Střídavé napětí je dodáváno z organizace napájení spotřebitelům. To je způsobeno zvláštnostmi přepravy elektřiny. Ale většina domácích (a částečně i průmyslových) elektrických přijímačů vyžaduje konstantní napětí. K jeho získání jsou nutné převodníky. V mnoha případech jsou postaveny podle schématu "snižovací transformátor - usměrňovač - vyhlazovací filtr" (s výjimkou spínané zdroje). Jako usměrňovač se používají diody zapojené v můstkovém obvodu.
Obsah
K čemu je diodový můstek a jak funguje
Diodový můstek se používá jako usměrňovací obvod, který převádí střídavé napětí na stejnosměrné. Princip její činnosti je založen na jednosměrném vedení - vlastnosti polovodičové diody propouštět proud pouze jedním směrem.Jediná dioda může sloužit i jako nejjednodušší usměrňovač.
S takovým zahrnutím nižší (negativní) část sinusoidy je "odříznuta". Tato metoda má nevýhody:
- tvar výstupního napětí není zdaleka konstantní, jako vyhlazovací filtr je zapotřebí velký a objemný kondenzátor;
- střídavý proud se spotřebuje maximálně na polovinu.
Proud procházející zátěží sleduje tvar výstupního napětí. Proto je lepší použít celovlnný usměrňovač ve formě diodového můstku. Pokud zapnete čtyři diody podle uvedeného schématu a připojíte zátěž, pak když je na vstup přivedeno střídavé napětí, jednotka bude fungovat takto:
Při kladném napětí (horní část sinusoidy, červená šipka) poteče proud přes diodu VD2, zátěž, VD3. S záporem (spodní část sinusoidy, zelená šipka) přes diodu VD4, zátěž, VD1. Výsledkem je, že v jedné periodě proud prochází zátěží dvakrát ve stejném směru.
Průběh výstupního napětí je mnohem bližší přímce, i když úroveň zvlnění je poměrně vysoká. Výkon zdroje je plně využit.
Pokud existuje zdroj třífázového napětí požadované amplitudy, můžete vytvořit můstek podle následujícího schématu:
V něm budou k zátěži přidány tři proudy, které opakují tvar výstupního napětí s fázovým posunem o 120 stupňů:
Výstupní napětí půjde kolem vrcholů sinusoid. Je vidět, že napětí pulzuje mnohem méně než u jednofázového obvodu, svým tvarem se blíží přímce. V tomto případě bude kapacita vyhlazovacího filtru minimální.
A další verze mostu - řízená.V něm jsou dvě diody nahrazeny tyristory - elektronickými zařízeními, které se otevírají při přivedení signálu na řídicí elektrodu. V otevřené podobě se tyristory chovají téměř jako běžné diody. Schéma vypadá takto:
Spínací signály jsou vydávány z řídicího obvodu v dohodnutých časech, k vypnutí dochází v okamžiku, kdy napětí projde nulou. Poté je napětí na kondenzátoru zprůměrováno a tato průměrná úroveň může být řízena.
Označení diodového můstku a schéma zapojení
Protože diodový můstek může být sestaven podle různých schémat a obsahuje málo prvků, je ve většině případů označení sestavy usměrňovače provedeno pouhým nakreslením jeho schématu zapojení. Pokud je to nepřijatelné – například v případě sestavování blokového schématu – pak je můstek označen jako symbol, který označuje jakýkoli měnič AC-DC:
Písmeno "~" znamená řetězy střídavý proud, symbol "=" - DC obvody a "+" a "-" - výstupní polarita.
Pokud je usměrňovač postaven podle klasického můstkového obvodu se 4 diodami, je povolen mírně zjednodušený obrázek:
Vstup usměrňovací jednotky se připojuje na výstupní svorky střídavého zdroje (ve většině případů se jedná o snižovací transformátor) bez dodržení polarity - jakákoliv výstupní svorka je připojena k libovolnému vstupu. Výstup můstku je připojen k zátěži. Může nebo nemusí vyžadovat polaritu (včetně stabilizátoru, vyhlazovacího filtru).
Diodový můstek lze připojit ke zdroji konstantního napětí.V tomto případě je získán ochranný obvod proti neúmyslnému přepólování - při jakémkoli připojení vstupů můstku k výstupu zdroje se polarita napětí na jeho výstupu nezmění.
Hlavní technické vlastnosti
Při výběru diod nebo hotového můstku se musíte nejprve podívat maximální provozní dopředný proud. Měl by překročit zatěžovací proud s rezervou. Pokud tato hodnota není známa, ale je znám výkon, musí být převeden na proud podle vzorce Iload \u003d Pload / Uout. Pro zvýšení přípustného proudu mohou být polovodičová zařízení zapojena paralelně - největší zátěžový proud se vydělí počtem diod. V tomto případě je lepší volit diody v jedné větvi můstku podle blízké hodnoty úbytku napětí v otevřeném stavu.
Druhým důležitým parametrem je dopředné napětípro které je most nebo jeho prvky navrženy. Nesmí být nižší než výstupní napětí střídavého zdroje (špičková hodnota!). Pro spolehlivý provoz zařízení musíte mít rezervu 20-30%. Pro zvýšení povoleného napětí lze diody zapojit do série - v každém rameni můstku.
Tyto dva parametry stačí pro předběžné rozhodnutí o použití diod v usměrňovacím zařízení, ale je třeba vzít v úvahu i některé další vlastnosti:
- maximální provozní frekvence - obvykle několik kilohertzů a nezáleží na provozu na průmyslových frekvencích 50 nebo 100 Hz, a pokud dioda pracuje v pulzním obvodu, může být tento parametr rozhodující;
- pokles napětí v zapnutém stavu pro křemíkové diody je to asi 0,6 V, což je nedůležité pro výstupní napětí např. 36 V, ale může být kritické při provozu pod 5 V - v tomto případě by měly být zvoleny Schottkyho diody, které se vyznačují nízkou hodnotu tohoto parametru.
Odrůdy diodových můstků a jejich značení
Diodový můstek lze sestavit na diskrétních diodách. Chcete-li dodržet polaritu, musíte věnovat pozornost značení. V některých případech je značka ve formě vzoru aplikována přímo na tělo polovodičového zařízení. To je typické pro domácí produkty.
Zahraniční (a mnoho moderních ruských) zařízení jsou označena tečkou nebo kroužkem. Ve většině případů se jedná o označení anody, ale bez záruky. Je lepší se podívat do manuálu nebo použít tester.
Ze sestavy můžete vyrobit můstek - v jednom balení jsou sloučeny čtyři diody a propojení vývodů lze provést vnějšími vodiči (například na plošném spoji). Montážní schémata se mohou lišit, takže pro správné zapojení je třeba nahlédnout do katalogových listů.
Například sestava diod BAV99S, která obsahuje 4 diody, ale má pouze 6 kolíků, má uvnitř dva poloviční můstky, zapojené následovně (na pouzdru je tečka poblíž kolíku 1):
Chcete-li získat plnohodnotný most, musíte propojit odpovídající výstupy s externími vodiči (červená stopa ukazuje stopy v případě použití tištěných kabelů):
V tomto případě je na kolíky 3 a 6 přivedeno střídavé napětí. Kladný pól konstanty je odstraněn z kolíku 5 nebo 2 a záporný pól je odebrán z kolíku 4 nebo 1.
A nejjednodušší možností je sestavit s hotovým mostem uvnitř.Z tuzemských výrobků to mohou být KTs402, KTs405, existují montážní můstky zahraniční výroby. V mnoha případech se značení závěrů aplikuje přímo na pouzdro a úkol se redukuje pouze na správný výběr podle charakteristik a na bezchybné spojení. Pokud neexistuje žádné externí označení závěrů, budete se muset odkázat na adresář.
Výhody a nevýhody
Výhody diodového můstku jsou dobře známé:
- schémata vypracovaná po desetiletí;
- snadná montáž a připojení;
- jednoduchá diagnostika závad a snadná oprava.
Jako nevýhody je nutné zmínit nárůst rozměrů a hmotnosti obvodu s rostoucím výkonem a také nutnost použití chladičů pro výkonové diody. S tím se ale nedá nic dělat – fyziku nelze ošidit. Když se tyto podmínky stanou nepřijatelnými, je nutné rozhodnout o přechodu na pulzní napájecí obvod. Mimochodem, dají se v něm použít přemosťovací diody.
Je třeba také poznamenat, že tvar výstupního napětí není zdaleka konstantní. Pro práci se spotřebiteli, kteří kladou nároky na stabilitu napájecího napětí, je nutné použít můstek ve spojení s vyhlazovacími filtry, případně výstupními stabilizátory.
Podobné články:
