Какво е мостов изправител: електрическа схема и неговата работа

Какво е мостов изправител: електрическа схема и неговата работа

Изправителната верига се използва за преобразуване на променлив ток (променлив ток) в постоянен (постоянен ток). Изправителите се класифицират главно в три типа, а именно полувълнови, пълновълнови и мостови токоизправители. Основната функция на всички тези токоизправители е същата като преобразуването на ток, но те не преобразуват ефективно тока от променлив ток в постоянен. Пълно вълновият изправител, както и мостовият токоизправител, преобразува ефективно. Мостовата токоизправителна верига е обща част от електронните захранвания. Много електронни схеми изискват коригиран DC захранване за захранване на различните електронни основни компоненти от наличните мрежови захранвания. Можем да намерим този токоизправител в голямо разнообразие от електронни Устройства с променлив ток като домакински уреди , моторни контролери, процес на модулация, приложения за заваряване и др. Тази статия разглежда общ преглед на мостовия токоизправител и неговата работа.



Какво е мостов изправител?

Мостовият токоизправител е преобразувател на променлив ток (променлив ток) в постоянен ток (постоянен ток), който коригира мрежовия вход за променлив ток към изхода за постоянен ток. Мостовите токоизправители се използват широко в захранващи устройства, които осигуряват необходимото постояннотоково напрежение за електронните компоненти или устройства. Те могат да бъдат конструирани с четири или повече диода или всякакви други контролирани полупроводникови превключватели.


Мостов токоизправител

Мостов токоизправител





В зависимост от изискванията на тока на натоварване се избира подходящ мостов токоизправител. Класификациите и спецификациите на компонентите, напрежението на повреда, температурните диапазони, преходния ток, номиналния ток, изискванията за монтаж и други съображения се вземат предвид при избора на токоизправител за подходящо приложение на електронна схема.

Строителство

Конструкцията на мостовия токоизправител е показана по-долу. Тази схема може да бъде проектирана с четири диода, а именно D1, D2, D3 и D4, заедно с резистор за натоварване (RL). Свързването на тези диоди може да се извърши по модел със затворен цикъл, за да се преобразува ефективно AC (променлив ток) в DC (постоянен ток). Основното предимство на този дизайн е липсата на ексклузивен трансформатор с централно подслушване. Така размерът, както и разходите, ще бъдат намалени.



След като входният сигнал се приложи през двата терминала като A & B, тогава o / p DC сигналът може да бъде получен през RL. Тук натоварващият резистор е свързан между два терминала като C & D. Подреждането на два диода може да бъде направено по такъв начин, че електричеството да се провежда от два диода през всеки полупериод. Двойките диоди като D1 и D3 ще провеждат електрически ток през целия положителен половин цикъл. По същия начин диодите D2 и D4 ще провеждат електрически ток през отрицателен полупериод.

Схема на мостовия токоизправител

Основното предимство на мостовия токоизправител е, че той произвежда почти двойно изходно напрежение, както в случая на изправител с пълна вълна, използващ трансформатор с централен отвор. Но тази схема не се нуждае от централен трансформатор, така че прилича на евтин токоизправител.


Схемата на мостовия токоизправител се състои от различни етапи на устройства като трансформатор, диоден мост, филтриране и регулатори. По принцип всички тези комбинации от блокове се наричат ​​a регулирано захранване с постоянен ток който захранва различни електронни уреди.

Първият етап на веригата е трансформатор, който е понижаващ тип, който променя амплитудата на входното напрежение. Повечето от електронни проекти използвайте трансформатор 230 / 12V, за да намалите захранването от променлив ток 230V до 12V.

Схема на мостовия токоизправител

Схема на мостовия токоизправител

Следващият етап е диодно-мостов токоизправител, който използва четири или повече диода в зависимост от вида на мостовия токоизправител. Изборът на определен диод или друго комутационно устройство за съответния токоизправител се нуждае от някои съображения на устройството като пиково обратно напрежение (PIV), преден ток Ако, номинални напрежения и др. Той е отговорен за производството на еднопосочен или постоянен ток при товара чрез провеждане набор от диоди за всеки половин цикъл на входния сигнал.

Тъй като изходът след диодните мостови токоизправители е от пулсиращ характер и за да се произведе като чисто DC, е необходимо филтриране. Филтрирането обикновено се извършва с един или повече кондензатори, прикрепени през натоварването, както можете да видите на фигурата по-долу, при което се извършва изглаждане на вълната. Този рейтинг на кондензатора също зависи от изходното напрежение.

Последният етап от това регулирано захранване с постоянен ток е регулатор на напрежение, който поддържа изходното напрежение на постоянно ниво. Да предположим, че микроконтролерът работи при 5V DC, но изходът след мостовия токоизправител е около 16V, така че за да се намали това напрежение и да се поддържа постоянно ниво - независимо от промяната на напрежението във входната страна - необходим е регулатор на напрежението.

Работа с мостов изправител

Както обсъдихме по-горе, еднофазен мостов изправител се състои от четири диода и тази конфигурация е свързана през товара. За да разберем принципа на работа на мостовия токоизправител, трябва да разгледаме схемата по-долу за демонстрационни цели.

По време на положителен половин цикъл на входните диоди с форма на променлив ток, D1 и D2 са пристрастни напред, а D3 и D4 са обратни. Когато напрежението, повече от прагово ниво на диодите D1 и D2, започва да провежда - токът на товара започва да тече през него, както е показано в пътя на червената линия на диаграмата по-долу.

Операция на веригата

Операция на веригата

По време на отрицателния полуцикъл на входната променлива форма на вълната диодите D3 и D4 са с пристрастие напред, а D1 и D2 са обърнати обратно. Токът на натоварване започва да тече през диодите D3 и D4, когато тези диоди започнат да провеждат, както е показано на фигурата.

Можем да забележим, че и в двата случая посоката на тока на натоварване е еднаква, т.е., нагоре надолу, както е показано на фигурата - толкова еднопосочна, което означава постоянен ток. По този начин, чрез използването на мостов токоизправител, входният променлив ток се преобразува в постоянен ток. Изходът при натоварването с този мостови токоизправител има пулсиращ характер, но произвеждането на чисто DC изисква допълнителен филтър като кондензатор. Същата операция е приложима за различни мостови токоизправители, но в случай на контролирани токоизправители тиристори задействащи е необходимо за задвижване на тока за натоварване.

Видове мостови токоизправители

Изправителите за булки се класифицират в няколко типа въз основа на тези фактори: вид на захранването, възможност за управление, конфигурации на веригата на булката и др. Мостовите токоизправители се класифицират главно в едно- и трифазни токоизправители. И двата типа са допълнително класифицирани в неконтролирани, полуконтролирани и напълно контролирани токоизправители. Някои от тези видове токоизправители са описани по-долу.

Еднофазни и трифазни токоизправители

Естеството на захранването, т.е. еднофазно или трифазно захранване решава тези токоизправители. Еднофазният мостов изправител се състои от четири диода за преобразуване на променлив ток в постоянен ток, докато a трифазен токоизправител използва шест диода , както е показано на фигурата. Те могат да бъдат отново неконтролирани или контролирани токоизправители в зависимост от компонентите на веригата като диоди, тиристори и т.н.

Еднофазни и трифазни токоизправители

Еднофазни и трифазни токоизправители

Неконтролирани мостови токоизправители

Този мостов токоизправител използва диоди за коригиране на входа, както е показано на фигурата. Тъй като диодът е еднопосочно устройство, което позволява потока на тока само в една посока. С тази конфигурация на диоди в токоизправителя, тя не позволява мощността да варира в зависимост от изискването за натоварване. Така че този тип токоизправител се използва в постоянни или фиксирани захранвания .

Неконтролирани мостови токоизправители

Неконтролирани мостови токоизправители

Контролиран мостов изправител

В този тип токоизправител, AC / DC преобразувател или токоизправител - вместо неконтролирани диоди, контролирани полупроводникови устройства като SCR, MOSFET, IGBT и др. Се използват за промяна на изходната мощност при различни напрежения. Чрез задействането на тези устройства в различни моменти, изходната мощност на товара се променя по подходящ начин.

Контролиран мостов изправител

Контролиран мостов изправител

Мостов IC токоизправител

Мостовият токоизправител като RB-156 IC конфигурация на пина е обсъден по-долу.

ПИН-1 (фаза / линия): Това е входен щифт за променлив ток, където свързването на фазовия проводник може да се извърши от захранването с променлив ток към този фазов щифт.

ПИН-2 (неутрален): Това е входният щифт за променлив ток, където свързването на нулевия проводник може да се осъществи от захранването с променлив ток към този неутрален щифт.

ПИН-3 (Положителен): Това е изходният щифт за постоянен ток, където положителното постояннотоково напрежение на токоизправителя се получава от този положителен щифт

ПИН-4 (Отрицателен / земя): Това е изходният щифт за постоянен ток, където земното напрежение на токоизправителя се получава от този отрицателен щифт

Спецификации

Подкатегориите на този мостов изправител RB-15 варират от RB15 до RB158. От тези токоизправители RB156 е най-често използваният. Спецификациите на мостовия токоизправител RB-156 включват следното.

  • O / p DC ток е 1,5A
  • Максималното пиково обратно напрежение е 800V
  • Изходно напрежение: (√2 × VRMS) - 2 волта
  • Максималното входно напрежение е 560V
  • Спадът на напрежението за всеки мост е 1V @ 1A
  • Токовият ток е 50А

Този RB-156 е най-често използваният компактен, евтин и еднофазен мостов токоизправител. Този IC има най-високото i / p променливо напрежение като 560V, поради което може да се използва за еднофазно захранване във всички страни. Най-високият постоянен ток на този токоизправител е 1,5А. Този IC е най-добрият избор в проектите за преобразуване на AC-DC и осигуряват до 1,5A.

Характеристики на мостовия токоизправител

Характеристиките на мостовия токоизправител включват следното

  • Пулсационен фактор
  • Пиково обратно напрежение (PIV)
  • Ефективност

Пулсационен фактор

Измерването на гладкостта на изходния DC сигнал с помощта на фактор се нарича фактор на пулсации. Тук плавен DC сигнал може да се разглежда като o / p DC сигнал, включващ няколко вълни, докато високо пулсиращ DC сигнал може да се разглежда като o / p, включително високи вълни. Математически може да се определи като част от напрежението на пулсации и чистото постояннотоково напрежение.

За мостов токоизправител коефициентът на пулсация може да бъде даден като

Γ = √ (Vrms2 / VDC) -1

Стойността на коефициента на пулсация на мостовия токоизправител е 0,48

PIV (пиково обратно напрежение)

Пиковото обратно напрежение или PIV може да се дефинира като най-високата стойност на напрежението, която идва от диода, когато е свързан в състояние на обратен отклонение през отрицателния полупериод. Мостовата схема включва четири диода като D1, D2, D3 и D4.

В положителния полуцикъл двата диода като D1 и D3 са в проводящо положение, докато двата D2 и D4 диода са в непроводящо положение. По същия начин, в отрицателния полуцикъл, диодите като D2 & D4 са в проводящо положение, докато диодите като D1 & D3 са в непроводящо положение.

Ефективност

Ефективността на токоизправителя главно решава колко способно токоизправителят да променя AC (променлив ток) в DC (постоянен ток). Ефективността на токоизправителя може да бъде дефинирана, тъй като е съотношението на DC o / p мощност и AC i / p мощност. Максималната ефективност на мостовия токоизправител е 81,2%.

η = DC o / p мощност / AC i / p мощност

Мостова изправителна вълна

От схемата на мостовия токоизправител можем да заключим, че потокът на ток през товарния резистор е равен през половин и положителен положителен и отрицателен цикъл. Полярността на o / p DC сигнала може да бъде или напълно положителна, иначе отрицателна. В този случай това е напълно положително. Когато посоката на диода е обърната, тогава може да се постигне пълно отрицателно постояннотоково напрежение.

Следователно, този токоизправител позволява протичане на ток през двата цикъла на положителен, както и отрицателен на i / p AC сигнал. Изходните форми на вълната на мостовия токоизправител са илюстрирани по-долу.

Защо се нарича Bridge Rectifier?

В сравнение с други токоизправители, това е най-ефективният тип токоизправителна верига. Това е тип изправител с пълна вълна, тъй като името подсказва, че този токоизправител използва четири диода, които са свързани във формата на мост. Така че този вид токоизправител се нарича мостов токоизправител.

Защо използваме 4 диода в мостовия токоизправител?

В мостовия токоизправител се използват четири диода за проектиране на веригата, която ще позволи поправка на пълни вълни, без да се използва трансформатор с централен отвор. Този токоизправител се използва главно за осигуряване на пълноволново коригиране в повечето приложения.

Подреждането на четири диода може да се извърши в рамките на затворен цикъл, за да се промени ефективно AC на DC. Основната полза от това споразумение е несъществуването на централния трансформатор, така че размерът и разходите ще бъдат намалени.

Предимства

Предимствата на мостовия токоизправител включват следното.

  • Ефективността на коригиране на изправител с пълна вълна е двойно по-голяма от тази на изправител с половин вълна.
  • По-високото изходно напрежение, по-висока изходна мощност и по-висок коефициент на използване на трансформатора в случай на изправител с пълна вълна.
  • Пулсационното напрежение е ниско и с по-висока честота, в случай на изправител с пълна вълна, така че е необходима проста филтрираща верига
  • Не е необходим централен кран във вторичния трансформатор, така че в случай на мостов токоизправител, необходимият трансформатор е по-опростен. Ако не се изисква засилване или намаляване на напрежението, трансформаторът може дори да бъде елиминиран.
  • За дадена изходна мощност може да се използва силов трансформатор с по-малък размер в случай на мостовия токоизправител, тъй като токът както в първичната, така и във вторичната намотка на захранващия трансформатор протича за целия цикъл на променлив ток.
  • Ефективността на коригиране е двойна в сравнение с полувълновия токоизправител
  • Той използва прости филтърни вериги за високочестотно и ниско пулсационно напрежение
  • TUF е по-висок в сравнение с централния токоизправител
  • Централният трансформатор на крана не е необходим

Недостатъци

Недостатъците на мостовия токоизправител включват следното.

  • Необходими са четири диода.
  • Използването на два допълнителни диода води до допълнителен спад на напрежението, като по този начин намалява изходното напрежение.
  • Този токоизправител се нуждае от четири диода, поради което цената на токоизправителя ще бъде висока.
  • Веригата не е подходяща, след като е необходимо да се коригира малко напрежение, тъй като, свързването на двата диода може да се извърши последователно и осигурява двоен спад на напрежението поради тяхното вътрешно съпротивление.
  • Тези вериги са много сложни
  • В сравнение с централния токоизправител, мостовият токоизправител има повече загуби на мощност.

Приложение - Преобразуване на променливотоковото захранване в постояннотоково с помощта на мостов токоизправител

Регулирано DC захранване често се изисква за много електронни приложения. Един от най-надеждните и удобни начини е да преобразувате наличното захранване от променлив ток в захранване с постоянен ток. Това преобразуване на AC сигнала в DC сигнал се извършва с помощта на токоизправител, който е система от диоди. Това може да бъде полувълнов токоизправител, който коригира само половината от променливотоковия сигнал или изправител с пълна вълна, който коригира и двата цикъла на променливотоковия сигнал. Изправителят с пълна вълна може да бъде токоизправител с централен отвор, състоящ се от два диода или мостов изправител, състоящ се от 4 диода.

Тук е демонстриран мостовият токоизправител. Разположението се състои от 4 диода, разположени така, че анодите на два съседни диода са свързани, за да дадат положително захранване на изхода, а катодите на другите два съседни диода са свързани, за да дадат отрицателното захранване на изхода. Анодът и катодът на другите два съседни диода са свързани към положителното на захранването с променлив ток, докато анодът и катодът на други два съседни диода са свързани към отрицателното на захранването с променлив ток. По този начин 4 диода са подредени в мостова конфигурация, така че във всеки полупериод два алтернативни диода провеждат, като произвеждат постояннотоково напрежение с отблъсквания.

Дадената верига се състои от мостова токоизправителна система, чийто нерегулиран DC изход се подава към електролитен кондензатор чрез ограничаващ тока резистор. Напрежението в кондензатора се контролира с помощта на волтметър и продължава да нараства, докато кондензаторът се зарежда, докато достигне границата на напрежението. Когато през кондензатора е свързан товар, кондензаторът се разрежда, за да осигури необходимия входен ток към товара. В този случай лампа е свързана като товар.

Регулирано захранване с постоянен ток

Регулираното захранване с постоянен ток се състои от следните компоненти:

  • Понижаващ трансформатор за преобразуване на високо напрежение в променлив ток с ниско напрежение.
  • Мостов токоизправител за преобразуване на AC в пулсиращ DC.
  • Филтърна верига, състояща се от кондензатор за премахване на пулсациите на променлив ток.
  • Регулатор IC 7805 за регулиране на постояннотоково напрежение от 5 V.

Понижаващият трансформатор преобразува мрежовото захранване от 230V в 12V AC. Този 12V AC се прилага към мостовия изправител, така че алтернативните диоди да провеждат за всеки половин цикъл, произвеждайки пулсиращо DC напрежение, състоящо се от AC пулсации. Кондензатор, свързан през изхода, позволява на AC сигнала да премине през него и блокира DC сигнала, като по този начин действа като високочестотен филтър. По този начин изходът през кондензатора е нерегулиран филтриран DC сигнал. Този изход може да се използва за шофиране електрически компоненти като релета, двигатели и др. Към изхода на филтъра е свързан регулатор IC 7805. Той дава постоянен регулиран изход от 5V, който може да се използва за подаване на вход към много електронни схеми и устройства като транзистори, микроконтролери и др. Тук 5V се използва за отклонение на светодиод през резистор.

Това е всичко за теория на мостовия токоизправител неговите видове, схема и принципи на работа. Надяваме се, че този полезен въпрос по тази тема ще бъде полезен при изграждането студентски електроника или електрически проекти както и при наблюдение на различни електронни устройства или уреди. Оценяваме вашето голямо внимание и се фокусираме върху тази статия. И затова, моля, пишете ни за избора на необходимите номинални характеристики на този мостов изправител за вашето приложение и за други технически указания.

Сега се надяваме, че имате представа за концепцията на мостовия токоизправител и неговите приложения, ако някакви допълнителни запитвания по тази тема или концепцията за електрическите и електронните проекти оставят коментарите в раздела по-долу.

Кредити за снимки: