Home » Misc » Диодный мост обозначение

Диодный мост обозначение


Что такое диодный мост [+ схема подключения], для чего нужен и как работает

Обновлена: 24 Ноября 2022 329 0

Поделиться с друзьями

Диодный мост – электрическое устройство, предназначенное выпрямления тока, то есть для преобразования переменного тока в постоянный.

Содержание статьи

  • Из каких элементов состоит диодная сборка
  • Как работает диодный мост
  • Чем можно заменить диодный мост
  • Для чего нужен диодный мост в генераторе автотехники
  • Видео: принцип работы диодного моста

Диодные мосты – важная часть электронных приборов, питающихся от бытовой электросети напряжением 220 В и частотой 50 (60) Гц. Его второе название – двухполупериодный выпрямитель. Диодный мост состоит из полупроводниковых выпрямительных диодов или из диодов Шоттки. Элементы могут отдельно распаиваться на плате. Однако современный вариант – объединение диодов в одном корпусе, который носит название «диодная сборка». Диодные мосты активно используются в электронике, трансформаторных и импульсных блоках питания, люминесцентных лампах. В сварочные аппараты устанавливают мощные полупроводниковые сборки, которые крепятся к теплоотводящему устройству.

Схема диодного моста из 4 диодов

Что такое диодный мост и из каких элементов он состоит

Диодный мост в схемах, применяемых в сетях с однофазным напряжением, состоит из четырех диодов, представляющих собой полупроводниковый элемент с одним p-n переходом. Ток в таком полупроводнике проходит только в одном направлении при подключении анода к плюсу источника, а катода – к минусу. Если подключение будет обратным, ток закрывается. Диодный мост для трехфазного электрического тока отличается наличием шести диодов, а не четырех. Существенные различия в принципе работы между мостовыми схемами для однофазных и трехфазных сетей отсутствуют.

Устройство диода

Диод Шоттки – еще один вид полупроводниковых элементов, используемых в диодных мостах. Его основным отличием является переход металл-полупроводник, называемый «барьером Шоттки». Как и переход p-n, он обеспечивает проводимость в одну сторону. Для изготовления устройств Шоттки применяют арсенид галлия, кремний и металлы: золото, платину, вольфрам, палладий. При приложении небольших напряжений – до 60 В – диод Шоттки отличается малым падением напряжения на переходе (не более 0,4 В) и быстродействием. При бытовом напряжении 220 В он ведет себя как обычный кремниевый выпрямительный полупроводник. Сборки из таких полупроводниковых устройств часто устанавливаются в импульсных блоках питания.

Как работает диодный мост: для чайников, просто и коротко

На вход диодного моста подается переменный ток, полярность которого в бытовой электросети меняется с частотой 50 Гц. Диодная сборка «срезает» часть синусоиды, которая для прибора «является» обратной, и меняет ее знак на противоположный. В результате на выходе к нагрузке подается пульсирующий ток одной полярности.

Обозначение диодного моста на схеме

Частота этих пульсаций в 2 раза превышает частоту колебаний переменного тока и равна в данном случае 100 Гц.

Работа диодного моста

На рисунке а) изображена обычная синусоида напряжения переменного тока. На рисунке б) – срезанные положительные полуволны, полученные при использовании выпрямительного диода, который пропускает через себя положительную полуволну и запирается при прохождении отрицательной полуволны. Как видно из схемы, одного диода для эффективной работы недостаточно, поскольку «срезанная» отрицательная часть полуволн теряется и мощность переменного тока снижается в 2 раза. Диодный мост нужен для того, чтобы не просто срезать отрицательную полуволну, а поменять ее знак на противоположный. Благодаря такому схемотехническому решению, переменный ток полностью сохраняет мощность. На рисунке в) – пульсирующее напряжение после прохождения тока через диодную сборку.

Пульсирующий ток строго назвать постоянным нельзя. Пульсации мешают работе электроники, поэтому для их сглаживания после прохождения диодного моста в схему нужно включить фильтры. Простейший тип фильтра – электролитические конденсаторы значительной емкости.

На печатных платах и принципиальных схемах диодный мост, в зависимости от того, как он устроен (отдельные элементы или сборка), может обозначаться по-разному. Если он состоит из отдельно впаянных диодов, то их обозначают буквами VD, рядом с которыми указывают порядковый номер – 1-4. Буквами VDS обозначают сборки, иначе –VD.

Чем можно заменить диодный мост-сборку

Вместо диодного моста, собранного в одном корпусе, можно впаять в схему 4 кремниевых выпрямительных диода или 4 полупроводника Шоттки. Однако вариант диодной сборки более эффективен, благодаря:

  • меньшей площади, занимаемой сборкой на схеме;
  • упрощению работы сборщика схемы;
  • единому тепловому режиму для всех четырех полупроводниковых устройств.

Различные варианты сборки диодного моста

У такого схемотехнического решения есть и минус – в случае выхода из строя хотя бы одного полупроводника придется заменять всю сборку.

Для чего нужен диодный мост в генераторе автотехники

Диодный мост в генераторе

Это схемотехническое решение используется в электрических схемах автомобилей и мотоциклов. Диодный мост, устанавливаемый на генераторе переменного тока, нужен для преобразования вырабатываемого им переменного напряжения в постоянное. Постоянный ток служит для подзарядки АКБ и питания всех электропотребителей, имеющихся в современном транспорте. Требуемая мощность полупроводников в мостовой схеме определяется номинальным током, вырабатываемым генератором. В зависимости от этого показателя, полупроводниковые приборы разделяют на следующие группы по мощности:

  • маломощные – до 300 мА;
  • средней мощности – от 300 мА до 10 А;
  • высокомощные – выше 10 А.

Для автотехники обычно применяют мосты из кремниевых диодов, способных отвечать эксплуатационным требованиям в широком температурном диапазоне – от -60°C до +150°C.

Чем заменить диодный мост в генераторе

В большинстве моделей авто- и мототехники мостовые сборки впаивают в алюминиевый радиатор, поэтому в случае выхода из строя их придется выпаивать и выпрессовывать из радиаторной пластины и заменять на новый. Поскольку это довольно сложная процедура, лучше избегать возникновения факторов, из-за которых сгорает диодный мост. Наиболее часто встречающиеся причины этой проблемы:

  • на плату попала жидкость;
  • грязь вместе с маслом проникла к полупроводникам и вызвала короткое замыкание;
  • изменение положения полюсов контактов на АКБ.

Видео: принцип работы диодного моста

Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?

Другие материалы по теме


Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

устройство, принцип работы, обозначение на схеме

Наряду с линейными устройствами в электрической цепи можно встретить и нелинейные полупроводниковые элементы, имеющие самый разнообразный функционал в составе электронной схемы. Среди полупроводниковых приборов особое место занимает диодный мост, выполняющий роль преобразователя переменного напряжения в постоянное. Хоть для этих целей с тем же успехом может применяться и обычный диод, но сфера их применения существенно ограничивается рабочими параметрами одного элемента. Решить недостатки единичной детали помогла диодная сборка из нескольких, существенно отличающихся характеристиками и принципом работы.

Устройство и принцип работы

Диодный мост представляет собой электронную схему, собранную на основе выпрямительных диодов, который предназначен для преобразования подаваемого на него переменного тока в постоянный. Чаще всего в состав схемы включаются диоды Шоттки, но это не категоричное требование, поэтому в каком-либо конкретном случае может заменяться и другими моделями, подходящими по техническим параметрам. Схема моста из полупроводниковых диодов включает в себя четыре элемента для одной фазы. Диодный мостик может набираться как отдельными диодами, так и собираться единым блоком, в виде монолитного четырехполюсника.

Принцип работы диодного моста основывается на способности p – n перехода пропускать электрический ток только в одном направлении. Схема включения диодов в мост построена таким образом, чтобы для каждой полуволны создавался свой путь протекания электрического тока к подключенной нагрузке.

Рис. 1. Принцип работы диодного моста

Для пояснения выпрямления диодным мостом необходимо рассматривать работу схемы относительно формы напряжения на входе. Следует отметить, что кривая напряжения за один период имеет две полуволны – положительную и отрицательную. В свою очередь, каждая полуволна имеет процесс нарастания и убывания по отношению к максимальной точке амплитуды.

Поэтому работа выпрямительного устройства будет иметь такие этапы:

  • На вход выпрямительного моста, обозначенного буквами А и Б подается переменное напряжение 220В.
  • Каждая полуволна, подаваемая из электрической сети или от обмоток трансформатора, преобразуется в постоянную величину парой диодов, расположенных по диагонали.
  • Положительная полуволна будет проводиться парой диодов VD1 и VD4 и выдавать на выход моста полуволну в положительной области оси ординат.
  • Отрицательная полуволна будет выпрямляться парой диодов VD2 и VD3, с которых на том же выходе моста возникнет очередная полуволна в положительной области.

В связи с тем, что оба полупериода получают реализацию на выходе диодного моста, такое электронное устройство получило название двухполупериодного выпрямителя, также его называют схемой Гретца.

Обозначение на схеме и маркировка

На электрической схеме диодный мост может иметь различные варианты изображения. Чаще всего вы можете встретить такие обозначения:

Рис. 2. Обозначение на схеме

Первый вариант обозначения мостового выпрямителя используется, как правило, в тех ситуациях, когда электронный прибор представляет собой монолитную конструкцию, единую сборку. На схеме маркировка выполняется латинскими буквами VD, за которыми указывается порядковый номер.

Второй вариант наиболее распространен  для тех ситуаций, когда диодный мост состоит из отдельных полупроводниковых устройств, собранных в одну схему. Маркировка второго варианта, чаще всего, выполняется в виде ряда VD1 – VD4.

Следует также отметить, что вышеприведенное схематическое обозначение и маркировка хоть и имеет общепринятый характер, но может нарушаться при составлении схем.

Разновидности диодных мостов

В зависимости от количества фаз, которые подключаются к диодному мосту, различают однофазные и трехфазные модели. Первый вариант мы детально рассмотрели на примере схемы Гретца выше.

Трехфазные выпрямители, в свою очередь, разделяются на шести- и двенадцатипульсовые модели, хотя схема диодного моста у них идентична. Рассмотрим более детально работу диодного устройства для трехфазной схемы.

Рис. 3. Схема трехфазного диодного моста

Диодный мост, приведенный на рисунке выше, получил название схемы Ларионова. Конструктивно для каждой из фаз устанавливается сразу два диода в противоположном направлении друг относительно друга. Здесь важно отметить, что синусоида во всех трех фазах имеет смещение в 120° друг относительно друга, поэтому на выходах устройства при наложении результирующей диаграммы получится следующая картина:

Рис. 4. Напряжение выпрямленное трехфазным мостом

Как видите, в сравнении с однофазным выпрямителем на базе диодного моста картина получается более плавной, а скачки напряжения имеют значительно меньшую амплитуду.

Технические характеристики

При выборе конкретного диодного моста для замены в выпрямительном блоке или для любой другой схемы важно хорошо ориентироваться в основных технических параметрах.

Среди таких характеристик наиболее значимыми для диодного моста являются:

  • Амплитудное максимальное напряжение обратной полярности – это пороговое значение более которого уже произойдет необратимый процесс и полупроводник выйдет со строя. Обозначается как UАобр в отечественных моделях или V­rpm для зарубежных.
  • Среднее обратное напряжение – представляет собой номинальное значение электрической величины, которое может прикладываться в процессе эксплуатации. Имеет обозначение  Uобр в отечественных образцах или V­r(rms) для зарубежных диодных мостов.
  • Средний выпрямленный ток – обозначает действующую величину электрического тока на выходе диодного моста. На устройствах указывается как Iпр или Io для моделей отечественного или зарубежного производства соответственно.
  • Амплитудный выпрямленный ток – это максимальный ток на выходе выпрямителя, определяемый пиком полуволны на кривой, обозначается как I fsm для пульсирующего тока на положительном и отрицательном выводе.
  • Падение напряжения в прямой полярности – определяет потерю напряжения от собственного сопротивления диодного моста. На устройстве обозначается как V­fm.

Если вы хотите выбрать модель на замену, допустим в сети 220 В, то главный параметр для диодного моста обратный ток и напряжение. Рабочие характеристики должны значительно превышать номинал сети, к примеру, при напряжении 220 В – диодный мост должен выдерживать около 400 В. По току подойдет и меньший запас, но его также следует предусмотреть.

Преимущества и недостатки

Кроме диодного моста существуют и другие способы преобразования переменного в постоянный ток. В сравнении с однополупериодным, двухполупериодное выпрямление обладает рядом преимуществ:

  • И отрицательная, и положительная полуволна синусоиды преобразуются в выходное напряжение, поэтому вся мощность трансформатора используется в наиболее оптимальной степени.
  • За счет большей частоты пульсации получаемое от диодного выпрямителя напряжение куда проще сглаживать при помощи фильтров.
  • Использование электроэнергии под нагрузкой уменьшает потери мощности на перемагничивание сердечника, возникающее из-за процессов взаимоиндукции в обмотках питающего трансформатора.
  • Гармоничное перераспределение кривой электротока и напряжения на выходе – за счет передачи каждого полупериода сразу двумя диодами в мосте, выходной параметр получается куда более равномерным.

К недостаткам диодного моста следует отнести и большее падение напряжения, в сравнении с однополупериодной схемой или выпрямителем с отводом из средней точки. Это обусловлено тем, что ток протекает сразу черед два полупроводниковых элемента и встречает омическое сопротивление от каждого из них. Такой недостаток может оказывать существенное влияние в слаботочных цепях, где доли ампера могут решать значение сигналов, режимы работы агрегатов и т.д. В качестве решения могут применяться диодные мосты с диодами Шотки, у которых падение прямого напряжения относительно ниже.  

