交流电压由供电公司提供给消费者。这是由于电力传输的特殊性。但大多数家庭(以及部分工业)电力消费者需要直流电压供电。要获得它,需要转换器。在许多情况下,它们是根据“降压变压器-整流器-平滑滤波器”方案构建的(除了 开关电源)。桥式电路中的二极管用作整流器。
什么二极管桥是二极管桥,它是如何工作的
二极管电桥用作将交流电压转换为直流电压的整流电路。它基于单向传导工作,这是半导体二极管仅在一个方向上通过电流的特性。单个二极管也可以作为最简单的整流器。
采用这种连接方式,底部的二极管(消极的正弦波的一部分被“切断”。这种方法有缺点:
- 输出电压的波形远非恒定,需要一个大而笨重的电容器作为平滑滤波器;
- 交流电源最多使用其容量的一半。
通过负载的电流重复输出电压的形状。因此,最好采用二极管桥形式的双半周期整流器。如果在上述电路中包含四个二极管并连接负载,则当输入端施加交流电压时,单元将按如下方式工作:
当电压为正时(正弦波的上部,红色箭头),电流将流过二极管VD2、负载、VD3。负电压(正弦曲线的下部,绿色箭头)通过二极管 VD4、负载、VD1。结果,在一个周期内,电流沿同一方向两次通过负载。
尽管纹波水平相当高,但输出电压的形状更接近于直线。源的力量被充分利用。
如果有所需幅值的三相电压源,可以按照这个方案做一个电桥:
它将在负载上叠加三个电流,重复输出电压的形状,相移为 120 度:
输出电压将环绕正弦曲线的顶部。可以看到电压脉冲比单相电路要少得多,它的形状更接近于直线。在这种情况下,平滑滤波器的电容将最小。
桥的另一种变体是受控桥。在其中,两个二极管被晶闸管取代 - 当信号施加到控制电极时打开的电子设备。打开时,晶闸管的行为几乎与普通二极管一样。电路采用这种形式:
在约定的时刻从控制电路施加开关信号,在电压过渡到零时发生关断。然后通过电容器对电压进行平均,并且可以控制该平均值。
二极管电桥型号及连接图
由于二极管桥可以根据各种方案构建,并且包含的元件很少,因此在大多数情况下,整流单元只是通过绘制示意图来识别。如果这是不可接受的 - 例如,在框图的情况下 - 则以符号的形式表示电桥,表示任何将交流电压转换为直流的转换器:
字母“~”代表电路 交流电路符号“~”代表交流电路,“=”代表直流电路,“+”和“-”代表输出极性。
如果整流器是按照经典的 4 个二极管的桥式电路构建的,则允许稍微简化表示:
整流器单元的输入连接到交流电源的输出端子(在大多数情况下是降压变压器),无需注意极性 - 任何输出端子都连接到任何输入端子。电桥的输出连接到负载。它可能需要也可能不需要极性(包括稳定器、平滑滤波器)。
二极管电桥可以连接到恒压源。在这种情况下,我们有一个防止意外反极性的保护电路 - 任何将电桥输入连接到电源输出的连接都不会改变其输出电压的极性。
基本规格
选择二极管或电桥时,首先应该看 最高工作正向电流.它应该在一定范围内超过负载电流。如果此值未知且功率已知,则必须根据公式 Inagr=Pnagr/Uf 将其重新计算为电流。为了增加允许电流,可以将半导体并联——最高负载电流除以二极管的数量。在这种情况下,桥的一个分支中的二极管最好通过关闭状态下的电压降值来选择。
第二个重要参数是 正向电压第二个重要参数是正向电压,为之设计电桥或其元件。它不得低于交流电源输出电压(幅度值!)。为了设备的可靠运行,您应该留出 20-30% 的余量。为了增加允许的电压,可以在桥的每个肩部串联二极管。
这两个参数足以初步决定整流器件中二极管的使用,但还应注意其他一些特性:
- 最大工作频率 - 通常是几千赫兹,对于 50 或 100 赫兹的工业频率运行无关紧要,但如果二极管将在脉冲电路中运行,则此参数可能具有决定性;
- 开态电压降 硅二极管的电压约为 0.6 V,这对于输出电压并不重要,例如 36 V,但在 5 V 以下工作时可能很关键 - 在这种情况下,我们应该选择肖特基二极管,其特点是值较低这个参数的。
二极管电桥的类型及其标记
二极管桥可以组装在分立的二极管上。要观察极性,您需要注意标记。在某些情况下,图形形式的标签直接贴在半导体器件的主体上。这是国产产品的典型特征。
外国(以及许多现代俄罗斯)设备标有圆点或圆环。在大多数情况下,阳极是这样标记的,但不能保证。最好看参考书或使用测试仪。
您可以从一个组件中制作一个电桥 - 四个二极管组合在一个案例中,并且端子的连接可以通过外部导体进行(例如,在印刷电路板上)。组件可能不同,因此您必须查看数据表以了解正确的连接。
例如,二极管组件 BAV99S 有 4 个二极管,但只有 6 个引脚,内部连接了两个半桥(引脚 1 附近的外壳上有一个点):
要获得全桥,您必须将相应的引脚与外部导体连接(红色表示使用印刷电路布线时的轨道布局):
在这种情况下,交流电压被带到引脚 3 和 6。直流的正极来自引脚 5 或 2,负极来自引脚 4 或 1。
最简单的选择是内部带有现成桥的组件。国内产品有КЦ402、КЦ405等,也有国外生产的桥梁总成。很多情况下端子的标记是直接在外壳上打的,问题只在于根据特性正确选择和无误连接。如果没有外部引脚指定,则必须参考参考书。
的优点和缺点
二极管电桥的优点是众所周知的:
- 数十年久经考验的电路;
- 易于组装和连接;
- 故障诊断简单,维修方便。
作为缺点,我们应该提到电路的尺寸和重量随着功率的增加而增加,以及需要为大功率二极管使用散热器。但对此无能为力——你不能欺骗物理学。当这些条件变得不可接受时,有必要决定过渡到开关电源电路。顺便说一下,二极管的桥接也可以用在里面。
我们还应该注意输出电压的形状,它远非恒定。为了与对电源电压稳定性有要求的消费者一起工作,有必要将电桥与平滑滤波器一起使用,如果需要,还需要在输出端使用稳定器。
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