V 80. rokoch sa začala identifikácia a jedinečnosť usmerňovačov. Pokrok usmerňovačov vyvinul rôzne prístupy v oblasti výkonovej elektroniky. Počiatočná dióda, ktorá bola použitá v usmerňovači, bola navrhnutá v roku 1883. S vývojom vákuových diód, ktorý bol priekopníkom v prvých dňoch 20. storočia, došlo k obmedzeniam pre usmerňovače. Zatiaľ čo s úpravami v ortuťových elektrónkach sa použitie usmerňovačov rozšírilo na rôzne megawattové rozsahy. A jeden typ usmerňovača je polovodičový usmerňovač.

Vylepšenie vákuových diód ukázalo vývoj pre ortuťové elektrónky a tieto ortuťové elektrónky sa označovali ako usmerňovacie elektrónky. S vývojom usmerňovačov bolo priekopníkom mnoho ďalších materiálov. Toto je teda stručné vysvetlenie toho, ako sa vyvíjali usmerňovače a ako sa vyvíjali. Poďme mať jasné a podrobné vysvetlenie poznania toho, čo je polovodičový usmerňovač, jeho obvodu, princípu práce a charakteristík.

“čo je dielektrický materiál ”

Čo je usmerňovač polovičnej vlny?

Usmerňovač je elektronické zariadenie, ktoré prevádza striedavé napätie na jednosmerné. Inými slovami, prevádza striedavý prúd na jednosmerný. Usmerňovač sa používa takmer vo všetkých elektronických zariadeniach. Väčšinou sa používa na premenu sieťového napätia na jednosmerné v systéme Zdroj oddiel. Použitím zdroja jednosmerného napätia fungujú elektronické zariadenia. Podľa obdobia vedenia sú usmerňovače rozdelené do dvoch kategórií: usmerňovač polovičnej vlny a Usmerňovač s plnou vlnou

Konštrukcia

V porovnaní s usmerňovačom s plnou vlnou je HWR najjednoduchší usmerňovač pre konštrukciu. Konštrukciu prístroja je možné vykonať iba pomocou jedinej diódy.

Konštrukcia HWR

Polvlnový usmerňovač sa skladá z nasledujúcich komponentov:

Zdroj striedavého prúdu
Rezistor v záťažovej časti
Dióda
Transformátor s postupným znižovaním

AC zdroj

Tento zdroj prúdu dodáva striedavý prúd do celého obvodu. Tento striedavý prúd sa všeobecne predstavuje ako sínusový signál.

Step-Down transformátor

Na zvýšenie alebo zníženie striedavého napätia sa zvyčajne používa transformátor. Pretože sa tu používa stupňovitý transformátor, znižuje striedavé napätie, zatiaľ čo keď sa používa stupňovitý transformátor, zvyšuje striedavé napätie z minimálnej na vysokú úroveň. V HWR sa používa väčšinou zostupný transformátor, kde pretože požadované napätie pre diódu je veľmi minimálne. Ak sa nepoužije transformátor, veľké množstvo striedavého napätia spôsobí poškodenie diódy. Zatiaľ čo v niekoľkých situáciách možno použiť aj zosilňovací transformátor.

V zostupnom zariadení má sekundárne vinutie minimálne otáčky ako primárne vinutie. Z tohto dôvodu redukčný transformátor znižuje úroveň napätia z primárneho na sekundárne vinutie.

Dióda

Použitie diódy v polovodičovom usmerňovači umožňuje tok prúdu iba v jednom smere, zatiaľ čo prúd zastaví v inej ceste.

Rezistor

Toto je zariadenie, ktoré blokuje tok elektrického prúdu iba na stanovenú úroveň.

To je konštrukcia polovodičového usmerňovača .

Práca polovodičového usmerňovača

Počas kladného pol cyklu je dióda v stave predpätia smerovania a vedie prúd do RL (odpor záťaže). Cez záťaž je vyvinuté napätie, ktoré je rovnaké ako vstupný striedavý signál kladného pol cyklu.

Alternatívne je počas zápornej polovice cyklu dióda v stave obráteného skreslenia a cez diódu nepreteká žiadny prúd. Cez záťaž sa objaví iba vstupné striedavé napätie a ide o čistý výsledok, ktorý je možný počas kladného pol cyklu. Výstupné napätie pulzuje jednosmerným napätím.

Usmerňovacie obvody

Jednofázové obvody alebo viacfázové obvody patria pod usmerňovacie obvody . Pre domáce aplikácie sa používajú jednofázové usmerňovače s nízkym výkonom a priemyselné aplikácie HVDC vyžadujú trojfázové usmernenie. Najdôležitejšia aplikácia a Prechodová dióda PN je oprava a je to proces premeny striedavého prúdu na jednosmerný.

Polovičná vlna

V jednofázovom polovodičovom usmerňovači preteká buď záporná alebo kladná polovica striedavého napätia, zatiaľ čo druhá polovica striedavého napätia je blokovaná. Preto výstup prijíma iba jednu polovicu vlny AC. Na jednofázové usmernenie s polovičnou vlnou a je potrebná jedna dióda tri diódy pre trojfázové napájanie. Polvlnový usmerňovač produkuje väčšie množstvo obsahu zvlnenia ako usmerňovače s plnou vlnou a na elimináciu harmonických vyžaduje oveľa viac filtrovania.

Jednofázový usmerňovač s polovičnou vlnou

Pre sínusové vstupné napätie je výstupné jednosmerné napätie naprázdno pre ideálny usmerňovač s polovičnou vlnou

Vrms = Vpeak / 2

Vdc = Vpeak / ᴨ

Kde

Vdc, Vav - jednosmerné výstupné napätie alebo priemerné výstupné napätie
Vpeak - špičková hodnota vstupného fázového napätia
Vrms - výstupné napätie efektívnej strednej hodnoty

Prevádzka polovodičového usmerňovača

Spojovacia dióda PN vedie iba počas stavu predpätia. Polvlnový usmerňovač používa rovnaký princíp ako prechodová dióda PN a tak prevádza AC na DC. V obvode usmerňovača s pol vlnou je odpor záťaže zapojený do série s prechodovou diódou PN. Striedavý prúd je vstupom polovičného usmerňovača. Transformátor s postupným znižovaním prijíma vstupné napätie a výsledný výstup transformátor je daný záťažovému odporu a dióde.

Fungovanie HWR je vysvetlené v dvoch fázach, ktoré sú:

Pozitívny proces pol vlny
Negatívny proces pol vlny

Pozitívna polovičná vlna

Ak je na vstupe striedavé napätie 60 Hz, transformátor s postupným znižovaním to zníži na minimálne napätie. Takže na sekundárnom vinutí transformátora je generované minimálne napätie. Toto napätie na sekundárnom vinutí sa označovalo ako sekundárne napätie (Vs). Minimálne napätie sa privádza ako vstupné napätie do diódy.

Keď vstupné napätie dosiahne diódu, v čase kladného pol cyklu sa dióda prepne do stavu predpätia a umožňuje tok elektrického prúdu, zatiaľ čo v čase záporného pol cyklu sa dióda dostane do záporného predpätia a bráni toku elektrického prúdu. Kladná strana vstupného signálu privádzaného na diódu je rovnaká ako dopredné jednosmerné napätie privádzané na diódu P-N. Rovnakým spôsobom je záporná strana vstupného signálu privádzaného na diódu rovnaká ako spätné jednosmerné napätie privádzané na diódu P-N.

Bolo teda známe, že dióda vedie prúd v predpätom stave a blokuje tok prúdu v opačnom predpätí. Rovnakým spôsobom, v striedavom obvode, umožňuje dióda tok prúdu po dobu kladného cyklu a blokuje tok prúdu v čase záporného cyklu. Pri príchode k kladnému HWR nebude úplne brániť -ve polovičným cyklom, umožňuje niekoľko segmentov -ve polovičných cyklov alebo umožňuje minimálny negatívny prúd. Toto je súčasná generácia kvôli menšinovým nosičom náboja, ktoré sú v dióde.

Generovanie prúdu prostredníctvom tohto menšinového nosiča náboja je veľmi minimálne, a preto ho možno zanedbávať. Táto minimálna časť -ve polovičných cyklov nie je schopná pozorovať na záťažovom úseku. V praktickej dióde sa predpokladá, že záporný prúd je „0“.

Rezistor v záťažovej časti využíva jednosmerný prúd, ktorý vytvára dióda. Takže odpor sa nazýva elektrický odpor záťaže, kde sa na tomto rezistore počíta jednosmerné napätie / prúd (R_Ľ). Elektrický výstup sa považuje za elektrický faktor obvodu, ktorý využíva elektrický prúd. V HWR rezistor využíva prúd vyrobený diódou. Z tohto dôvodu sa rezistor nazýva záťažový rezistor. R_Ľv HWR sa používa na obmedzenie alebo obmedzenie dodatočného jednosmerného prúdu generovaného diódou.

Takže sa dospelo k záveru, že výstupný signál v polovodičovom usmerňovači je spojitý + ve polovičných cyklov, ktoré majú sínusový tvar.

Negatívna polovičná vlna

Prevádzka a konštrukcia polovodičového usmerňovača negatívnym spôsobom je takmer identická s kladným polovodičovým usmerňovačom. Jediným scenárom, ktorý sa tu zmení, je smer diódy.

Keď vstupné napätie dosiahne diódu, v čase záporného pol cyklu sa dióda dostane do stavu predpätia a umožní tok elektrického prúdu, zatiaľ čo v čase kladného pol cyklu sa dióda dostane do záporného predpätia a bráni toku elektrického prúdu. Negatívna strana vstupného signálu privádzaného na diódu je rovnaká ako dopredné jednosmerné napätie privádzané na P-N diódu. Rovnakým spôsobom je pozitívna strana vstupného signálu privádzaného na diódu rovnaká ako spätné jednosmerné napätie privádzané na diódu P-N.

Bolo teda známe, že dióda vedie prúd v stave s reverzným predpätím a bráni toku prúdu v stave s predpätím. Rovnakým spôsobom, v striedavom obvode, umožňuje dióda tok prúdu po dobu cyklu -ve a blokuje tok prúdu v čase kladného cyklu. Pokiaľ ide o -ve HWR, nebude to úplne brániť kladným polovičným cyklom, umožňuje niekoľko segmentov kladných polovičných cyklov alebo umožňuje minimálny kladný prúd. Toto je súčasná generácia kvôli menšinovým nosičom náboja, ktoré sú v dióde.

Generovanie prúdu prostredníctvom tohto menšinového nosiča náboja je veľmi minimálne, a preto ho možno zanedbávať. Táto minimálna časť kladných pol cyklov nie je schopná pozorovať v záťažovej časti. V praktickej dióde sa predpokladá, že kladný prúd je „0“.

V ideálnej dióde sa polovičné cykly kladné a záporné na výstupnej časti javia ako podobné polovičnému cyklu kladné a záporné. V praktických scenároch sa kladné a záporné polovičné cykly trochu líšia od vstupných cyklov. a to je zanedbateľné.

Takže sa dospelo k záveru, že výstupný signál v polovodičovom usmerňovači je spojitý-pol pol cyklov, ktoré majú sínusový tvar. Takže výstup polovodičového usmerňovača je spojitý + kladný a záporný sínusový signál, ale nie čistý jednosmerný signál a v pulzujúcej forme.

Práca polovodičového usmerňovača

Táto pulzujúca hodnota DC sa zmení v priebehu krátkeho časového obdobia.

Práca polovodičového usmerňovača

Počas kladného pol cyklu, keď je sekundárne vinutie horného konca kladné vzhľadom na dolný koniec, je dióda v stave predpätia smerovania a vedie prúd. Počas kladných pol cyklov sa vstupné napätie privedie priamo na odpor záťaže, keď sa predpokladá, že dopredný odpor diódy je nulový. Krivky výstupného napätia a výstupného prúdu sú rovnaké ako krivky vstupného striedavého napätia.

Počas záporného pol cyklu, keď je sekundárne vinutie dolného konca kladné vzhľadom na horný koniec, je dióda v stave spätného predpätia a nevedie prúd. Počas záporného pol cyklu zostáva napätie a prúd v záťaži nulové. Veľkosť spätného prúdu je veľmi malá a zanedbáva sa. Počas negatívnej polovice cyklu teda nedochádza k napájaniu.

Séria pozitívnych pol cyklov je výstupné napätie, ktoré sa vyvíja cez odpor záťaže. Výstupom je pulzujúca jednosmerná vlna a na to, aby sa vytvorili plynulé filtre výstupnej vlny, ktoré by mali byť naprieč záťažou. Ak je vstupná vlna polovičného cyklu, je známa ako polovodičový usmerňovač.

Trojfázové usmerňovacie obvody s polovičnou vlnou

Trojfázový neriadený usmerňovač s polovičnou vlnou vyžaduje tri diódy, z ktorých každá je pripojená k fáze. Trojfázový usmerňovací obvod trpí vysokou mierou harmonického skreslenia na jednosmerných aj striedavých pripojeniach. Na výstupnom napätí na strane jednosmerného prúdu sú v jednom cykle tri odlišné impulzy.

Trojfázový HWR sa používa hlavne na premenu trojfázového striedavého prúdu na trojfázový jednosmerný prúd. V tomto sa namiesto diód používajú spínané, ktoré sa nazývajú nekontrolované spínače. Tu nekontrolované spínače zodpovedajú tomu, že neexistuje žiadny spôsob regulácie časov zapnutia a vypnutia spínačov. Toto zariadenie je skonštruované pomocou trojfázového napájacieho zdroja, ktorý je pripojený k 3-fázovému transformátoru, kde sekundárne vinutie transformátora má vždy hviezdicové pripojenie.

Tu sa sleduje iba hviezdicové pripojenie z dôvodu, že je nevyhnutný neutrálny bod, aby bolo možné znovu pripojiť záťaž na sekundárne vinutie transformátora, čím sa ponúka spätný smer toku energie.

Všeobecná konštrukcia 3-fázového HWR poskytujúceho čisto odporové zaťaženie je uvedená na nasledujúcom obrázku. V konštrukčnom návrhu sa každá fáza transformátora nazýva individuálny zdroj striedavého prúdu.

Účinnosť získaná trojfázovým transformátorom je takmer 96,8%. Aj keď je účinnosť trojfázového HWR viac ako jednofázového HWR, je to menšia ako výkonnosť trojfázového usmerňovača s plnou vlnou.

Trojfázový HWR

Charakteristika usmerňovača s polovičnou vlnou

Vlastnosti polvlnového usmerňovača pre nasledujúce parametre

PIV (špičkové inverzné napätie)

Počas stavu spätného predpätia musí dióda odolávať svojmu maximálnemu napätiu. Počas negatívneho polcyklu cez záťaž nepreteká žiadny prúd. Na dióde sa teda objaví celé napätie, pretože v dôsledku odporu záťaže dôjde k poklesu napätia.

PIV polovodičového usmerňovača = V_SMAX

To je PIV polovodičového usmerňovača .

Priemerný a špičkový prúd v dióde

Za predpokladu, že napätie na sekundárnom transformátore je sínusové a jeho špičková hodnota je V_SMAX. Okamžité napätie, ktoré sa dodáva do polovodičového usmerňovača, je

Vs = V_SMAXBez hm

“čo je poistka typu d ”

Prúd pretekajúci odporom záťaže je

Ja_MAX= V_SMAX/ (R._F+ R._Ľ)

Nariadenia

Regulácia je rozdiel medzi napätím naprázdno a napätím pri plnom zaťažení vzhľadom na napätie pri plnom zaťažení a percentuálna regulácia napätia sa uvádza ako

% Regulácie = {(Vno-load - Vfull-load) / Vfull-load} * 100

Účinnosť

Pomer vstupného AC k výstupnému DC je známy ako účinnosť (?).

? = Pdc / Pac

Jednosmerný prúd dodávaný do záťaže je

Pdc = I^dva_dcR_Ľ= (Ja_MAX/ ᴨ)^dvaR_Ľ

Vstupný striedavý prúd do transformátora,

Pac = Strata výkonu v záťažovom odpore + strata výkonu v spojovacej dióde

= Ja^dva_rmsR_F+ Ja^dva_rmsR_Ľ= {I^dva_MAX/ 4} [R_F+ R._Ľ]

? = Pdc / Pac = 0,406 / {1 + R_F/ R_Ľ}

Účinnosť polovodičového usmerňovača je 40,6%, keď R_Fje zanedbaný.

Faktor zvlnenia (γ)

Zvlnenie obsahu je definované ako množstvo AC obsahu prítomného na výstupe DC. Ak je faktor zvlnenia menší, bude výkon usmerňovača vyšší. Hodnota faktora zvlnenia je pre dvojvlnový usmerňovač 1,21.

DC výkon generovaný HWR nie je presným jednosmerným signálom, ale pulzujúcim jednosmerným signálom a v pulzujúcej jednosmernej forme existujú vlnky. Tieto vlnky je možné znížiť použitím filtračných zariadení, ako sú tlmivky a kondenzátory.

Na výpočet počtu zvlnení v DC signáli sa použije faktor, ktorý sa nazýva faktor zvlnenia, ktorý je vyjadrený ako γ. . Keď je faktor zvlnenia vysoký, ukazuje predĺženú pulzujúcu jednosmernú vlnu, zatiaľ čo minimálny faktor zvlnenia ukazuje minimálnu pulzujúcu jednosmernú vlnu,

Keď je hodnota γ veľmi minimálna, znamená to, že výstupný jednosmerný prúd je takmer rovnaký ako čistý jednosmerný signál. Možno teda konštatovať, že čím je faktor zvlnenia nižší, tým je signál DC hladší.

V matematickej forme je tento faktor zvlnenia označený ako podiel RMS hodnoty úseku AC na úseku DC výstupného napätia.

Faktor zvlnenia = RMS hodnota úseku AC / RMS hodnota úseku DC

Ja^dva= Ja^dva_dc+ Ja^dva₁+ Ja^dva_dva+ Ja^dva₄= Ja^dva_dc+ Ja^dva_a

y = Ja_a/ Ja_dc= (Ja^dva- Ja^dva_dc) / I_dc= {(Ja_rms/ Ja^dva_dc) / Idc = {(I._rms/ Ja^dva_dc) -1} = k_f^dva-1)

Kde kf - tvarový faktor

kf = Irms / Iavg = (Imax / 2) / (Imax / ᴨ) = ᴨ / 2 = 1,57

Takže c = (1,572 - 1) = 1,21

“výstupný priebeh integrátora operačného zosilňovača ”

Faktor využitia transformátorov (TUF)

Je definovaná ako pomer striedavého výkonu dodávaného k záťaži a sekundárnemu striedavému napätiu transformátora. TUF polovodičového usmerňovača je asi 0,287.

HWR s kondenzátorovým filtrom

Podľa všeobecnej teórie, ktorá bola diskutovaná vyššie, pre výstup polvlnného usmerňovača je pulzujúci jednosmerný signál. Toto sa získa výstup, keď sa HWR prevádzkuje bez implementácie filtra. Filtre sú zariadenie, ktoré sa používa na transformáciu pulzujúceho jednosmerného signálu na stabilné jednosmerné signály, čo znamená (premena pulzujúceho signálu na hladký signál). To sa dá dosiahnuť potlačením zvlnenia jednosmerného prúdu, ktoré sa vyskytujú v signáli.

Aj keď tieto zariadenia možno teoreticky použiť bez filtrov, predpokladá sa, že budú implementované pre akékoľvek praktické aplikácie. Pretože jednosmerné zariadenie bude vyžadovať stály signál, musí sa pulzujúci signál previesť na plynulý, aby sa mohol použiť v reálnych aplikáciách. To je dôvod, prečo sa HWR v praktických scenároch používa s filtrom. Namiesto filtra je možné použiť buď induktor, alebo kondenzátor, ale najbežnejšie používaným zariadením je HWR s kondenzátorom.

Nasledujúci obrázok vysvetľuje schému zapojenia polovodičový usmerňovač s kondenzátorovým filtrom a ako vyhladzuje pulzujúci jednosmerný signál.

Výhody a nevýhody

V porovnaní s usmerňovačom s plnou vlnou nie je v aplikáciách polovodičový usmerňovač taký využívaný. Napriek tomu má toto zariadenie len málo výhod. The výhody polovodičového usmerňovača sú :

Lacné - Pretože sa používa minimálny počet komponentov
Jednoduché - z dôvodu, že dizajn obvodu je úplne jednoduchý
Jednoduché použitie - pretože konštrukcia je ľahká, využitie zariadenia bude tiež také efektívne
Nízky počet komponentov

The nevýhody polovodičového usmerňovača sú:

V záťažovej časti je výstupný výkon zahrnutý ako pre jednosmerný, tak aj pre striedavý prúd, pričom základná frekvenčná úroveň je podobná ako frekvenčná úroveň vstupného napätia. Taktiež dôjde k zvýšenému faktoru zvlnenia, čo znamená, že šum bude vysoký a na zaistenie konštantného jednosmerného výstupu je potrebné rozšírené filtrovanie.
Pretože preto, že dôjde k napájaniu iba v čase jedného pol cyklu vstupného striedavého napätia, je ich rektifikačný výkon minimálny a výstupný výkon bude tiež menší.
Polvlnový usmerňovač má minimálny faktor využitia transformátora
V jadre transformátora sa vyskytuje saturácia jednosmerným prúdom, kde to vedie k magnetizačnému prúdu, stratám hysterézie a tiež k vývoju harmonických.
Množstvo jednosmerného prúdu, ktoré sa získalo z polovodičového usmerňovača, nie je dostatočné na vygenerovanie čo i len všeobecného množstva napájacieho zdroja. Zatiaľ čo toto je možné využiť na niekoľko aplikácií, napríklad na nabíjanie batérie.

Aplikácie

Hlavný aplikácia polovodičového usmerňovača je získať striedavý prúd z jednosmerného prúdu. Usmerňovače sú väčšinou využívané vnútorné obvody napájacích zdrojov takmer v každom elektronickom zariadení. V napájacích zdrojoch je usmerňovač obvykle umiestnený sériovo a skladá sa z transformátora, vyhladzovacieho filtra a regulátora napätia. Niekoľko ďalších aplikácií HWR je:

Implementácia usmerňovača do napájacieho zdroja umožňuje prevod AC na DC. Můstkové usmerňovače sa hojne využívajú v obrovských aplikáciách, kde majú schopnosť prevádzať vysokonapäťové striedavé napätie na minimálne jednosmerné napätie.
Implementácia HWR pomáha dosiahnuť požadovanú úroveň jednosmerného napätia prostredníctvom stupňovitých alebo zosilňovacích transformátorov.
Toto zariadenie sa používa aj pri zváraní železa typy obvodov a tiež sa používa v repelentoch proti komárom na potlačenie vodivosti pár.
Používa sa na rádiovom zariadení AM na účely detekcie
Používa sa ako vypaľovacie obvody a obvody na generovanie impulzov
Implementované v napäťových zosilňovačoch a modulačných zariadeniach.

Toto je všetko o Obvod usmerňovača polovičnej vlny a práca s jeho charakteristikami. Veríme, že informácie uvedené v tomto článku sú užitočné pre lepšie pochopenie tohto projektu. Ďalej v prípade akýchkoľvek otázok týkajúcich sa tohto článku alebo akejkoľvek pomoci pri implementácii elektrické a elektronické projekty , môžete nás kontaktovať a komentovať v sekcii komentárov nižšie. Tu je otázka, aká je hlavná funkcia polovodičového usmerňovača?