Striedavé napätie sa prenáša z rozvodnej siete k spotrebiteľovi. Vyplýva to z povahy prepravy elektrickej energie. Väčšina elektrických spotrebičov v domácnostiach (a čiastočne aj v priemysle) však vyžaduje jednosmerné napätie. Vyžaduje si konvertory. V mnohých prípadoch sú konštruované podľa schémy "znižovací transformátor - usmerňovač - vyhladzovací filter" (okrem spínané napájacie zdroje). Diódy usporiadané v mostíkovom obvode sa používajú ako usmerňovače.
Obsah
Prečo je potrebný diódový mostík a ako funguje
Diódový mostík je usmerňovací obvod, ktorý premieňa striedavé napätie na jednosmerné. Funguje na základe jednosmernej vodivosti, vlastnosti polovodičovej diódy, ktorá umožňuje tok prúdu len jedným smerom. Ako najjednoduchší usmerňovač môže slúžiť aj jedna dióda.
V tejto súvislosti je záporná strana (negatívne) sínusového priebehu je "odrezaný". Táto metóda má nevýhody:
- Tvar výstupného napätia nie je ani zďaleka konštantný, čo si vyžaduje veľký a objemný kondenzátor ako vyhladzovací filter;
- napájanie striedavým prúdom sa využíva najviac na polovicu svojej kapacity.
Prúd prechádzajúci záťažou opakuje tvar výstupného napätia. Preto je lepšie použiť dvojitý polperiodický usmerňovač vo forme diódového mostíka. Ak sú do uvedeného obvodu zapojené štyri diódy a je pripojená záťaž, jednotka bude po privedení striedavého napätia na vstup pracovať nasledovne:
Keď je napätie kladné (horná časť sínusoidy, červená šípka), prúd bude prechádzať cez diódu VD2, záťaž, VD3. Pri zápornom napätí (spodná časť sínusoidy, zelená šípka) cez diódu VD4, záťaž, VD1. Výsledkom je, že v jednej perióde prechádza prúd záťažou dvakrát v rovnakom smere.
Tvar výstupného napätia je oveľa bližšie k priamke, hoci úroveň zvlnenia je pomerne vysoká. Výkon zdroja je plne využitý.
Ak je k dispozícii trojfázový zdroj napätia s požadovanou amplitúdou, možno takto vytvoriť mostík:
Na záťaž sa naskladajú tri prúdy, ktoré opakujú tvar výstupného napätia s fázovým posunom 120 stupňov:
Výstupné napätie bude krúžiť okolo vrcholov sínusoíd. Je vidieť, že napätie pulzuje oveľa menej ako v jednofázovom obvode, jeho tvar je bližší priamke. V tomto prípade bude kapacita vyhladzovacieho filtra minimálna.
Ďalším variantom mosta je riadený most. V tomto prípade sú dve diódy nahradené tyristormi, čo sú elektronické zariadenia, ktoré sa otvoria, keď sa na riadiacu elektródu privedie signál. V otvorenom stave sa tyristory správajú takmer ako bežné diódy. Obvod má túto podobu:
Spínacie signály dodáva riadiaci obvod v dohodnutých časových okamihoch, vypnutie nastáva v okamihu, keď napätie prejde nulou. Napätie sa potom spriemeruje na kondenzátore a tento priemer sa dá riadiť.
Označenie diódového mostíka a schéma zapojenia
Keďže diódové mostíky môžu byť konštruované podľa rôznych schém a majú málo prvkov, vo väčšine prípadov sa usmerňovacia jednotka identifikuje jednoducho nakreslením schémy. Ak je to neprijateľné, napr. v prípade blokovej schémy, mostík sa označuje symbolom používaným pre akýkoľvek menič striedavého prúdu na jednosmerný:
Písmeno "~" znamená Obvody striedavého prúduSymbol "=" znamená jednosmerné obvody a "+" a "-" polaritu výstupu.
Ak je usmerňovač založený na klasickom 4-diódovom mostíkovom zapojení, je povolené mierne zjednodušené znázornenie:
Vstup jednotky usmerňovača sa pripojí k výstupným svorkám zdroja striedavého prúdu (vo väčšine prípadov je to znižovací transformátor) bez dodržania polarity - akákoľvek výstupná svorka sa pripojí k akejkoľvek vstupnej svorke. Výstup mostíka je pripojený k záťaži. To môže, ale nemusí vyžadovať polaritu (vrátane stabilizátora, vyhladzovacieho filtra).
Diódový mostík môže byť pripojený k zdroju jednosmerného napätia. V takom prípade sa vytvorí ochranný obvod proti neúmyselnému prepólovaniu - akékoľvek pripojenie vstupov mostíka k výstupu napájacieho zdroja nezmení polaritu napätia na jeho výstupe.
Hlavné technické vlastnosti
Pri výbere diód alebo mostíka by ste sa mali najprv zamerať na nasledujúce skutočnosti Najvyšší prevádzkový prúd. Musí byť väčšia ako prúd záťaže. Ak táto hodnota nie je známa a výkon je známy, musí sa prepočítať na prúd pomocou vzorca Inagr=Pnagr/Uf. Na zvýšenie prípustného prúdu možno polovodiče zapojiť paralelne - najvyšší záťažový prúd vydeliť počtom diód. Diódy v jednej vetve mostíka je v tomto prípade lepšie zvoliť podľa blízkej hodnoty úbytku napätia v otvorenom stave.
Druhým dôležitým parametrom je dopredné napätieDruhým dôležitým parametrom je priame napätie, na ktoré je mostík alebo jeho komponenty navrhnuté. Nesmie byť nižšia ako výstupné napätie zdroja striedavého prúdu (hodnota amplitúdy!). Pre spoľahlivú prevádzku zariadenia je potrebná rezerva 20-30 %. Na zvýšenie prípustného napätia možno diódy zapojiť sériovo - v každom ramene mostíka.
Tieto dva parametre postačujú na predbežné rozhodnutie o použití diód v usmerňovacom zariadení, ale je potrebné venovať pozornosť aj niektorým ďalším charakteristikám:
- maximálna prevádzková frekvencia - je zvyčajne niekoľko kilohertzov a pri prevádzke na priemyselných frekvenciách 50 alebo 100 Hz na tom nezáleží, ale ak má dióda pracovať v impulznom obvode, môže sa tento parameter stať rozhodujúcim;
- Pokles napätia v otvorenom stave Úbytok napätia v otvorenej polohe kremíkových diód je približne 0,6 V, čo je nepodstatné napríklad pri výstupnom napätí 36 V, ale môže byť kritické pri prevádzke pod 5 V - v takom prípade by sa mali zvoliť Schottkyho diódy s nízkymi hodnotami tohto parametra.
Typy diódových mostíkov a ich označovanie
Diodový mostík môže byť zostavený z diskrétnych diód. Aby ste dodržali polaritu, musíte venovať pozornosť označeniam. V niektorých prípadoch je označenie v podobe obrázka umiestnené priamo na tele polovodičového zariadenia. To je charakteristické pre výrobky vyrábané na domácom trhu.
Zahraničné (a mnohé moderné ruské) zariadenia sú označené bodkou alebo krúžkom. Vo väčšine prípadov je anóda takto označená, ale nie je to zaručené. Najlepšie je nahliadnuť do referenčnej knihy alebo použiť tester.
Mostík môžete vytvoriť zo zostavy - štyri diódy sú spojené v jednom puzdre a spojenie svoriek môže byť realizované externými vodičmi (napr. na doske plošných spojov). Zostavy sa môžu líšiť, preto sa musíte pozrieť do technických listov, aby ste zistili správne zapojenie.
Napríklad zostava diód BAV99S so 4 diódami, ale len so 6 vývodmi, má vo vnútri zapojené dva polomosty (na puzdre je bodka pri vývode 1):
Ak chcete získať úplný mostík, musíte príslušné piny prepojiť externými vodičmi (červenou farbou je znázornené rozloženie dráhy pri použití zapojenia plošných spojov):
V tomto prípade je striedavé napätie pripojené na kolíky 3 a 6. Kladný pól jednosmerného prúdu sa odoberá z kolíka 5 alebo 2 a záporný pól z kolíka 4 alebo 1.
Najjednoduchšou možnosťou je zostava s pripraveným mostíkom vo vnútri. Domáce výrobky môžu byť KTs402, KTs405, existujú mostíky zahraničnej výroby. V mnohých prípadoch sa označenie svoriek aplikuje priamo na puzdro a úlohou je len správny výber podľa vlastností a bezchybné pripojenie. Ak neexistuje žiadne externé označenie svoriek, musíte sa obrátiť na príručku.
Výhody a nevýhody
Výhody diódových mostíkov sú dobre známe:
- desaťročia osvedčené obvody;
- Jednoduchá montáž a pripojenie;
- jednoduchá diagnostika porúch a jednoduchá oprava.
Nevýhodou sú zväčšujúce sa rozmery a hmotnosť obvodu s rastúcim výkonom, ako aj potreba použitia chladičov pre výkonné diódy. Ale nedá sa s tým nič robiť - fyziku nemožno oklamať. Keď sa tieto podmienky stanú neprijateľnými, je potrebné rozhodnúť o prechode na spínaný napájací obvod. Mimochodom, možno v ňom použiť aj mostíkové zapojenie diód.
Treba tiež poznamenať, že tvar výstupného napätia zďaleka nie je konštantný. Na prácu so spotrebiteľmi s požiadavkami na stabilitu napájacieho napätia je potrebné použiť mostík spolu s vyhladzovacími filtrami a v prípade potreby aj stabilizátory na výstupe.
Súvisiace články:
