, maar als de diode in een gepulseerde schakeling moet werken, kan deze parameter doorslaggevend worden;
- Spanningsval in open toestand De spanningsval in de open toestand van silicium diodes is ongeveer 0,6 V, wat niet belangrijk is voor een uitgangsspanning van 36 V, bijvoorbeeld, maar kritisch kan zijn voor bedrijf onder 5 V - kies in dit geval Schottky diodes, die worden gekenmerkt door een lage waarde van deze parameter.
Soorten diodebruggen en hun markering
De diodebrug kan worden geassembleerd met discrete diodes. Om de polariteit in acht te nemen, moet u op de markeringen letten. In sommige gevallen wordt de markering in de vorm van een figuur rechtstreeks op de behuizing van het halfgeleiderelement aangebracht. Dit is kenmerkend voor in het binnenland vervaardigde producten.
Buitenlandse (en veel moderne Russische) toestellen zijn gemarkeerd met een punt of een ring. In de meeste gevallen is de anode op deze manier gemarkeerd, maar er is geen garantie. Het is het beste een referentieboek te raadplegen of een tester te gebruiken.
U kunt een brug maken van een assemblage - vier dioden worden gecombineerd in één behuizing en de verbinding van de aansluitingen kan worden gemaakt door externe geleiders (b.v. op een printplaat). Assemblages kunnen variëren, dus u moet de datasheets bekijken voor de juiste aansluiting.
Bijvoorbeeld BAV99S diode assemblage met 4 diodes maar slechts 6 pinnen heeft twee half-bruggen binnenin verbonden (er is een punt op de behuizing dichtbij pin 1):
Om een volledige brug te krijgen moet je de corresponderende pinnen verbinden met externe geleiders (rood toont de baanindeling bij gebruik van printbedrading):
In dit geval wordt de wisselspanning aangesloten op pennen 3 en 6. De positieve gelijkstroompool komt van pen 5 of 2 en de negatieve pool van pen 4 of 1.
En de eenvoudigste optie is een assemblage met een kant-en-klare brug erin. Binnenlandse producten kunnen KTs402, KTs405 zijn, er zijn ook in het buitenland gemaakte brugassemblages. In veel gevallen wordt de markering van de aansluitklemmen rechtstreeks op de behuizing aangebracht, en komt het alleen aan op de juiste keuze overeenkomstig de kenmerken en op de foutloze aansluiting. Indien er geen externe klemmarkering is, zult u een handleiding moeten raadplegen.
Voor- en nadelen
De voordelen van diodebruggen zijn welbekend:
- decennia van bewezen schakelingen;
- Gemakkelijk te monteren en aan te sluiten;
- eenvoudige foutdiagnose en eenvoudige reparatie.
De nadelen zijn de grotere omvang en het grotere gewicht van de schakeling bij toenemend vermogen, alsmede de noodzaak om koellichamen te gebruiken voor diodes met een hoog vermogen. Maar er is niets aan te doen - je kunt de natuurkunde niet bedriegen. Wanneer deze omstandigheden onaanvaardbaar worden, moet worden besloten over te schakelen op het circuit van de schakelende voeding. Trouwens, de brugverbinding van diodes kan er ook in worden gebruikt.
Ook moet worden opgemerkt dat de vorm van de uitgangsspanning verre van constant is. Om te werken met verbruikers die eisen stellen aan de stabiliteit van de voedingsspanning, is het noodzakelijk een brug te gebruiken samen met afvlakfilters, en, indien nodig, stabilisatoren aan de uitgang.
Verwante artikelen:
