Čo je to Bridge Rectifier: Schéma zapojenia a jeho fungovanie

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Obvod usmerňovača sa používa na prevod striedavého prúdu na striedavý prúd na jednosmerný prúd. Usmerňovače sú rozdelené hlavne do troch typov, a to polovvlnný, plnovlnný a mostový usmerňovač. Hlavná funkcia všetkých týchto usmerňovačov je rovnaká ako premena prúdu, ale nedokážu efektívne premieňať prúd z AC na DC. Plne vlnový usmerňovač so stredným odbočením a tiež premosťovací usmerňovač efektívne premieňajú. Obvod premosťovacieho usmerňovača je bežnou súčasťou elektronických napájacích zdrojov. Veľa elektronické obvody vyžadovať usmernený DC Zdroj na napájanie rôznych elektronické základné komponenty z dostupného sieťového napájania. Tento usmerňovač môžeme nájsť v širokej škále elektronických Zariadenia na napájanie zo siete, ako napríklad domáce spotrebiče , riadiace jednotky motorov, proces modulácie, zváracie aplikácie atď. Tento článok pojednáva o prehľade mostného usmerňovača a jeho práci.

Čo je to Bridge Rectifier?

Můstkový usmerňovač je prevodník striedavého prúdu na striedavý prúd s jednosmerným prúdom, ktorý usmerňuje sieťový vstup na jednosmerný prúd. Premosťovacie usmerňovače sa široko používajú v napájacích zdrojoch, ktoré poskytujú potrebné jednosmerné napätie pre elektronické súčiastky alebo zariadenia. Môžu byť skonštruované so štyrmi alebo viacerými diódami alebo inými riadenými polovodičovými spínačmi.




Mostový usmerňovač

Mostový usmerňovač

V závislosti na požiadavkách na prúd záťaže sa zvolí správny mostíkový usmerňovač. Pri výbere napájacieho zdroja usmerňovača pre príslušné použitie v elektronickom obvode sa zohľadňujú menovité hodnoty a technické parametre komponentov, prierazné napätie, teplotné rozsahy, prechodový prúd, prúdový prúd, montážne požiadavky a ďalšie hľadiská.



Konštrukcia

Konštrukcia mostného usmerňovača je uvedená nižšie. Tento obvod môže byť navrhnutý so štyrmi diódami, konkrétne D1, D2, D3 a D4, spolu so záťažovým rezistorom (RL). Zapojenie týchto diód je možné vykonať v režime uzavretej slučky, aby sa mohla efektívne prevádzať striedavá energia (striedavý prúd) na jednosmerný prúd. Hlavnou výhodou tohto dizajnu je nedostatok exkluzívneho transformátora so stredovým odbočením. Takže sa zníži veľkosť aj náklady.

Akonáhle je vstupný signál aplikovaný na dva terminály ako A & B, potom je možné dosiahnuť o / p DC signál cez RL. Tu je záťažový rezistor zapojený medzi dve svorky ako C a D. Usporiadanie dvoch diód môže byť vykonané takým spôsobom, že elektrina bude vedená dvoma diódami počas každého pol cyklu. Dvojice diód ako D1 a D3 budú viesť elektrický prúd počas celého kladného pol cyklu. Podobne budú diódy D2 a D4 viesť elektrický prúd počas záporného pol cyklu.

Schéma zapojenia mostového usmerňovača

Hlavnou výhodou mostíkového usmerňovača je, že produkuje takmer dvojnásobné výstupné napätie ako v prípade celovlnového usmerňovača používajúceho transformátor so stredovým odbočením. Ale tento obvod nepotrebuje transformátor so stredovým odbočením, takže sa podobá lacnému usmerňovaču.


Schéma zapojenia mostového usmerňovača pozostáva z rôznych stupňov zariadení, ako sú transformátor, diódový mostík, filtrovanie a regulátory. Všeobecne sa táto kombinácia všetkých blokov nazýva a regulovaný jednosmerný napájací zdroj ktorý napája rôzne elektronické spotrebiče.

Prvým stupňom obvodu je transformátor, ktorý je typu postupného znižovania, ktorý mení amplitúdu vstupného napätia. Väčšina z elektronické projekty použite transformátor 230 / 12V na zníženie napájacieho napätia 230V na 12V.

