Пристрій, принцип дії та схема діодного мосту випрямлювача

Змінний електричний струм перетворюється на постійний пульсуючий за рахунок застосування спеціальних електронних схем — діодних мостів. Схему діодного мосту випрямника розділяють на 2 варіанти виконання: однофазну і трифазну.

У роботі випрямителя головним елементом є діод. Конструктивно він являє собою пластину напівпровідникового кристала з двома зонами різної провідності. Особливістю є одностороннє пропускання електричного струму, залежно від напрямку течії.

Пристрій і робота випрямного діоду засновані на особливостях p-n переходу між зонами напівпровідника. Його опір залежить від полярності зовнішньої напруги. В одному випадку воно велике, в іншому — незначно.

Однофазний діодний міст

Коли на вході — змінна синусоїдальна напруга, в кожен напівперіод струм проходить через одну пару діодів, а інша закрита. У підсумку на виході схеми діодного мосту випрямлювача утворюється пульсуюча напруга, частота якого в два рази більше, ніж на вході.

Трифазна мостова схема

У цій схемі використовуються діодні напівмостові випрямлювачі. Вихідна напруга тут виходить з меншими пульсаціями.

Як згладити пульсації при випрямленні харчування?

Якість випрямленої напруги знижується зі збільшенням її пульсації. Щоб її зменшити, застосовуються елементи, що накопичують енергію при її надходженні від випрямителя і віддають при припиненні її подачі.

На схемі діодного мосту випрямлювача з конденсатором останній підключається паралельно навантаженню. Його ємність підбирається залежно від навантажувального струму. При подачі імпульсу відбувається зарядка конденсатора. Між імпульсами (коли їх немає) напруга з нього віддається навантаженню.

У результаті згладжування вихідна напруга фільтра стає більшою і наближається до величини амплітуди випрямленої величини.

Ідеальну напругу на виході фільтра отримати не вдається через розрядку конденсатора між імпульсами. Зазвичай подібні пульсації допустимі. Їх можна зменшити шляхом збільшення ємності конденсатора.

Якщо для згладжування застосовується котушка індуктивності, її з’єднують послідовно з навантаженням. У комбіновані ланцюги фільтрів входять дроселі та конденсатори.

Конструкції діодних мостів

Найпростіший пристрій мосту виконується за допомогою спайки окремих діодів. У промисловості випускають монолітні конструкції, які менше за розмірами і дешевше. Крім того, в них підбираються діоди з аналогічними характеристиками, що дозволяє їм працювати з однаковим нагрівом. Це підвищує надійність схеми діодного мосту випрямителя.

Перевагою діодних мостів з окремих елементів є можливість ремонту, коли один з них вийде з ладу. Збірку ж доводиться замінювати повністю. Несправності в ній виникають рідко, оскільки елементи правильно підібрані.

Харчування випрямлювачів

Пристрої, які споживають великий струм, зазвичай харчуються від мережі 220 В. Безпосередньо прилади не підключають, оскільки напруга для електронних схем потрібна невелика, а струм — постійний. Тоді застосовують мережевий адаптер.

Напруга знижується за допомогою трансформатора, який також створює гальванічну розв’язку між первинним і вторинним живильними ланцюгами. За рахунок цього знижується небезпека удару електричним струмом і захищається апаратура при появі в схемі короткого замикання.

Сучасні адаптери в більшості випадків працюють за спрощеною безтрансформаторною схемою без гальванічної розв’язки, де зайва напруга поглинається на конденсаторі.

Схема діодного мосту 12 вольт: інструкція і збірка

Блок живлення складається з двох модулів, де перший — це знижувальний трансформатор, а другий — діодний міст, що перетворює один вид напруги в інший.

Підбирається відповідний трансформатор. Первинна обмотка знаходиться за допомогою тестера. Її опір має бути найбільшим. Шляхом прозвінки мультиметром в режимі вимірювання опору знаходяться потрібні кінці. Потім знаходяться інші пари і робиться маркування.

На первинну обмотку подається 220 В. Потім тестер переводиться в режим вимірювання змінної напруги і вимірюється напруга на інших обмотках. Слід вибрати або намотати одну на 10 В. Важливо, щоб напруга не було 12 В, оскільки після ємнісного фільтру вона збільшується на 18%.

Трансформатор підбирається під потрібну потужність, після чого береться запас на 25%.

4 діоди скручуються в діодний міст і кінці пропоюються. Потім схема з’єднується, на вихід підключається конденсатор на 25 В і 2200 мкф (електроліт) і перевіряється в роботі.

Безтрансформаторна схема діодного мосту випрямлювача 24 вольти

У радіолюбительській практиці широко використовуються малопотужні блоки живлення без трансформаторів.

Харчування 220 В подається через конденсатор баласту S1. Випрямлювач складається з діодів VD1, VD2 і стабілітронів VD3, VD4. Щоб усунути кидки струму через міст, при підключенні живлення послідовно з конденсатором встановлюється резистор обмеження струму опором 50-100 Ом. Щоб розрядити конденсатор при непрацюючій схемі, до нього паралельно підключається резистор на 150-300 кОм.

На вихід схеми встановлюється згладжуючий конденсатор ємністю 2000 мкф.

Відсутність гальванічного зв’язку створює небезпеку удару електричним струмом.

Застосування

Області застосування діодного мосту надзвичайно широкі і різноманітні:

• освітлювальні прилади (світлодіодні та люмінесцентні лампи);
• прилади обліку електроенергії;
• блоки харчування електронної апаратури;
• промислові блоки живлення, управління та зарядні пристрої.

Як вибрати діоди для виготовлення діодного мосту

Головними критеріями вибору є напруга і сила струму, при якій діод не перегрівається. При прямому включенні на ньому падає напруга близько 0,6 В, оскільки він володіє внутрішнім опором. Зворотна напруга, яку діод витримує, не входячи в режим теплового та електричного пробою, має певну межу. Якщо він розрахований на 220 В, то береться запас не нижче 25%. Але краще брати його досить великим, щоб уберегти від випадкових стрибків напруги в мережі.

Струм також береться з запасом. Якщо потрібно, передбачається охолоджувальний радіатор.

Для правильного вибору користуються довідковою таблицею діодів і діодних мостів.

Виробники діодних мостів

Серед елементів для освітлювальної техніки виділяються випрямники серій 1N4007 і MS250 виробництва компанії Diotec. Вони розраховані на напругу до 1000 В. У першому випадку схема діодного мосту складається з 4 діодів, розміщених на друкованій платі, а в другому вона представлена у вигляді компактної збірки. Хоча серія 1N4007 надійна в роботі, збірка MS250 дозволяє економити вагу і займану площу. Незважаючи на це, попит на серію 1N4007 залишається високим, оскільки ціна знизилася настільки, що визначається переважно витратами на висновки з міді.

Технологія виготовлення діодних мостів серії MS триває. Зараз всі 4 кристали моста встановлюються разом, що підвищує його теплостійкість за рахунок рівномірності параметрів.

Надійність випрямлювачів падає з підвищенням температури навколишнього повітря. Цю проблему вирішує пристрій серії B250S2A, розрахований на струм 2,3 А і пропускає 0,7 А при 125 ° С.

Більшість виробників купують діоди, після чого збирають готові випрямлювачі. Компанія Diotec займається всім циклом виробництва, від виготовлення кристалів до складання і упаковки.

Інша провідна світова компанія — IRF — володіє унікальними технологіями скорочення габаритів деталей, поліпшення тепловіддачі, підвищення ефективності напівпровідникової техніки. Вона є єдиною, що виробляє компоненти для всього циклу перетворення енергії.

Ув’язнення

Схема діодного мосту випрямлювача застосовується у всій радіоелектронній апаратурі. Застосовувати слід двоперіодні випрямлювачі, характеристики яких значно кращі за одноперіодні. Перевірити будь-який з них можна самостійно, продзвонивши кожен діод.