Еще одним недостатком является сложность определения перегоревшего звена, так как при выходе со строя хотя бы одного диода вся схема будет продолжать работать. Понять, что один из полупроводниковых элементов выпал из цепи можно лишь с помощью измерений, далеко не всегда прибор или схема отреагируют при сбое видимой неисправностью.

Практическое применение

На практике диодный мост имеет довольно широкий спектр применения – это и цифровая техника, блоки питания в персональных компьютерах, ноутбуках, различных устройствах, автомобильных генераторах, питающихся от низкого постоянного напряжения. Помимо этого их можно встретить в системах звуковоспроизведения, измерительной техники, теле- радиовещания, они устанавливаются в ряде различных устройств по всему дому. Для лучшего понимания роли диодного моста в этих приборах мы рассмотрим несколько конкретных схем, в которых он применяется.

Примеры схем с диодным мостом и их описание

Одна из наиболее простых схем с применением диодного моста – это зарядное устройство, применяемое для оборудования, питаемого низким напряжением. Один из таких вариантов рассмотрим на следующем примере

Рис. 5. Схема зарядного устройства

Как видите на рисунке, от понижающего трансформатора Т1 напряжение из переменного 220В преобразуется в переменное на уровне 7 – 9В. После этого пониженное напряжение подается на диодный мост VD, от которого выпрямленное через сглаживающий конденсатор С1 на микросхему КР. От микросхемы выпрямленное напряжение стабилизируется и выдается на клеммы разъема.

Рис. 6. Схема карманного фонаря

На рисунке выше приведен пример схемы карманного фонаря, данная модель подключается к бытовой сети 220В через розетку, что представлено соединением разъема Х1 и Х2. Далее напряжение подается на мост  VD, а с него уже на микросхему DA1, которая при наличии входного питания сигнализирует об этом через светодиод HL1. После этого напряжение питания приходит на аккумулятор GB, который заряжается и затем используется в качестве основного источника питания для лампы фонарика.

Пример схемы сварочного агрегата

Здесь представлен пример схемы сварочного агрегата, в котором диодный мост устанавливается сразу после понижающего трансформатора для выпрямления электрического тока. Из-за сложности схемы дальнейшее рассмотрение работы устройства нецелесообразно. Стоит отметить, что существуют и другие устройства с еще более сложным принципом работы – импульсные блоки питания, ШИМ модуляторы, преобразователи и т.д.

Схема подключения

, характеристики, принцип работы, что это такое для

Переменное напряжение подается от энергоснабжающей организации к потребителям. Это связано с особенностями транспортировки электроэнергии. Но большинство бытовых (и частично промышленных) электропотребителей требуют постоянного напряжения. Для его получения требуются преобразователи. Во многих случаях они строятся по схеме «понижающий трансформатор — выпрямитель — сглаживающий фильтр» (кроме импульсных источников питания). В качестве выпрямителей используются диоды в мостовой схеме.

Содержание

  • 1 Для чего нужен диодный мост и как он работает
  • 2 Обозначение и схема подключения диодного моста
  • 3 Основные технические характеристики
  • 4 Типы диодных мостов и их обозначение
    • Достоинства и недостатки

  Для чего нужен диодный мост и как он работает

  Диодный мост используется в качестве выпрямительной схемы, преобразующей переменное напряжение в постоянное. Он работает на основе односторонней проводимости, свойства полупроводникового диода пропускать ток только в одном направлении. Одиночный диод также может служить простейшим выпрямителем.

При таком подключении диод внизу ( отрицательная часть синусоиды «отрезается». Этот способ имеет недостатки:

  • форма выходного напряжения далека от постоянной, в качестве сглаживающего фильтра требуется большой и громоздкий конденсатор,
  • блок питания переменного тока используется не более чем наполовину своей емкости

Ток через нагрузку повторяет форму выходного напряжения, поэтому лучше использовать двухполупериодный выпрямитель в виде диодного моста.Если в приведенную выше схему включить четыре диода и подключить нагрузку, то при подаче на вход переменного напряжения блок будет работать следующим образом:

При положительном напряжении (верхняя часть синусоиды, красная стрелка) ток пойдет через диод VD2, нагрузку, VD3. С отрицательным напряжением (нижняя часть синусоиды, зеленая стрелка) через диод VD4, нагрузку, VD1. В результате за один период ток проходит через нагрузку дважды в одном направлении.

Форма выходного напряжения гораздо ближе к прямой, хотя уровень пульсаций достаточно высокий. Мощность источника используется полностью.

При наличии источника трехфазного напряжения нужной амплитуды можно сделать мост по такой схеме:

Он будет складывать три тока на нагрузку, повторяя форму выходного напряжения, с фазовый сдвиг на 120 градусов:

Выходное напряжение будет окружать вершины синусоид. Видно, что импульсы напряжения намного меньше, чем в однофазной цепи, его форма ближе к прямой. В этом случае емкость сглаживающего фильтра будет минимальной.

И еще один вариант моста - управляемый мост. В нем два диода заменены тиристорами — электронными устройствами, открывающимися при подаче сигнала на управляющий электрод. В открытом состоянии тиристоры ведут себя почти как обычные диоды. Схема имеет вид:

Коммутационные сигналы подаются от схемы управления в согласованные моменты времени, отключение происходит в момент перехода напряжения через ноль. Затем напряжение усредняется по конденсатору, и этим средним значением можно управлять.

 

Обозначение и схема подключения диодного моста

  Поскольку диодный мост может быть построен по различным схемам и содержит мало элементов, то в большинстве случаев выпрямительный блок идентифицируется просто по рисунку принципиальной схемы. Если это неприемлемо - например, в случае блок-схемы - то мост указывается в виде условного обозначения, обозначающего любой преобразователь переменного напряжения в постоянное:

Буква «~» обозначает цепи переменного тока. Символ «~» обозначает цепи переменного тока, «=» — цепи постоянного тока, а «+» и «-» — полярность выхода.

Если выпрямитель построен по классической мостовой схеме из 4-х диодов, допускается несколько упрощенное представление: это понижающий трансформатор) без соблюдения полярности - любая выходная клемма подключается к любой входной клемме. Выход моста подключен к нагрузке. Он может требовать или не требовать полярности (включая стабилизатор, сглаживающий фильтр).

 

Диодный мост можно подключать к источнику постоянного напряжения. В данном случае имеем схему защиты от непреднамеренной переполюсовки - любое подключение входов моста к выходу блока питания не изменит полярность напряжения на его выходе.

Основные характеристики

При выборе диодов или моста в первую очередь следует обратить внимание на Максимальный рабочий прямой ток . Он должен с запасом превышать ток нагрузки. Если эта величина неизвестна, а мощность известна, ее необходимо пересчитать на ток по формуле Inнагр=Pнагр/Uф. Для увеличения допустимого тока полупроводники можно соединить параллельно — наибольший ток нагрузки делится на количество диодов. Диоды в одну ветвь моста в этом случае лучше выбирать по близкому значению падения напряжения в открытом состоянии.

Вторым важным параметром является прямое напряжение Вторым важным параметром является прямое напряжение, на которое рассчитан мост или его элементы. Оно не должно быть ниже выходного напряжения источника переменного тока (значение амплитуды!). Для надежной работы устройства следует брать запас 20-30%. Для увеличения допустимого напряжения диоды можно включать последовательно - в каждое плечо моста.

Этих двух параметров достаточно для предварительного решения о применении диодов в выпрямительном устройстве, но следует обратить внимание и на некоторые другие характеристики:

  • максимальная рабочая частота - обычно несколько килогерц и для работы на промышленных частотах 50 или 100 Гц значения не имеет, но если диод будет работать в импульсной схеме, этот параметр может стать определяющим;
  • Падение напряжения в открытом состоянии кремниевых диодов составляет около 0,6 В, что не важно для выходного напряжения, например, 36 В, но может быть критичным при работе ниже 5 В - в этом случае следует выбирать Шоттки диоды, для которых характерно низкое значение этого параметра.

Типы диодных мостов и их маркировка

Диодный мост можно собрать на дискретных диодах. Для соблюдения полярности нужно обращать внимание на маркировку. В некоторых случаях этикетка в виде рисунка наносится непосредственно на корпус полупроводникового прибора. Это характерно для продукции отечественного производства.

Зарубежные (и многие современные российские) устройства маркируются точкой или кольцом. В большинстве случаев так маркируется анод, но гарантии нет. Лучше поискать в справочнике или воспользоваться тестером.

Можно сделать мост из сборки - четыре диода объединены в одном корпусе, а соединение выводов можно выполнить внешними проводниками (например, на печатной плате). Сборки могут быть разные, поэтому надо смотреть даташиты на правильность подключения.

Например, диодная сборка BAV99S с 4 диодами, но только 6 выводами имеет внутри два полумоста (на корпусе есть точка возле вывода 1):

Для получения полного моста необходимо соединить соответствующие контакты с внешними проводниками (красным цветом показано расположение дорожек при использовании печатной схемы):

В этом случае переменное напряжение подается на контакты 3 и 6. положительный полюс постоянного тока берется с контакта 5 или 2, а отрицательный полюс с контакта 4 или 1.

И самый простой вариант - сборка с готовым мостом внутри. Среди отечественной продукции это могут быть КЦ402, КЦ405, есть мостовые узлы зарубежного производства. Маркировка клемм во многих случаях наносится прямо на корпус, и проблема сводится лишь к правильному выбору по характеристикам и безошибочному подключению. Если внешнее обозначение контактов отсутствует, придется обратиться к справочнику.

Преимущества и недостатки

Преимущества диодного моста хорошо известны:

  • проверенная десятилетиями схемотехника;
  • Простота сборки и подключения;
  • простая диагностика неисправностей и простой ремонт.

Из недостатков следует отметить рост габаритов и веса схемы с увеличением мощности, а также необходимость использования радиаторов для мощных диодов. Но ничего с этим не поделаешь - физику не обманешь. Когда эти условия становятся неприемлемыми, необходимо принять решение о переходе на импульсную схему питания. Кстати, в нем можно использовать и мостовое соединение диодов.

Также следует отметить форму выходного напряжения, которая далеко не постоянна. Для работы с потребителями с требованиями к стабильности питающего напряжения необходимо использовать мост совместно со сглаживающими фильтрами и, при необходимости, стабилизаторами на выходе.

Статьи по теме:

Что такое выпрямитель напряжения и для чего он нужен: типовые схемы выпрямителя

Принцип работы и основные характеристики стабилизатора

Для чего нужен диммер, что это такое, схема подключения диммера и схема принцип работы

Что такое импульсный источник питания и где он используется?

Что такое тиристор, как он работает, типы тиристоров и описание их основных характеристик

Особенности, назначение выводов и примеры схем подключения линейного регулятора напряжения LM317

Руководство для начинающих по проектированию двухполупериодного выпрямителя с Н-мостовым мостом | Блог

Главная CircuitMaker Руководство для начинающих по проектированию двухполупериодного выпрямителя с Н-мостовым мостом

Захария Петерсон

| & NBSP Создан: 29 октября 2021 г.

Соглашение о таблице

  • Типы полных схем выпрямителя моста
  • Однофазная и трехфазная выпрямители
  • Контролируемые выпрямители
  • Выбирающие Diodes
  • Выходные волны
99
  • . Выбирающие Diodes
    • 9
  • . Преобразование энергии является неотъемлемой частью современной жизни, и, вероятно, наиболее важным для практических целей в электронике является преобразование переменного тока в постоянный. Выпрямители — это основные цепи, используемые для преобразования переменного тока в постоянный, и они могут относиться к одной из следующих категорий:

    • Однополупериодный выпрямитель
    • Двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки
    • Мостовой выпрямитель

    Функциональность этих выпрямителей одинакова, т. е. преобразование переменного тока в постоянный, но каждый из них использует различную конфигурацию входа и имеет разные выходы. Выпрямитель с отводом от середины и мостовой выпрямитель являются двухполупериодными выпрямителями (последний иногда называют «полномостовым выпрямителем») и обеспечивают более высокую эффективность преобразования мощности, чем однополупериодный выпрямитель. Выпрямители с центральным отводом и мостовые выпрямители служат почти той же цели, но трансформатор с центральным отводом, используемый в первом, дорог, поэтому мостовой выпрямитель обычно предпочтительнее, если только центральный отвод на трансформаторе не требуется по определенной причине.

    В этом руководстве мы рассмотрим проектирование и моделирование двухполупериодного выпрямителя Н-моста для однофазного и трехфазного преобразования энергии. Оба могут использоваться в промышленных условиях, в том числе в небольших модулях управления, которые моя компания разработала для клиентских проектов. Они широко распространены в других электронных устройствах, и создание имитации с их помощью важно для того, чтобы увидеть, как они могут с высокой эффективностью подавать питание в последующие цепи.

    Ниже показана базовая схема мостового выпрямителя. В этой схеме обычно используются четыре диода (D1-D4), соединенных последовательно парами, и только два диода смещаются в прямом направлении в течение каждого полупериода входного переменного тока. Четыре диода в этом выпрямителе соединены в замкнутую мостовую структуру, и эта сборка дала свое название. Это иногда называют неуправляемым выпрямителем, причина которого будет показана далее в этой статье.

    Неуправляемый однофазный мостовой выпрямитель

    Сравнение однофазных и трехфазных выпрямителей

    Иногда вы можете увидеть приведенный выше выпрямитель в виде Н-образного моста, как показано ниже. Эта конфигурация точно такая же, как приведенная выше конфигурация. Ниже также показан трехфазный выпрямитель для сравнения, в котором просто используются 6 диодов вместо 4, причем 2 последовательных диода используются для управления протеканием тока по каждой фазе в трехфазном соединении переменного тока. Различия между двумя типами выпрямителей должны быть очевидны из их форм сигналов; трехфазный выпрямитель обеспечивает гораздо меньшую пульсацию, но с частотой в 1,5 раза выше, чем у однофазного выпрямителя.

    Однофазный и трехфазный мостовой выпрямитель

    Поскольку обычные диоды являются однонаправленными и неуправляемыми, ток может течь только в одном направлении, и нет возможности контролировать прямое напряжение. По этой причине мы обычно называем эти выпрямители «неуправляемыми», и нам необходимо правильно выбрать диоды, используемые в этих схемах, чтобы гарантировать, что выпрямитель будет полностью смещен в прямом направлении в предполагаемой рабочей среде. Если вы подключаетесь к сети переменного тока, у вас будет достаточно запаса, чтобы гарантировать, что диоды в этой цепи всегда будут смещены в прямом направлении, это больше беспокоит, если вы сначала переходите на низкий уровень, а затем применяете выпрямление. По этой причине часто используется трансформатор, который сначала используется для понижения до умеренного уровня (номинального уровня 12 В или 24 В переменного тока), а затем сигнал проходит через выпрямитель. После сглаживания до некоторого значения постоянного тока применяется заключительный этап регулирования, чтобы установить выходное напряжение на требуемое значение.

    Управляемые выпрямители

    В этом типе мостовых выпрямителей используются некоторые управляемые полупроводниковые компоненты, такие как MOSFET, IGBT, SCR и т. д., вместо обычных диодов. Обычно используется SCR, поскольку его напряжение можно легко изменить путем прямого приложения внешнего постоянного напряжения. Таким образом, система может регулировать выходную мощность для различных напряжений по мере необходимости. На изображении ниже показан однофазный управляемый мостовой выпрямитель, в котором просто заменены диоды на тиристоры.

    Управляемый однофазный выпрямитель

    Как и обычный однофазный выпрямитель, этот управляемый выпрямитель может быть выполнен в виде Н-моста; результирующая функциональность точно такая же. Мы также можем расширить схему до трехфазного входа, используя 6 SCR (по 2 на каждую фазу).

    Выбор диодов

    Как я упоминал выше, должно быть ясно, что ток через нагрузку течет в одном направлении в обоих типах выпрямителей, поэтому только два диода смещены в прямом направлении в любой момент времени. Падение напряжения на каждом диоде в секции моста с прямым смещением происходит в течение каждого полупериода. Для кремниевых диодов общее падение напряжения должно составлять 2 * 0,7 = 1,4 В, поскольку два диода будут смещены в прямом направлении. Если вы работаете с переменным током с трансформаторной связью более низкого уровня, вы можете использовать германиевые диоды или диоды Шоттки, поскольку они имеют меньшее падение напряжения при прямом смещении.

    Обычно после настройки выпрямителя напряжение постоянного тока устанавливается путем добавления сглаживающего конденсатора к выходам. Сглаживающий конденсатор, подключенный параллельно нагрузке, будет определять уровень пульсаций, наложенных на выходной сигнал постоянного тока. В тот момент, когда входное напряжение начинает падать во время цикла, конденсатор на выходе начнет разряжаться параллельно с резистором, таким образом, они образуют RC-цепь. Конденсатор многократно заряжается и разряжается с определенной постоянной времени RC между полупериодами. Прежде чем конденсатор сможет полностью разрядиться, начинается цикл зарядки, поэтому конденсатор никогда не будет полностью разряжен, если только не будет отключена входная мощность.

    Здесь вы можете использовать постоянную времени RC для определения скорости разряда на нагрузке. Например, если мы используем сопротивление нагрузки 10 кОм с конденсатором 50 мкФ, то постоянная времени RC составит 500 мс. Это означает, что если мы хотим уменьшить пульсации выходного постоянного напряжения, нам нужно увеличить значение сглаживающего конденсатора или сопротивления нагрузки (или того и другого). Хотя форма выходного сигнала не является чисто постоянным током, увеличение сопротивления нагрузки и достаточное увеличение сглаживающего конденсатора приводит к тому, что пульсации на выходе становятся настолько малыми, что их трудно заметить. Последней ступенью регулирования обычно будет LDO (для низкого напряжения) или импульсный регулятор (для высокого напряжения).

    Независимо от того, проектируете ли вы простую плату двухполупериодного выпрямителя H-bridge или вам необходимо спроектировать сложную систему питания, используйте инструменты проектирования печатных плат в CircuitMaker для подготовки схем и топологии печатных плат. Все пользователи CircuitMaker могут создавать схемы, макеты печатных плат и производственную документацию, необходимую для перехода от идеи к производству. Пользователи также имеют доступ к личному рабочему пространству на платформе Altium 365™, где они могут загружать и хранить проектные данные в облаке, а также легко просматривать проекты через веб-браузер на защищенной платформе.

    Начните использовать CircuitMaker сегодня и следите за новостями о новом CircuitMaker Pro от Altium.

    Об авторе

    Об авторе

    Захария Петерсон имеет обширный технический опыт в научных кругах и промышленности. В настоящее время он предоставляет исследовательские, дизайнерские и маркетинговые услуги компаниям электронной промышленности. До работы в индустрии печатных плат он преподавал в Портлендском государственном университете и проводил исследования в области теории случайных лазеров, материалов и стабильности. Его опыт научных исследований охватывает темы лазеров на наночастицах, электронных и оптоэлектронных полупроводниковых устройств, датчиков окружающей среды и стохастики. Его работы были опубликованы в более чем дюжине рецензируемых журналов и материалов конференций, и он написал более 2000 технических статей по проектированию печатных плат для ряда компаний. Он является членом Общества фотоники IEEE, Общества упаковки электроники IEEE, Американского физического общества и Ассоциации инженеров по печатным схемам (PCEA). Ранее он был членом с правом голоса в Техническом консультативном комитете INCITS по квантовым вычислениям, работающем над техническими стандартами для квантовой электроники, а в настоящее время он работает в рабочей группе IEEE P3186, занимающейся интерфейсом порта, представляющим фотонные сигналы с использованием симуляторов цепей класса SPICE.

    Другие материалы Zachariah Peterson

    Связанные ресурсы

    Как создать собственную плату Arduino Shield Пользовательские экраны Arduino легко проектировать с помощью правильных инструментов компоновки печатных плат. Если вы любитель или студент, ознакомьтесь с нашим руководством по пользовательским экранам Arduino. Читать статью

    Проектирование 4-х слойного стека с печатными платами с импедансом 50 Ом Ваш 4-слойный стек печатной платы с импедансом 50 Ом будет ограничивать ширину трассы, чтобы она находилась в определенном диапазоне значений. Читать статью

    Анатомия вашего схематического списка соединений, портов и имен цепей Ваш схематический список соединений создаст связь между компонентами по мере создания листов схемы. Посмотрите, как ваши листы схем позволяют использовать имена цепей и порты, чтобы помочь вам оставаться организованным. Читать статью

    Какую толщину меди для печатных плат следует использовать? Знаете ли вы, какую толщину меди на печатной плате вы должны использовать в своей печатной плате? Узнайте больше о стандартах толщины меди 0,5 унции/кв. фут или 1,0 унции/кв. фут и о том, что это означает для вашего производственного процесса, в этом руководстве. Читать статью

    Рекомендации по использованию схемных записей DNI/DNP в спецификации печатной платы Вы можете использовать обозначение DNI/DNP для компонентов в спецификации печатной платы для создания вариантов дизайна, если вы правильно создали макет. Читать статью

    Понижающий преобразователь регулятор против LDO для постоянного, переменного и RF: что лучше? Обычно для небольших слаботочных нагрузок наилучшим вариантом является LDO. Как насчет конвертера доллара? Узнайте больше о выборе между понижающим преобразователем и LDO в этом руководстве. Читать статью

    Можете ли вы разработать распиновку разъема с защитой от вращения? Бывают случаи, когда распиновка вашего разъема должна быть адаптируемой и обратимой. Как проще всего это сделать? Используйте разъем с защитой от вращения на вашей печатной плате. Читать статью

    Можно ли развести цифровые сигналы на двухслойной печатной плате? Двухслойные печатные платы являются обычным выбором для разработчиков начального уровня, и они могут даже поддерживать высокоскоростные конструкции, если они построены правильно. Читать статью

    Вам всегда нужна 1 унция? Толщина меди на каждом слое? 1 унция. толщина меди часто рассматривается как стандартное значение толщины, используемое во многих конструкциях. Вот когда вам может понадобиться более толстая медь на каждом слое. Читать статью

    Требования к маршрутизации для импедансного интерфейса USB 2.0 на двухслойной печатной плате В предыдущем блоге я обсуждал некоторые основные моменты подготовки правил трассировки для двухслойных печатных плат для поддержки трассировки и компоновки с цифровыми сигналами. В частности, мы рассмотрели некоторые основные правила стека и маршрутизации, необходимые для поддержки цифрового интерфейса, такого как I2C или SPI, на двухслойной печатной плате.

    Learn more

    •