Schéma zapojenia mostového usmerňovača

Schéma zapojenia mostového usmerňovača

Ďalším stupňom je diódový mostíkový usmerňovač, ktorý používa štyri alebo viac diód v závislosti od typu mostíkového usmerňovača. Pri výbere konkrétnej diódy alebo iného spínacieho zariadenia pre zodpovedajúci usmerňovač je potrebné zohľadniť niektoré aspekty tohto zariadenia, napríklad špičkové inverzné napätie (PIV), dopredný prúd If, menovité napätie atď. Je zodpovedný za výrobu jednosmerného alebo jednosmerného prúdu pri záťaži vedením sada diód pre každý pol cyklus vstupného signálu.

Pretože výstup po usmerňovačoch diódových mostíkov má pulzný charakter a na jeho výrobu ako čistého jednosmerného prúdu je potrebné filtrovať. Filtrovanie sa zvyčajne vykonáva s jedným alebo viacerými kondenzátory pripojené naprieč záťaž, ako môžete vidieť na nasledujúcom obrázku, kde sa vykonáva vyhladenie vlny. Toto hodnotenie kondenzátora tiež závisí od výstupného napätia.

Posledným stupňom tohto regulovaného jednosmerného napájania je regulátor napätia, ktorý udržuje výstupné napätie na konštantnej úrovni. Predpokladajme mikrokontrolér funguje na 5V DC, ale výstup za mostíkovým usmerňovačom je okolo 16V, aby sa toto napätie znížilo a aby sa udržala konštantná úroveň - bez ohľadu na zmeny napätia na vstupnej strane - je nevyhnutný regulátor napätia.

Prevádzka mostového usmerňovača

Ako sme diskutovali vyššie, jednofázový mostíkový usmerňovač sa skladá zo štyroch diód a táto konfigurácia je pripojená cez záťaž. Pre pochopenie princípu fungovania mostového usmerňovača musíme na demonštračné účely vziať do úvahy obvod uvedený nižšie.

Počas kladnej polovice cyklu vstupných striedavých diód striedavého napätia sú D1 a D2 skreslené dopredu a D3 a D4 spätne skreslené. Keď je napätie viac ako prahová úroveň diód D1 a D2, začnú vodiť - začne ním prúdiť záťažový prúd, ako je to znázornené v dráhe červenej čiary na nasledujúcom diagrame.

Prevádzka obvodu

Prevádzka obvodu

Počas zápornej polovice cyklu vstupného krivky AC sú diódy D3 a D4 predpäté dopredu a Di a D2 spätne predpäté. Zaťažovací prúd začne tiecť diódami D3 a D4, keď tieto diódy začnú viesť, ako je to znázornené na obrázku.

Môžeme pozorovať, že v oboch prípadoch je smer prúdu záťaže rovnaký, t. J. Zhora nadol, ako je znázornené na obrázku - taký jednosmerný, čo znamená jednosmerný prúd. Použitím mostíkového usmerňovača sa teda vstupný striedavý prúd prevádza na jednosmerný prúd. Výstup pri záťaži s týmto usmerňovačom mostíkových vĺn je v prírode pulzujúci, ale na výrobu čistého jednosmerného prúdu je potrebný ďalší filter ako kondenzátor. Rovnaká operácia je použiteľná pre rôzne premosťovacie usmerňovače, ale v prípade riadených usmerňovačov spúšťanie tyristorov je potrebné riadiť prúd na zaťaženie.

Typy premosťovacích usmerňovačov

Nevestské usmerňovače sú klasifikované do niekoľkých typov na základe týchto faktorov: typ napájania, možnosti ovládania, konfigurácia obvodov nevesty atď. Můstkové usmerňovače sú klasifikované hlavne ako jednofázové a trojfázové usmerňovače. Oba tieto typy sa ďalej delia na nekontrolované, čiastočne riadené a plne riadené usmerňovače. Niektoré z týchto typov usmerňovačov sú opísané nižšie.

Jednofázové a trojfázové usmerňovače

O týchto usmerňovačoch rozhoduje povaha napájania, t. J. Jednofázové alebo trojfázové napájanie. Jednofázový mostíkový usmerňovač sa skladá zo štyroch diód na premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd, zatiaľ čo a trojfázový usmerňovač používa šesť diód , ako je to znázornené na obrázku. Môžu to byť opäť nekontrolované alebo riadené usmerňovače v závislosti od komponentov obvodu, ako sú diódy, tyristory atď.

Jednofázové a trojfázové usmerňovače

Jednofázové a trojfázové usmerňovače

Nekontrolované premosťovacie usmerňovače

Tento mostíkový usmerňovač používa na usmernenie vstupu diódy, ako je to znázornené na obrázku. Pretože dióda je jednosmerné zariadenie, ktoré umožňuje tok prúdu iba v jednom smere. S touto konfiguráciou diód v usmerňovači neumožňuje meniť výkon v závislosti od požiadavky na zaťaženie. Takže tento typ usmerňovača sa používa v stále alebo stále zdroje napájania .

Nekontrolované premosťovacie usmerňovače

Nekontrolované premosťovacie usmerňovače

Riadený usmerňovací mostík

V tomto type usmerňovača Prevodník AC / DC alebo usmerňovač - namiesto nekontrolovaných diód sa na zmenu výstupného výkonu pri rôznych napätiach používajú riadené polovodičové zariadenia ako SCR, MOSFET, IGBT atď. Spustením týchto zariadení v rôznych okamihoch sa vhodne zmení výstupný výkon pri záťaži.

Riadený usmerňovací mostík

Riadený usmerňovací mostík

Mostový usmerňovač IC

Ďalej je popísaná konfigurácia mostíkového usmerňovača, ako je konfigurácia pinov RB-156 IC.

Pin-1 (Fáza / Riadok): Toto je vstupný kolík striedavého prúdu, kde je možné pripojenie fázového vodiča od napájania striedavým prúdom smerom k tomuto fázovému kolíku.

Pin-2 (neutrál): Toto je pin AC vstupu, kde je možné pripojiť neutrálny vodič zo zdroja striedavého prúdu k tomuto neutrálnemu kolíku.

Pin-3 (pozitívny): Toto je výstupný kolík jednosmerného prúdu, kde sa z tohto kladného kolíka získava kladné jednosmerné napätie usmerňovača

Pin-4 (záporný / uzemnený): Toto je výstupný kolík jednosmerného prúdu, kde sa pozemné napätie usmerňovača získava z tohto záporného kolíka

technické údaje

Podkategórie tohto mostového usmerňovača RB-15 sú v rozsahu od RB15 do RB158. Z týchto usmerňovačov je RB156 najčastejšie používaný. Špecifikácie mostového usmerňovača RB-156 zahŕňajú nasledujúce.

  • O / p DC prúd je 1,5A
  • Maximálne špičkové reverzné napätie je 800V
  • Výstupné napätie: (√2 × VRMS) - 2 volty
  • Maximálne vstupné napätie je 560V
  • Pokles napätia pre každý mostík je 1V @ 1A
  • Rázový prúd je 50A

Tento RB-156 je najbežnejšie používaný kompaktný, lacný a jednofázový mostíkový usmerňovač. Tento IC má najvyššie i / p striedavé napätie ako 560V, takže ho možno použiť na jednofázové sieťové napájanie vo všetkých krajinách. Najvyšší jednosmerný prúd tohto usmerňovača je 1,5A. Tento IC je najlepšou voľbou v projektoch na konverziu AC-DC a poskytuje až 1,5A.

Charakteristiky mostového usmerňovača

Vlastnosti mostového usmerňovača zahŕňajú nasledujúce

  • Ripple Factor
  • Špičkové inverzné napätie (PIV)
  • Účinnosť

Ripple Factor

Meranie plynulosti výstupného jednosmerného signálu pomocou faktora sa nazýva faktor zvlnenia. Tu možno hladký jednosmerný signál považovať za o / p jednosmerný signál vrátane niekoľkých zvlnení, zatiaľ čo vysoký pulzujúci jednosmerný signál možno považovať za o / p vrátane vysokých zvlnení. Matematicky to možno definovať ako podiel zvlnenia napätia a čistého jednosmerného napätia.

Pre mostíkový usmerňovač možno faktor zvlnenia uviesť ako

Γ = √ (Vrms2 / VDC) -1

Hodnota faktora zvlnenia mostíkového usmerňovača je 0,48

PIV (špičkové inverzné napätie)

Špičkové inverzné napätie alebo PIV možno definovať ako najvyššiu hodnotu napätia, ktorá pochádza z diódy, keď je pripojená v stave spätného skreslenia počas celej negatívnej polovice cyklu. Mostový obvod obsahuje štyri diódy ako D1, D2, D3 a D4.

V kladnom polovičnom cykle sú dve diódy ako D1 a D3 vo vodivej polohe, zatiaľ čo obe diódy D2 a D4 sú v nevodivej polohe. Rovnako tak v zápornom polovičnom cykle sú diódy ako D2 a D4 vo vodivej polohe, zatiaľ čo diódy ako D1 a D3 sú v nevodivej polohe.

Účinnosť

Účinnosť usmerňovača rozhoduje hlavne o tom, ako účinne usmerňovač mení striedavý prúd na striedavý prúd s jednosmerným prúdom. Účinnosť usmerňovača môže byť definovaná ako pomer medzi výkonom DC o / p a výkonom AC i / p. Maximálna účinnosť premosťovacieho usmerňovača je 81,2%.

η = DC o / p výkon / AC i / p výkon

Tvar vlny mostového usmerňovača

Z schémy zapojenia mostového usmerňovača môžeme vyvodiť záver, že tok prúdu cez záťažový rezistor je rovnaký počas celej kladnej a zápornej polovice cyklov. Polarita o / p DC signálu môže byť buď úplne pozitívna, inak záporná. V tomto prípade je to úplne pozitívne. Keď je smer diódy obrátený, je možné dosiahnuť úplné záporné jednosmerné napätie.

Preto tento usmerňovač umožňuje tok prúdu počas oboch cyklov kladného aj záporného i / p striedavého signálu. Nižšie sú zobrazené výstupné krivky mostového usmerňovača.

Prečo sa volá Bridge Rectifier?

V porovnaní s ostatnými usmerňovačmi je to najúčinnejší typ usmerňovacieho obvodu. Jedná sa o typ usmerňovača s plnou vlnou, ako už názov napovedá, tento usmerňovač používa štyri diódy, ktoré sú zapojené v mostíku. Tento druh usmerňovača sa teda nazýva mostný usmerňovač.

Prečo používame 4 diódy v mostíku?

V mostíkovom usmerňovači sa na návrh obvodu používajú štyri diódy, ktoré umožnia usmernenie celej vlny bez použitia transformátora so stredovým odbočením. Tento usmerňovač sa používa hlavne na zabezpečenie celovlnovej nápravy vo väčšine aplikácií.

Usporiadanie štyroch diód je možné vykonať v usporiadaní s uzavretou slučkou na efektívnu zmenu striedavého prúdu na jednosmerný. Hlavnou výhodou tohto usporiadania je neexistencia transformátora so stredovým odbočením, takže sa zníži veľkosť a náklady.

Výhody

Výhody mostového usmerňovača zahŕňajú nasledujúce.

  • Účinnosť usmernenia usmerňovača s plnou vlnou je dvojnásobná v porovnaní s usmernením s polovičnou vlnou.
  • Vyššie výstupné napätie, vyšší výstupný výkon a vyšší faktor využitia transformátora v prípade usmerňovača s plnou vlnou.
  • Zvlnenie napätia je nízke a má vyššiu frekvenciu, v prípade usmerňovača s plnou vlnou je potrebný jednoduchý filtračný obvod
  • V sekundárnom transformátore nie je potrebný žiadny stredový kohút, takže v prípade mostového usmerňovača je požadovaný transformátor jednoduchší. Ak nie je potrebné zvýšenie alebo zníženie napätia, je možné transformátor vylúčiť rovnomerne.
  • Pre daný výstupný výkon možno v prípade mostíkového usmerňovača použiť silový transformátor menšej veľkosti, pretože prúd v primárnom aj sekundárnom vinutí napájacieho transformátora prúdi počas celého striedavého cyklu.
  • Účinnosť usmernenia je v porovnaní s polovodičovým usmerňovačom dvojnásobná
  • Používa jednoduché filtračné obvody pre vysokú frekvenciu a nízke zvlnenie napätia
  • TUF je vyššia v porovnaní so stredovým usmerňovačom
  • Centrálny transformátor odbočky nie je potrebný

Nevýhody

Medzi nevýhody usmerňovača mosta patria nasledujúce.

  • Vyžaduje štyri diódy.
  • Použitie dvoch ďalších diód spôsobí ďalší pokles napätia, čím sa zníži výstupné napätie.
  • Tento usmerňovač potrebuje štyri diódy, takže jeho cena bude vysoká.
  • Obvod nie je vhodný, akonáhle je potrebné napraviť malé napätie, pretože obidve diódy môžu byť zapojené do série a poskytujú dvojnásobný pokles napätia kvôli ich vnútornému odporu.
  • Tieto obvody sú veľmi zložité
  • V porovnaní s usmerňovačom s usmerňovacím typom usmerňovača má mostíkový usmerňovač väčšie straty energie.

Aplikácia - Prevod striedavého prúdu na jednosmerný pomocou mostového usmerňovača

Regulované jednosmerné napájanie je často potrebné pre mnoho elektronických aplikácií. Jedným z najspoľahlivejších a najpohodlnejších spôsobov je prevod dostupného sieťového napájacieho zdroja na jednosmerný prúd. Táto premena striedavého signálu na jednosmerný sa vykonáva pomocou usmerňovača, ktorým je sústava diód. Môže to byť polovodičový usmerňovač, ktorý usmerňuje iba jednu polovicu striedavého signálu, alebo plnovlnný usmerňovač, ktorý usmerňuje obidva cykly striedavého signálu. Celovlnovým usmerňovačom môže byť usmerňovač so stredovým odbočením pozostávajúci z dvoch diód alebo mostíkový usmerňovač pozostávajúci zo 4 diód.

Tu je demonštrovaný mostný usmerňovač. Usporiadanie pozostáva zo 4 diód usporiadaných tak, že anódy dvoch susedných diód sú spojené, aby poskytovali kladné napájanie výstupu, a katódy ďalších dvoch susedných diód, ktoré sú zapojené, aby poskytovali záporné napájanie výstupu. Anóda a katóda ďalších dvoch susedných diód sú pripojené k kladnému pólu napájacieho zdroja, zatiaľ čo anóda a katóda ďalších dvoch susedných diód sú pripojené k zápornému pólu napájacieho zdroja. 4 diódy sú usporiadané v mostíkovej konfigurácii, takže v každom pol cykle vedú dve alternatívne diódy, ktoré vytvárajú jednosmerné napätie s odpudzovačmi.

Daný obvod pozostáva z usporiadania mostíkového usmerňovača, ktorého neregulovaný jednosmerný výstup je vedený do kondenzátora elektrolytu cez rezistor obmedzujúci prúd. Napätie na kondenzátore sa monitoruje pomocou voltmetra a pri nabíjaní kondenzátora sa neustále zvyšuje, kým sa nedosiahne hranica napätia. Keď je záťaž pripojená cez kondenzátor, kondenzátor sa vybíja, aby zabezpečil potrebný vstupný prúd pre záťaž. V tomto prípade je lampa pripojená ako záťaž.

Regulovaný jednosmerný napájací zdroj

Regulovaný jednosmerný napájací zdroj pozostáva z nasledujúcich komponentov:

  • Transformátor s postupným znižovaním na prevod vysokého napätia na nízke napätie.
  • Můstkový usmerňovač na premenu striedavého prúdu na pulzujúci jednosmerný prúd.
  • Filtračný obvod pozostávajúci z kondenzátora na odstránenie zvlnenia striedavého prúdu.
  • Regulátor IC 7805 na regulované jednosmerné napätie 5 V.

Krokový transformátor prevádza sieťové napájanie zo siete 230 V na 12V. Toto 12V AC sa aplikuje na usporiadanie mostíkového usmerňovača tak, že alternatívne diódy vedú pre každú polovicu cyklu a vytvárajú pulzujúce jednosmerné napätie pozostávajúce z vlnení striedavého prúdu. Kondenzátor pripojený na výstup umožňuje, aby cez neho prešiel striedavý signál a blokoval jednosmerný signál, čím funguje ako hornopriepustný filter. Výstup cez kondenzátor je teda neregulovaný filtrovaný jednosmerný signál. Tento výstup je možné použiť na pohon elektrické komponenty relé, motory atď. K výstupu filtra je pripojený regulátor IC 7805. Poskytuje konštantný regulovaný výstup 5 V, ktorý sa dá použiť na vstup do mnohých elektronických obvodov a zariadení, ako sú tranzistory, mikrokontroléry atď. Tu sa 5 V používa na predpätie LED cez odpor.

Toto je všetko o teória mostného usmerňovača jeho typy, okruh a pracovné princípy. Dúfame, že táto zdravá záležitosť týkajúca sa tejto témy bude pri budovaní užitočná študentské projekty v oblasti elektroniky alebo elektrotechniky ako aj pri pozorovaní rôznych elektronických zariadení alebo prístrojov. Ceníme si vašu živú pozornosť a zameranie na tento článok. Preto nám prosím napíšte, aby sme vybrali požadované hodnoty komponentov v tomto mostíkovom usmerňovači pre vašu aplikáciu a pre ďalšie technické pokyny.

Teraz dúfame, že máte predstavu o koncepcii mostného usmerňovača a jeho aplikáciách, ak akékoľvek ďalšie otázky týkajúce sa tejto témy alebo koncepcie elektrických a elektronických projektov zanechajú komentáre v nasledujúcej časti.

Fotografické úvery: