Porozumění usměrňovačům můstku: Principy, klasifikace a praktické aplikace
2024-07-09 10434

Rektifikátor můstku přeměňuje střídavý proud (AC) na přímý proud (DC) prostřednictvím struktury můstku složenou ze čtyř diod.Jednosměrná vodivost diod se používá k napravení pozitivních a negativních poločasů AC do DC ve stejném směru.Konstrukce usměrňovače můstku nejen zlepšuje účinnost rektifikace, ale také poskytuje stabilní výstupní napětí DC.Tento článek bude podrobně diskutovat o pracovní principu, klasifikaci a roli můstkového usměrňovače v praktických aplikacích.

Katalog

Co je to usměrňovač?

Usměrňovač je elektronické zařízení používané k převodu střídavého proudu (AC) na přímý proud (DC).Běžně se používá v energetických systémech a detekuje rádiové signály.Osměrné prostředky usnadňují přeměnu z AC na DC využitím jednosměrné vodivosti diod, což umožňuje proudu proudu pouze jedním směrem.Mohou být vyrobeny z různých materiálů, včetně vakuových zkumavek, zapalovacích trubek, pevných silikonových polovodičových diod a rtuťových oblouků.Zařízení, která provádějí opačnou funkci (převod DC na AC), se nazývají střídače.

V pohotovostním režimu UPS (nepřerušitelný napájecí zdroj) je třeba nabití pouze baterie, takže systém obsahuje nabíječku, ale dodává zátěž napájení.Naproti tomu dvojitá konverze UPS nejen nabíjí baterii, ale také dodává napájení do střídače, takže se nazývá usměrňovač/nabíječku.

Hlavní funkcí usměrňovače je převést AC na DC.Provádí to prostřednictvím dvou hlavních procesů, převádí AC na DC a poté jej filtruje tak, aby poskytlo stabilní výstup DC pro zatížení nebo střídač a poskytoval nabíjecí napětí pro baterii, a tak také působí jako nabíječka.

Provoz nekontrolovaného usměrňovače zahrnuje procházení polovinou střídavého cyklu zatížením a vytváří pulzující výstup DC.V kontrolovaném usměrňovači je tok proudu řízen kontrolou vedení tranzistoru nebo jiného ovládatelného zařízení, což vede k kontrolovanému výstupu DC.

Klasifikace usměrňovačů

Osměrné prostředky jsou klasifikovány podle různých standardů.Následující jsou běžné metody klasifikace:

Klasifikace metodou opravy

Sled půlvlny pracuje pouze v polovině cyklu střídavého proudu (pozitivní poločas nebo negativní poločas).Ve druhém půl cyklu zůstává neaktivní.Výstupní napětí se proto skládá pouze z poloviny průběhu střídavého proudu.

Osměrné prostředky plné vlny provádí v pozitivním i negativním polovičním cyklech AC cyklus.To znamená, že výstupní napětí je pozitivní v obou polovinách cyklu.

Klasifikace podle usměrňovače

Diodové usměrňovače používají diody jako hlavní rektikační prvek.Obvykle se používají v obvodech s nízkým výkonem a středně výkonem.Dioda umožňuje proudění proudu pouze v jednom směru, což zajišťuje převod z AC na DC.

SCR je polovodičové zařízení, které lze přesně ovládat tak, aby zapnulo a vypnulo.Je vhodný pro obvody s vysokým výkonem, které vyžadují přesnou kontrolu procesu rektifikace.SCR je první volbou v aplikacích, které vyžadují vysokou účinnost a vysokou regulaci.

Tyto klasifikace nám pomáhají pochopit specifické funkce a aplikace různých typů usměrňovačů v různých elektronických systémech.

Obrázek 1: Rektifikátor můstku

Jak funguje usměrňovač můstku?

Rektifikátor můstku se běžně používá k přeměně střídavého proudu (AC) na přímý proud (DC) a je to usměrňovací obvod, který využívá jednosměrnou vodivost diody.Používá čtyři diody uspořádané v konfiguraci můstku k napravení pozitivních a negativních polovičních cyklů střídavého výkonu do konzistentního výstupu DC.

Komponenty můstkového usměrňovače

Složky usměrňovače můstku jsou čtyři diody (D1, D2, D3, D4);zdroj napájení AC (vstup);odpor zatížení (RL);a kondenzátor filtru (volitelný, používaný k vyhlazení výstupního napětí).

Pracovní princip

Provoz můstkového usměrňovače zahrnuje dva hlavní procesy: pozitivní rektifikace polovičního cyklu a negativní rektifikace polovičního cyklu.

Obrázek 2: Rektifikační tvar můstku-pozitivní poločas a negativní poloviční cyklus

Pozitivní rektifikace polovičního cyklu

Polarita napětí Během pozitivního polovičního cyklu vstupu AC je horní konec vstupu kladný a spodní konec je negativní.Cestou vodivosti je, že diody D1 a D2 jsou zkreslené a provádějí proud.Proud proudí z pozitivního terminálu zdroje AC, přes D1 přes rezistor zatížení RL a zpět k zápornému terminálu zdroje AC přes D2.Vypnulý stav je, že diody D3 a D4 jsou zkreslené a zůstávají vypnuté.Během tohoto cyklu proudí proud přes RL zleva doprava.

Negativní rektifikace polovičního cyklu

Polarita napětí je taková, že během negativního polovičního cyklu je polarita vstupu AC obrácena, což činí horní konec negativní a spodní konec pozitivní.Cestou vodivosti je, že diody D3 a D4 jsou zkreslené vpřed a provádějí aktuální.Proud proudí z záporného terminálu zdroje AC, přes D3 přes rezistor zatížení RL a zpět k pozitivnímu terminálu zdroje AC přes D4.Stav off je, že diody D1 a D2 jsou zkreslené a zůstávají vypnuté.Přes obrácení polarity proud protéká RL stále teče stejným směrem (zleva doprava).

Filtrování

Po opravě výstupní napětí stále pulzuje DC.Pro vyhlazení tohoto napětí a snížení zvlnění se přidá filtrační kondenzátor.Kondenzátor filtru je připojen paralelně s rezistorem zatížení (RL).Toto nastavení vyhladí pulzující DC, snižuje zvlnění napětí a poskytuje stabilnější výstup.

Obvod usměrňovače můstku

Usměrňovač můstku se zlepšuje na rektifikaci poloviční vlny diody.Jeho hlavní funkcí je převést střídavý proud (AC) na přímý proud (DC).Dělá to pomocí čtyř diod ve specifickém uspořádání k napravení pozitivního a negativního poločasu vstupu AC do jednosměrného výstupu DC.

Obrázek 3: Obvod usměrňovače můstku

Rektifikátor můstku přeměňuje AC na DC pomocí jednosměrné vodivosti diod.Zatímco AC napětí a proud periodicky alternativní směry, DC výstup můstku usměrňovače vždy teče v jednom směru.Osměrné místy můstku jsou účinnější než jednofázové poloviční vlnové a full-wave usměrňovače, protože používají oba půl cykly střídavého cyklu současně.To umožňuje plynulejší a nepřetrživější výstup DC.V aplikacích, jako jsou napájecí zdroje, nabíječky baterií a různá elektronická zařízení, je vyžadován stabilní napájecí zdroj DC.Most usměrňovač kombinovaný s filtrováním může poskytnout stabilní DC napájení potřebný pro tyto aplikace.

Funkce můstkového usměrňovače

Převod AC na DC

Hlavní funkcí můstkového usměrňovače je převést vstup AC na výstup DC.Střídavé napětí a proud toku střídavě, zatímco DC napětí a proudový průtok v konstantním směru.Diody v usměrňovači můstku umožňují proudění proudu pouze v jednom směru, čímž zajišťují tuto konverzi.

Zlepšená účinnost

Rektifikátor můstku používá pozitivní i negativní poloviční cykly střídavého výkonu.Toto duální využití zlepšuje účinnost ve srovnání s jednofázovým usměrňovačem.Výsledkem je hladší výstup DC s menším zvlnění.

Stabilní DC síla

Stabilní DC napájení je vhodné pro elektronická zařízení, napájecí zdroje a nabíječky baterií.Tento stabilní napájecí zdroj může poskytnout usměrňovač můstku kombinovaný s filtračními kondenzátory.

V ideálním případě lze výstupní napětí (průměrná hodnota) můstku vyjádřit jako

V_out = (2v_m)/π- (4v_f)/π

Kde V_MIS Vrcholné napětí vstupního střídavého výkonu a V_F je dopředný pokles napětí každé diody.

Příklad

Předpokládejme, že máme napájecí zdroj střídavého proudu se vstupním napětím 220 V (efektivní hodnota, RMS) a pro opravu použijeme můstkový usměrňovač.Pokles předního napětí diody je 0,7 V.

Vstupní podmínky ：

Vstupní napětí 220 V AC (RMS)

Vrcholné napětí V_M = 220 × √2 ≈311V

Dioda dopředu napětí v_f = 0,7 V

Vypočítejte výstup ：

Průměrné výstupní napětí V_AVG = (2 × 311)/π- (4 × 0,7)/π ≈198V

Tímto způsobem přeměňuje můstek napětí na napětí DC blízko 198V.Přestože stále existují určité výkyvy, výstup může být dále vyhladil pomocí vhodných filtračních zařízení, aby se poskytovalo stabilní napájecí zdroj DC.Po připojení filtračního obvodu je průměrné výstupní napětí přibližně 1,2násobek hodnoty RMS vstupního střídavého proudu, zatímco napětí zatížení otevřeného okruhu je asi 1,414krát vyšší hodnotu RMS.Tento výpočet pomáhá určit potřebné komponenty pro dosažení stabilního a hladkého výstupu DC ze vstupu AC.

Jak fungují kondenzátory jako filtry?

Filtrování odstraňuje nežádoucí signální vlny.Při filtrování s vysokým průvodem se signály s vyššími frekvencí snadno procházejí obvodem na výstup, zatímco nižší frekvenční signály jsou blokovány.AC obvody obsahují napětí nebo proudové signály různých frekvencí, ne všechny jsou nutné.Nežádoucí signály mohou způsobit rušení, které narušuje provoz obvodu.K odfiltrování těchto signálů se používají různé filtrační obvody, ve kterých hrají kondenzátory klíčovou roli.Ačkoli rektifikované signály nejsou signály AC, koncept je podobný.Kondenzátor se skládá ze dvou vodičů oddělených izolátorem.Ve filtrování obvodů ukládají kondenzátory energii pro snížení zvlnění střídavého proudu a zlepšení výstupu DC.

Obrázek 4: Schéma obvodu filtru s vysokým průchodem

Jak kondenzátory filtrují signály

Kondenzátory mohou ukládat poplatek a uvolnění.Když se napětí zvýší, kondenzátor se nabije;Když se napětí snižuje, kondenzátor se vypouští.Tato charakteristika vyhlazuje kolísání napětí.V obvodu usměrňovače, jako je usměrňovač můstku, není výstupní DC napětí hladké, ale pulzující.Připojení kondenzátoru filtru k výstupu může tyto pulzace vyhladit.

Obrázek 5: Rektifikátor můstku - modul diody plné vlny

• Pozitivní poloviční cyklus: Během pozitivního polovičního cyklu se napětí zvyšuje, což způsobuje nabíjení kondenzátoru.Uložená elektrická energie dosahuje své maximální hodnoty na vrcholu napětí.

• Negativní poloviční cyklus: Během negativního polovičního cyklu se napětí snižuje a kondenzátor se vypouští zatížením.Tento výboj poskytuje proud k zatížení, což zabraňuje prudkému poklesu výstupního napětí a vyhlazením průběhu.

Účinek nabíjení a vypouštění kondenzátoru vyhladí rektifikované výstupní napětí na konstantní úroveň stejnosměrného proudu, snižuje kolísání napětí a zvlnění.

Výběr správného kondenzátoru

Velikost kondenzátoru filtru přímo ovlivňuje efekt filtrování.Obecně řečeno, čím větší je hodnota kapacitance, tím lepší je efekt filtrování, protože velký kondenzátor může ukládat více náboje a poskytnout stabilnější napětí.Hodnota kapacitance však nemůže být příliš velká, jinak to povede k delší době spuštění obvodu, zvýšení objemu kondenzátoru a zvýšení nákladů.

Empirický vzorec pro výběr kondenzátorů filtru

C = i/(f × ΔV)

Kde C je hodnota kapacitance (Farad, F)

I je proud zatížení (amplere, a)

f je výkonná frekvence (Hertz, Hz)

ΔV je přípustné zvlnění výstupního napětí (Volt, V)

Role kondenzátorů filtru

Když se rektifikované napětí zvýší, napětí kondenzátoru filtru, což způsobuje postupné stoupání napětí.Když se usměrněné napětí snižuje, vypouští kondenzátor filtru a poskytuje stabilní proud a vyhlazuje výstupní napětí.Účinek nabití a vypouštění kondenzátoru filtru vyhladí rektifikované pulzující napětí a snižuje zvlnění a fluktuace napětí.Kondenzátory jsou účinné pro filtrování, protože umožňují procházet AC signály při blokování DC signálů.AC signály s vyššími frekvencemi procházejí snadněji skrz kondenzátory, s menším odporem, což má za následek nižší napětí přes kondenzátor.Naopak signály AC s nižšími frekvencemi čelí vyššímu odporu, což má za následek vyšší napětí napříč kondenzátorem.Pro DC kondenzátor působí jako otevřený obvod, proud je nulový a vstupní napětí se rovná napětí kondenzátoru.

Filtrování různých frekvencí v obvodech

Abychom pochopili, jak filtrační kondenzátory zvládnou různé frekvence, pojďme stručně diskutovat o rozšíření Fourierovy řady.Fourierova série rozkládá neinusoidní periodické signály do součtu sinusových signálů různých frekvencí.Například složitá periodická vlna může být rozložena na více sinusoidních vln různých frekvencí.

Obrázek 6: Pulzující vlna

V obvodu usměrňovače je výstupem pulzující vlna, kterou lze rozložit na sinusoidní složky různých frekvencí pomocí Fourierovy řady.Vysokofrekvenční komponenty procházejí přímo přes kondenzátor, zatímco nízkofrekvenční komponenty dosáhnou výstupu.

Obrázek 7: Schéma obvodu kondenzátoru

Čím větší je kondenzátor, tím plynulejší je výstupní průběh.Větší kondenzátory ukládají více náboje a poskytují stabilnější napětí.

Obrázek 8: Schéma filtrování kondenzátoru

V pulzující napěťové vlně, když napětí klesne pod napětí kondenzátoru, kondenzátor vypouští zátěž, čímž zabrání poklesu výstupního napětí na nulu.Toto nepřetržité nabíjení a vybíjení vyhladí výstupní napětí.

Filtrační obvody s vysokým průchodem a nízkým průchodem

Ve filtru s vysokým procházením jsou kondenzátor a rezistor připojeny v sérii.Vysokofrekvenční signály mají při průchodu kondenzátorem minimální pokles napětí, což má za následek větší proud a vyšší výstupní napětí přes rezistor.Nízkofrekvenční signály čelí většímu poklesu napětí přes kondenzátor, což má za následek minimální výstupní napětí.V filtru s nízkým průchodem blokuje kondenzátor vysokofrekvenční signály a umožňuje procházet pouze nízké frekvence.Vysokofrekvenční signály mají vysokou impedanci a minimální výstupní napětí, zatímco nízkofrekvenční signály mají nízkou impedanci a vyšší výstupní napětí.

Obrázek 9: Filtr filtru s vysokým a nízkým průchodem

Typy usměrňovačů můstků

Osměrné místy jsou klasifikovány na základě jejich konstrukce a aplikace.Zde jsou některé běžné typy:

Jednofázový můstkový usměrňovač

Jednofázový usměrňovač můstku je nejjednodušší formou a často se používá v malém napájecím zařízení.Má čtyři diody, které přeměňují jednofázové AC na pulzující DC.Během pozitivního polovičního cyklu AC se provádějí diody D1 a D2, zatímco D3 a D4 jsou vypnuté.Během negativního polovičního cyklu jsou provedeny D3 a D4 a D1 a D2 jsou vypnuté.To umožňuje, aby byly jak pozitivní i negativní poloviční cykly AC, na pozitivní DC.

Obrázek 10: Schéma průběhu vlny na jednofázové vlny s jednou fází

Třífázový usměrňovač můstku

Třífázové usměrňovače můstků se používají ve vyšších energetických aplikacích, jako jsou průmyslové vybavení a velké energetické systémy.Obsahují šest diod, které přeměňují třífázové AC na plynulejší DC.Během každého cyklu třífázového AC se provádějí různé kombinace diodů, což napravuje pozitivní a negativní poločasy na DC.Tato metoda poskytuje plynulejší výstup DC vhodný pro vysoké požadavky na výkon.

Obrázek 11: Třífázový můstek plně kontrolovaný obvod usměrňovače

Řízený můstkový usměrňovač

Rektifikátor řízeného můstku používá k regulaci výstupního napětí místo konvenční diody namísto konvenční diody.Řízením úhlu vedení SCR může být změněn průměrný DC výstup.Nastavení úhlu SCR palby řídí doba vedení v každém cyklu, čímž se úprava průměrného výstupního napětí DC.Tento typ se často používá v nastavitelných zdrojích napájení a řídicích systémech DC.

Vysokofrekvenční usměrňovač můstku

Vysokofrekvenční usměrňovače můstků se používají ve vysokofrekvenčních energetických systémech a obvykle používají rychlé zotavení k uspokojení potřeb přepínání napájecích zdrojů (SMPS).Diody rychlého zotavení mají krátkou dobu zpětného zotavení a mohou rychle reagovat na vysokofrekvenční přepínací operace, čímž se zlepšuje účinnost rektifikace a snižuje ztráty a hluk.

Monolitický můstkový usměrňovač

Monolitické můstkové usměrňovače integrují čtyři diody usměrňovačů do jediného čipu nebo modulu, zjednodušující návrh obvodu a používají se hlavně v malých elektronických zařízeních a napájecích adaptérech.Podobně jako standardní můstkový usměrňovač nabízí monolitická verze zvýšenou spolehlivost a snadnější instalaci, protože je integrována do jediného balíčku.

Plně kontrolovaný usměrňovač můstku

Plně kontrolovaný usměrňovač můstku používá namísto normální diody thyristorový usměrňovač (SCR).Každý prvek usměrňovače je kontrolovatelný, což umožňuje přesnou regulaci výstupního napětí a proudu.Změnou úhlu vodivosti SCR může být výstup usměrňovače přesně ovládán.Tento usměrňovač je ideální pro aplikace, které vyžadují řízení jemného napětí, jako jsou DC motorové jednotky a nastavitelné napájecí zdroje.Schopnost měnit úhel střelby SCR umožňuje přesné řízení výstupu.

Napůl kontrolovaný můstkový usměrňovač

Na půl kontrolovaný můstkový usměrňovač kombinuje tyristor (SCR) s normální diodou.Obvykle, v jednofázových aplikacích, jsou dva z protichůdných usměrňovacích prvků SCR, zatímco ostatní dva jsou diody.Toto nastavení poskytuje částečnou regulační schopnost.Zatímco pouze některé prvky jsou kontrolovatelné, poskytují omezenou regulaci za nižší náklady.Napůl kontrolované usměrňovače jsou vhodné pro systémy, které vyžadují částečnou kontrolu a nejsou nákladné, jako jsou malé motorové pohony a nastavitelné napájecí zdroje citlivé na náklady.

Nekontrolovaný usměrňovač můstku

Nekontrolovaný usměrňovač můstku používá pouze obyčejné diody a všechny prvky nápravy jsou nekontrolovatelné.Je to nejjednodušší a nejčastěji používaný můstek.Tento usměrňovač postrádá regulační schopnost, nemůže upravit výstupní napětí nebo proud a provádí pouze základní opravu.Je vhodný pro různá elektronická zařízení, která vyžadují stabilní napájecí zdroj DC, jako jsou napájecí adaptéry a nabíječky baterií.

Aplikace usměrňovačů můstků

Poskytování polarizovaného a stabilního napětí DC ve svařování

Ve svařovacím zařízení jsou usměrňovače můstků schopny poskytnout stabilní DC napětí.Tato stabilita umožňuje vysoce kvalitní svařování, protože napájení přímo ovlivňuje proces svařování.Usměrňovač přeměňuje střídavý výkon na výkon DC, snižuje fluktuace proudu a zajišťuje stabilní oblouk svařování, což zvyšuje sílu a kvalitu svařovaného kloubu.Tato stabilita minimalizuje vady svařování a zvyšuje celkovou přesnost, zejména při svařování oblouku.

Obrázek 12: Rektifikátory mostu používané ve svařovacím stroji

Další klíčovou funkcí usměrňovače můstku je zajistit polarizované DC napětí.To je zvláště důležité v profesionálních svařovacích operacích, jako je hliník nebo svařování z nerezové oceli, kde tvorba oxidových vrstev může ovlivnit kvalitu svaru.Polarizované napětí snižuje oxidaci a zajišťuje čistší svařovací povrch a silnější kloub.Kombinací usměrňovače můstku může svařovací zařízení poskytnout stabilnější a vysoce kvalitní proud, který zvyšuje celý proces svařování.

Pro další vyhlazení výstupu DC a snížení kolísání napětí se usměrňovače můstků často používají ve spojení s kondenzátory filtru a regulátory napětí.Kondenzátor filtru eliminuje vlnky a zvyšuje výstupní napětí plynulejší, zatímco regulátor napětí zajišťuje, že výstupní napětí je konstantní a chrání kvalitu svařování před napětím v ariat ionty.Tato kombinace zlepšuje stabilitu napájení svařování a prodlužuje životnost zařízení.

Vnitřní napájení

Moderní elektronická zařízení, včetně domácích zařízení, průmyslového ovládacího zařízení a komunikačního vybavení, vyžadují, aby správně fungovala stabilní zdroj energie DC.Osměrné místy přeměňují napájení střídavého proudu z mřížky na DC napájení vyžadované těmito zařízeními a většina elektronických komponent a obvodů se spoléhá na DC napájení.

V usměrňovači můstku tvoří čtyři diody můstkový obvod, který převádí napájení střídavého proudu na pulzující DC výkon.Poté filtrační kondenzátor vyhladí výstup, snižuje fluktuace napětí a vytváří stabilnější zdroj napájení stejnosměrného proudu.U zařízení, která vyžadují přesný výkon, zajišťuje regulátor napětí (jako je lineární nebo přepínací regulátor) konstantní a přesné výstupní napětí.Toto nastavení zlepšuje spolehlivost a životnost zařízení tím, že zabrání poškození způsobenému kolísáním napětí.

V domácnostních zařízeních se usměrňovače mostů používají ve vnitřních modulech zařízení, jako jsou televize, zvukové systémy a počítače.Například v napájení televizoru převádí můstkový usměrňovač střídavého proudu na DC napájení, který se poté filtruje a stabilizuje před distribucí do televizního obvodu.Tím je zajištěno, že napětí zůstává stabilní navzdory kolísáním vnějšího napájení, čímž se udržuje kvalita obrazu a zvuku.

Průmyslové ovládací zařízení má vyšší požadavky na stabilitu napájení v důsledku komplexního provozního prostředí.Osměrné místy v těchto zařízeních poskytují stabilní DC výkon a zlepšují bezpečnost a spolehlivost systému prostřednictvím ochranných obvodů, jako je přepětí a nadproudová ochrana.Například v programovatelných logických regulátorech (PLC) mohou usměrňovače můstků fungovat stabilně za různých podmínek.

V komunikačních zařízeních, jako jsou směrovače a spínače, mohou usměrňovače můstků poskytnout vysokou stabilitu a sílu s nízkým šumem.Tím je zajištěno spolehlivé přenos signálu a hladké provoz zařízení.Převedením AC na DC a přijetím efektivní regulace filtrování a napětí podporují usměrňovače můstku spolehlivý výkon komunikačního zařízení ve složitých síťových prostředích.

Uvnitř nabíječky baterie

Mostský usměrňovač převádí napájení střídavého proudu na stabilní napájení DC potřebného pro nabíjení baterie v nabíječce baterie.Se vzestupem přenosných zařízení a elektrických vozidel se spolehlivé nabíječky baterií staly zásadními.Usměrňovač zajišťuje, že nabíječka poskytuje konstantní proud a napětí, které splňuje specifické potřeby různých typů baterií.Tento stabilní zdroj energie umožňuje efektivní nabíjení a prodlouženou výdrž baterie.

Rektifikátor můstku obvykle sestává ze čtyř diod tvořících můstkový obvod.Převádí pozitivní a negativní poloviční cykly střídavého výkonu na pulzující DC výkon.Ačkoli tato pulzující DC síla splňuje základní požadavky, stále kolísá.Proto nabíječky baterií obvykle obsahují filtrační kondenzátory pro vyhlazení napětí a zajištění stabilnějšího výstupu.

Různé baterie vyžadují konkrétní nabíjecí napětí a proudy.Osměrné místy můstku jsou kombinovány s jinými moduly obvodu, aby tyto potřeby vyhovovaly.Například lithiové baterie vyžadují přesné napětí a řízení proudu, aby se zabránilo přebíjení a nadměrnému vysílání.Usměrňovač integruje režimy nabíjení konstantního proudu a konstantního napětí a spolupracuje s řídicím obvodem nabíjení, aby poskytoval přesné napětí a proud pro optimalizaci procesu nabíjení.

Kromě konverze energie mohou usměrňovače můstků chránit také nabíječky baterií.Napětí napájení může dojít k momentálnímu přepětí nebo přepětí, které může poškodit baterii a nabíječku.Usměrňovač tvoří efektivní mechanismus ochrany spolu s ochrannými složkami, jako jsou varistory a pojistky.Když vstupní napětí překročí bezpečnou úroveň, ochranný obvod rychle odřízne napájení nebo odvrátí přebytečný proud, aby chránil baterii a nabíječku.

Osměrné prostředky na můstky se používají nejen v nabíječkách pro malá zařízení, ale také ve vysoce výkonných systémech nabíjení elektrických vozidel.Tyto systémy dokážou zvládnout vyšší výkon a proud a usměrňovače zajišťují bezpečné a efektivní nabíjení s jejich spolehlivým výkonem.Efektivní technologie rektifikace a regulace napětí umožňuje rychlé nabíjení a prodloužení výdrže baterie elektrických vozidel.

Uvnitř větrné turbíny

Ve větrné turbíně přeměňuje usměrňovač můstku střídavou energii generovanou větrem na DC sílu.Tento DC napájení je základem pro následnou přeměnu a skladování energie.Větrné turbíny vytvářejí elektřinu prostřednictvím různých rychlostí větru a vytvářejí nestabilní střídavé energie.Usměrňovač účinně převádí tento kolísavý střídavý výkon na stabilnější DC výkon, který lze snadno ukládat nebo převést na střídavý výkon kompatibilní s mřížkou.

Obrázek 13: Rektifikátory mostu používané ve větrných turbínách

Generátory větrné turbíny obvykle vytvářejí třífázový střídavý výkon, který je poté přeměněn na DC napájení můstkovým usměrňovačem.Tato konverze stabilizuje výkon a snižuje dopad kolísání napětí.Rektifikovaný DC napájení lze použít přímo v systému skladování baterií nebo převést na napájení střídavého střídače pro optimalizaci využití výroby větrné energie.

Uvnitř větrné turbíny tvoří usměrňovač můstku, filtrační obvod a ochranný obvod komplexní systém přeměny a řízení energie.Filtrační obvod vyhladí rektifikovaný DC napájení, snižuje kolísání napětí a vlnky a dosahuje stabilního výstupu.Ochranný obvod zabraňuje přepětí a nadproudovému poškození a zajišťuje bezpečnost a spolehlivost systému.

Vzhledem k tvrdým podmínkám prostředí, jako jsou offshore nebo hornaté oblasti, vyžadují systémy výroby větrné energie vysokou spolehlivost a trvanlivost.Osměrné místy můstku musí odolat takovým podmínkám, aby zajistily dlouhodobý provoz.Vysoce kvalitní materiály a pokročilé výrobní procesy zlepšují trvanlivost a stabilitu modulů usměrňovače, zlepšují účinnost systému, snižují náklady na údržbu a prodlužují životnost vybavení.

Aplikace můstkových usměrňovačů ve větrných turbínách umožňuje efektivní přeměnu a řízení energie.Tyto usměrňovače zlepšují účinnost přeměny energie a kvalitu energie, podporují rozvoj obnovitelné energie a snižují závislost na fosilních palivech.Vzhledem k tomu, že čisté zdroje energie, jako je větrná energie, se stávají nedílnou součástí globálního energetického mixu, v této transformaci hrají klíčovou roli můstkové usměrňovače.

Detekce amplitudy modulovaného signálu

V elektronických komunikačních systémech je nutné detekovat amplitudu modulovaného signálu.Tento proces je obzvláště důležitý v komunikaci a zpracování zvukového signálu RADE (RF).Rektifikátory můstku převádějí AC signály na DC signály, což usnadňuje detekci amplitudy a přesnější.Převedením komplexních střídavých signálů na měřitelné DC napětí umožňují usměrňovače přesnou detekci amplitudy.

Složený ze čtyř diod v můstkovém obvodu, můstkový usměrňovač zpracovává jak pozitivní, tak negativní poloviční cykly AC a vytváří plynulejší a stabilnější výstup DC.Rektifikované napětí DC je úměrné amplitudě původního signálu, což umožňuje přesné měření amplitudy modulovaného signálu.

Mostské usměrňovače jsou nezbytné v obvodech detekce amplitudy v RF přijímacích a vysílacích.Tyto obvody monitorují sílu signálu v reálném čase a umožňují nezbytné úpravy pro stabilní a vysoce kvalitní přenos signálu.Jsou také běžné u zvukových zařízení, jako jsou zesilovače a obvody pro řízení hlasitosti, kde detekce amplitudy zvukového signálu umožňuje dynamické úpravy objemu pro zlepšený poslech.

Pro zlepšení přesnosti detekce amplitudy jsou usměrňovače můstků často spárovány s filtrací a amplifikačními obvody.Filtrační obvod vyhlazuje rektifikovaný DC signál odstraněním vlnky, zatímco obvod zesilovače zvyšuje amplitudu signálu, čímž se zlepšuje citlivost a přesnost detekce.Tato kombinace pracuje s řadou modulačních signálů a frekvencí a poskytuje spolehlivou technickou podporu mnoha aplikacím.

Kromě komunikačních a zvukových zařízení se v radarových systémech používají také můstkové usměrňovače k ​​detekci amplitudy echo signálu, což pomáhá určit vzdálenost a velikost cíle.V lékařském vybavení pomáhají detekovat amplitudu signálů elektrokardiogramu (EKG) a poskytují cenné údaje pro diagnostiku onemocnění.

Převod vysokého střídavého proudu na nízké stejnosměrné napětí

Osměrné prostředky na mosty se široce používají v energetické elektronice k přeměně vysokého napětí střídavého proudu na nízké stejnosměrné napětí pro aplikace, jako jsou napájecí adaptéry, průmyslové vybavení a různá elektronická zařízení.Osměrné prostředky zajišťují spolehlivou provoz zařízení, která vyžadují nízkonapěťové DC napájení účinným převodem vysokopěťového střídavého proudu od hlavního napájení.

Most usměrňovač pracuje pomocí čtyř diod k vytvoření můstkového obvodu k napravení dvou polovičních cyklů vstupního střídavého výkonu a převedení na pulzující DC výkon.Ačkoli tato pulzující DC síla obsahuje určité zvlnění, následné filtrování a regulace napětí vytváří stabilní nízkonapěťový výkon stejnosměrného napětí.Kondenzátory filtru vyhladí kolísání napětí, zatímco regulátory napětí zajišťují přesné výstupní napětí, což zaručuje konzistentní výkon zařízení.

Osměrné místy můstku provádějí nejen přeměnu napětí, ale také chrání obvody.Například v průmyslovém vybavení se může vysoký napětí AC setkat s přepětím, když je převedeno na nízkonapěťové DC.Kombinace usměrňovačů s obvody a pojistkami na ochranu přepětí zajišťuje bezpečnost zařízení.Pokud vstupní napětí překročí bezpečnou úroveň, ochranný obvod rychle odřízne napájení nebo omezí proud, aby se zabránilo poškození.

V energetických adaptérech jsou usměrňovače můstků nezbytnými součástmi.Například nabíječky mobilních telefonů používají můstkové usměrňovače k ​​přeměně 220V AC na DC, který se poté filtruje a zmizí, aby pro nabíjení vydal stabilní 5V nebo 9V DC.Tento proces zajišťuje bezpečné a efektivní nabíjení a prodlužuje výdrž baterie.

Průmyslové vybavení často vyžaduje nízkonapěťové DC napájecí zdroje k napájení vnitřních obvodů a řídicích systémů.Rektifikátory můstků převádějí vysoce napěťové průmyslové střídavé střídavé proudy na vhodný nízkonapěťový DC, aby se zajistilo normální provoz zařízení, jako jsou stroje CNC a systémy řízení motorů.Oddivo a účinnost tepla jsou výzvy při přeměně vysokopěťového střídavého proudu na nízkonapěťové DC.Protože rektifikace generuje teplo, usměrňovače můstku jsou často vybaveny chladicími dřezy nebo jsou vyrobeny z vysoce účinných polovodičových materiálů pro zlepšení výkonu a trvanlivosti.

Usměrňovač můstku vs.

Mostské usměrňovače a usměrňovače napůl vln jsou běžné typy usměrňovačů, ale velmi se liší ve stavebnictví, výkonu a aplikacích.Porozumění těmto rozdílům vám může pomoci vybrat nejvhodnější řešení rektifikace pro různé aplikace.

Rektifikátor můstku

Rektifikátor můstku je efektivnější, protože přeměňuje napájení v celém cyklu střídavého proudu.Využívá čtyři diody uspořádané v konfiguraci můstku, což jí umožňuje zvládnout pozitivní i negativní poloviční cykly vstupu AC.Protože se používá celé vstupní napětí, je výstupní napětí vyšší.Když připojíte usměrňovač můstku, můžete si okamžitě všimnout jeho účinnosti.Výstupní napětí je plynulejší a vyšší než u opětovného na půl vlny.Tato účinnost je důvod, proč se usměrňovače mostu používají ve vysoce výkonných zdrojích napájení, jako jsou napájecí adaptéry, svařovací zařízení a průmyslové kontrolní systémy.Stabilní výstup DC je ideální pro aplikace, které vyžadují stabilní výkon.

Osměrné poloviční vlny

Osměrné poloviční vlny je jednodušší a pro základní rektifikaci vyžaduje pouze jednu diodu.Probíhá pouze během pozitivního polovičního cyklu vstupu AC, což umožňuje průchodu proudu pouze během tohoto období.Negativní poločas je blokován, což má za následek pulzující DC výstup, který obsahuje pouze pozitivní proud polovičního cyklu.Při použití usměrňovače na půl vlny si všimnete jeho jednoduchosti.Je snadné nastavit, ale výstup je méně efektivní, s nižším napětím a větším zvlněním.Díky tomu je vhodný pro zařízení s nízkým výkonem, která nevyžadují vysokou kvalitu výkonu, jako jsou jednoduché nabíječky a obvody pro zpracování signálu s nízkým výkonem.

Srovnání a aplikace

Účinnost a stabilita: Mostské usměrňovače nabízejí vyšší efektivitu a stabilitu.Využívají celý cyklus střídavého proudu, což má za následek plynulejší výstup DC s minimálním zvlněním.Při spárování s filtračním obvodem se zvlnění ve výstupním napětí dále sníží a poskytuje stabilní a hladké napětí stejnosměrného proudu.Díky tomu jsou vhodné pro aplikace, které vyžadují vysokou kvalitu energie.

Složitost a náklady: Mostské usměrňovače jsou ve výstavbě složitější a vyžadují čtyři diody.Pokroky v elektronice však snížily náklady a velikost těchto komponent, čímž se usnadnily usměrňovače můstků.

Jednoduchost a nákladová efektivita: Osmíváře poloviční vlny jsou jednoduché ve stavebnictví a nízkých nákladech, což je činí výhodné pro aplikace, kde vysoká kvalita energie není důležitá.Jsou ideální pro malé, nízkoenergetické obvody, jako jsou obvody v přenosných zařízeních nebo levnou elektroniku.Přestože mají nižší účinnost a větší kolísání napětí, jejich jednoduchost z nich činí cenově dostupnou volbu pro některá použití.

Výběr správného usměrňovače

Výběr mezi usměrňovačem můstku a usměrňovačem poloviční vlny závisí na specifických požadavcích aplikace.Pro vysokou účinnost a stabilní výstup je nejlepší volbou můstkový usměrňovač.Pro jednoduchost a nízké náklady, zejména v aplikacích s nízkým výkonem, může být vhodnější usměrňovač půl vlny.

Porovnání můstkových usměrňovačů a přepínačů AC

Rektifikátory můstků a přepínače AC hrají v energetické elektronice různé role.Rektifikátory můstku převádějí střídavý proud (AC) na přímý proud (DC), zatímco AC přepínače řídí stav on-off obvodu střídavého proudu.Porozumění jejich funkcím a aplikacím pomáhá efektivně navrhovat a používat elektronická zařízení.

Rektifikátor můstku

Rektifikátor můstku přeměňuje kladné a negativní poloviční cykly AC na DC.Toho je dosaženo pomocí čtyř diod, které provádějí střídavě, a zajišťuje, že proud AC protéká v jednom směru, což má za následek pulzující DC výstup.Při použití usměrňovačů můstku si všimnete, jak efektivně převádějí AC na DC během celého cyklu.Výstupní napětí je vyšší a plynulejší, zejména v kombinaci s kondenzátory filtru a regulátory napětí, které mohou snížit fluktuace a poskytnout stabilní DC.Díky těmto charakteristikám jsou usměrňovače můstků ideální pro adaptéry napájení, svařovací zařízení a průmyslové řídicí systémy, kde je vyžadováno stabilní a spolehlivé napájení.

AC přepínače

Přepínače AC používají elektronické spínací prvky, jako jsou tyristory, obousměrné tyristory nebo relay v pevném stavu, aby se řídila vedení a odpojení střídavých obvodů.U AC Switchs zjistíte, že reagují rychle, mají dlouhou životnost a jsou vysoce spolehlivé.Mohou fungovat na vysokých frekvencích, což je činí vhodnými pro aplikace, které vyžadují časté přepínání, jako jsou domácí spotřebiče, osvětlovací systémy a kontrola průmyslové automatizace.Efektivně řídí distribuci energie a zajišťují, aby systémy fungovaly bezpečně a efektivně.

Kombinované aplikace

V některých systémech se pro komplexní řízení a řízení energie používají můstkové usměrňovače a střídavé spínače.Například v systému nepřerušitelného napájení (UPS) převádí usměrňovač můstku vstupní střídavý výkon na DC napájení pro skladování baterií a používání střídače.Přepínač AC řídí přepínání napájení a zajišťuje nepřetržitý výkon během hlavního selhání napájení rychlým přepnutím na zdroj zálohování.Tato kombinace využívá silné stránky obou složek, aby poskytovaly stabilní a spolehlivé energetické řešení.

Úvahy o návrhu

Navrhování a výběr usměrňovače můstku a přepínač AC zahrnuje různé faktory.U usměrňovače můstku zvažte vstupní napětí a specifikace proudu, účinnost rektifikace, tepelnou správu a fyzickou velikost.U AC spínačů věnujte pozornost napětí a proudovým hodnocením, rychlosti přepínání, robustní a elektromagnetické kompatibilitě.Inženýři musí vybrat správné komponenty na základě specifických požadavků na aplikaci, aby dosáhli optimálního výkonu a spolehlivosti.

Závěr

Osměrné látky mají velký význam v elektronických a energetických systémech.Ať už se jedná o poloviční vlnový usměrňovač, usměrňovač plné vlny nebo můstek, všichni hrají klíčovou roli v různých aplikačních scénářích.Osměrné místy se široce používají ve vysoce výkonných napájecích zdrojích, svařovacích zařízeních a průmyslových kontrolních systémech díky jejich vysoké účinnosti a stabilitě.Osměrné prostředky napůl vlny jsou vhodné pro elektronická zařízení s nízkým výkonem kvůli jejich jednoduché struktuře a nízkým nákladům.Při navrhování a výběru usměrňovačů musí inženýři komplexně zvážit faktory, jako je vstupní napětí, proudové specifikace, účinnost nápravy a tepelné řízení podle specifických požadavků na aplikaci, aby se zajistila optimální výkon a spolehlivost.Vývoj a použití usměrňovačů nejen zvyšuje účinnost a stabilitu elektronického zařízení, ale také podporuje technologický pokrok a průmyslovou modernizaci.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Jaké jsou výhody můstkového usměrňovače?

Vysoká účinnost: Rektifikátory můstků převádějí obě poloviny AC cyklus na DC, což je činí efektivnější než usměrňovače napůl vln, které používají pouze polovinu AC cyklu.To znamená, že méně energie je zbytečná a do zátěže se dodává více energie.

Vyšší výstupní napětí: Protože usměrňovače můstku používají plný průběh střídavého proudu, výsledné výstupní napětí stejnosměrného proudu je vyšší ve srovnání s usměrňovači poloviční vlny.To vede k robustnějšímu napájení.

Snížená zvlnění: Proces rektifikace plné vlny vytváří plynulejší DC výstup s menším zvlnění (fluktuace) ve srovnání s rektifikací poloviční vlny.Tento plynulejší výstup je zásadní pro citlivá elektronická zařízení.

Spolehlivé a odolné: Použití čtyř diod v konfiguraci můstku poskytuje lepší spolehlivost a trvanlivost.I když jedna dioda selže, obvod může stále fungovat, i když se sníženou účinností.

Není potřeba transformátoru s středovým poklepáním: na rozdíl od usměrňovačů plné vln, které vyžadují transformátor s klepnutím, to můstkové usměrňovače to nepotřebují, což design zjednoduší a často levnější.

2. Proč se používají čtyři diody v můstcích?

Rektifikace plné vlny: Primárním důvodem pro použití čtyř diod je dosažení rektifikace plné vlny.To znamená, že se používají jak pozitivní i negativní poloviny střídavého cyklu, což zvyšuje účinnost a výstupní napětí usměrňovače.

Řízení směru: Diody jsou uspořádány v konfiguraci můstku, která řídí tok proudu.Během pozitivního polovičního cyklu vstupu střídavého proudu dvě diody provádějí a umožňují proudu procházet zátěží v jednom směru.Během negativního polovičního cyklu provádějí další dvě diody, ale stále směřují proud zatížením stejným směrem.Tím je zajištěno konzistentní výstup DC.

Využití napětí: Použitím čtyř diod může usměrňovač můstku využívat celé AC napětí, maximalizovat účinnost přeměny energie.Každá dioda pár střídavě provádí a zajišťuje, že zatížení vždy vidí jednosměrný proud.

3. Jaké jsou nevýhody můstkových usměrňovačů?

Pokles napětí: Každá dioda v usměrňovači můstku zavádí malý pokles napětí (obvykle 0,7 V pro křemíkové diody).Se čtyřmi diodami to vede k celkovému poklesu napětí asi 1,4 V, což mírně sníží výstupní napětí.

Složitost: Obvod usměrňovače můstku je složitější než jednoduchý usměrňovač poloviční vlny, protože místo jednoho vyžaduje čtyři diody.To může zvýšit složitost návrhu a montáže obvodu.

Ztráta energie: Pokles napětí napříč diodami se také promítá do ztráty energie, což může být významné v aplikacích s vysokým proudem.To snižuje celkovou účinnost napájení.

Generování tepla: Ztráta energie v diorách vede k výrobě tepla, což může vyžadovat další opatření chlazení, jako jsou chladicí dřezy, aby se zabránilo přehřátí, zejména u vysoce výkonných aplikací.

4. Co se stane, když vložíte DC do usměrňovače můstku?

Žádná rektifikace: Rektifikátor můstku je navržen tak, aby přeměnil AC na DC tím, že umožňuje proudu procházet diodami v jednom směru.Pokud na vstup použijete DC, diody nebudou přepínat ani napravit proud, protože DC je již jednosměrné.

Pokles napětí: DC projde dvěma diodami najednou (jedna v každé noze můstku), což způsobí pokles napětí přibližně 1,4 V (0,7 V na diodu).To znamená, že napětí výstupního DC bude o něco nižší než vstupní DC napětí.

Generování tepla: proud procházející diodami bude generovat teplo v důsledku rozptylu energie (P = I²R).Toto teplo může být významné, pokud je vstupní proud vysoký, potenciálně poškozuje diody nebo vyžaduje měření rozptylu tepla.

Možné přetížení: Pokud je aplikované DC napětí výrazně vyšší než jmenovité napětí diody, může způsobit rozpad diody, což vede k selhání obvodu.Aby nedošlo k poškození, musí být dodržovány správné hodnocení napětí.