Typy střídavých usměrňovačů.

Ještě na začátku dvacátého století probíhal velmi zásadní spor mezi světovými osobnostmi elektrotechniky. Který proud je výhodnější přenášet ke spotřebiteli na velké vzdálenosti: stejnosměrný nebo střídavý? Vědeckou debatu vyhráli zastánci přenosu střídavého proudu vysokonapěťovým vedením z rozvodny ke spotřebiteli. Tento systém byl přijat po celém světě a stále se úspěšně používá.

Ale většina elektronických zařízení, nejen domácích, ale i průmyslových, je napájena stejnosměrným napětím, a to vedlo ke vzniku celého odvětví elektrotechniky – přeměny (usměrnění) střídavého proudu. Poté, co se zapomnělo na elektronku, stala se hlavním prvkem každého usměrňovače polovodičová dioda.

Návrh obvodu usměrňovačů je velmi rozsáhlý, ale nejjednodušší je půlvlnný usměrňovač.

Půlvlnný usměrňovač.

Napětí ze sekundárního vinutí výkonového transformátoru je přiváděno do jediné diody. Tady je schéma.

Proto se usměrňovač nazývá půlvlnný. Pouze narovnává jeden poloviční cyklus a výstupem je pulzní napětí. Jeho tvar je znázorněn na obrázku.

Obvod je jednoduchý a nevyžaduje velké množství prvků. To má vliv na kvalitu usměrněného napětí. Při nízkých frekvencích střídavého napětí (například jako v síti – 50 Hz) se usměrněné napětí ukazuje jako vysoce pulzující. A to je velmi špatné.

Aby se snížila hodnota zvlnění usměrněného napětí, je nutné vzít hodnotu kondenzátoru C1 velmi velkou, řádově 2000 – 5000 mikrofaradů, což zvyšuje velikost napájecího zdroje, protože elektrolyty pro 2000 – 5000 mikrofaradů jsou docela velké. Proto se při nízkých frekvencích tento obvod prakticky nepoužívá. Ale půlvlnné usměrňovače se dobře osvědčily ve spínaných zdrojích pracujících na frekvencích 10 – 15 kHz (kilohertz). Na takovýchto frekvencích může být kapacita filtru velmi malá a jednoduchost zapojení nemá tak silný vliv na kvalitu usměrněného napětí.

Příkladem použití půlvlnného usměrňovače může být jednoduchá nabíječka mobilního telefonu. Vzhledem k tomu, že samotná nabíječka je nízkopříkonová, využívá půlvlnný obvod, a to jak ve vstupním síťovém usměrňovači 220V (50Hz), tak ve výstupním usměrňovači, kde je potřeba usměrnit vysokofrekvenční střídavé napětí ze sekundárního vinutí vinutí. pulzní transformátor.

Mezi nepochybné výhody takového usměrňovače patří minimum dílů, nízká cena a jednoduchá obvodová řešení. V konvenčních (nespínaných) napájecích zdrojích již řadu desetiletí úspěšně fungují celovlnné usměrňovače.

Celovlnné usměrňovače.

Dodávají se ve dvou provedeních obvodů: středový usměrňovač a můstkový obvod známý jako Graetzův obvod. Usměrňovač se středovým bodem vyžaduje složitější výkonový transformátor, i když používá o polovinu méně diod než v můstkovém obvodu. Mezi nevýhody celovlnného usměrňovače se středovým bodem patří, že pro získání stejného napětí musí být počet závitů sekundárního vinutí transformátoru dvakrát větší než při použití můstkového zapojení. A to už není z hlediska spotřeby měděného drátu úplně ekonomické.

Následující obrázek ukazuje typické schéma celovlnný usměrňovač se středem.

Velikost zvlnění usměrněného napětí je menší než u půlvlnného usměrňovače a mnohem méně lze využít i velikost filtračního kondenzátoru. Na obrázku můžete jasně vidět, jak funguje celovlnný obvod.

Jak můžete vidět, na výstupu usměrňovače jsou již dvakrát menší „poklesy“ napětí – stejné vlnky.

Obvod usměrňovače se středem se aktivně používá ve výstupních usměrňovačích spínaných zdrojů pro PC. Protože sekundární vinutí vysokofrekvenčního transformátoru vyžaduje menší počet závitů měděného drátu, je mnohem efektivnější použít tento konkrétní obvod. Diody se používají ve dvojitých diodách, tzn. ty, které mají společné tělo a tři vývody (uvnitř dvě diody). Jeden z vývodů je společný (obvykle katoda). Vzhledově je duální dioda velmi podobná tranzistoru.

Největší oblibu si získal v domácím a průmyslovém vybavení. můstkový obvod. Podívejte se.

Bez nadsázky lze říci, že jde o nejběžnější schéma. V praxi se s ní setkáte nejednou. Obsahuje čtyři polovodičové diody a na výstupu je zpravidla instalován RC filtr nebo pouze elektrolytický kondenzátor pro vyhlazení zvlnění napětí.

Tento obvod již byl popsán na stránce o diodovém můstku. Stojí za zmínku, že můstkový obvod má také nevýhody. Jak víte, každá polovodičová dioda má takzvaný pokles napětí v propustném směru (Dopředný pokles napětí – V_F). U běžných usměrňovacích diod to může být 1 – 1,2 V (podle typu diody). Takže při použití můstkového obvodu na diodách se ztratí napětí rovné 2 x V_F, tj. asi 2 volty. To se děje proto, že 2 diody se podílejí na usměrnění jedné půlvlny střídavého proudu (pak další 2). Ukazuje se, že část napětí, které odebereme ze sekundárního vinutí transformátoru, se ztratí na diodovém můstku, a to jsou zjevné ztráty. Proto v některých případech Diodový můstek využívá Schottkyho diody, které mají nízký úbytek napětí v propustném směru (asi 0,5 voltu). Za úvahu však stojí, že Schottkyho dioda není určena pro vysoké zpětné napětí a je velmi citlivá na jeho přebytek.

Velkého zájmu zdvojovač napětí usměrňovač.

Usměrňovač pro zdvojení napětí.

Princip zdvojovače napětí Latour-Delon-Grenacher je založen na střídavém nabíjení-vybíjení kondenzátorů C1 a C2 s půlvlnami vstupního napětí různé polarity. V důsledku toho vzniká mezi katodou jedné diody a anodou druhé diody napětí dvojnásobek vstupního napětí. Schéma studia :)

Stojí za zmínku, že tento obvod se zřídka používá v napájecích zdrojích. Ale lze jej bezpečně použít, pokud je nutné zdvojnásobit napětí, které je odstraněno ze sekundárního vinutí transformátoru. Bude to logičtější a správnější řešení než převinutí sekundárního vinutí transformátoru, aby se výstupní napětí sekundárního vinutí zvýšilo 2krát (ostatně v tomto případě budete muset sekundární vinutí navinout dvojnásobným počtem zatáček). Takže pokud nemůžete najít vhodný transformátor, neváhejte použít tento obvod.

Vývojem obvodu bylo vytvoření násobiče na bázi polovodičových diod.

Násobič napětí.

Každá dioda a kondenzátor tvoří „spojku“ a tyto spoje lze zapojit do série pro získání napětí několika desítek kilovoltů. Samozřejmě k tomu musí být vstupní napětí také dostatečně velké.

Obrázek ukazuje čtyřtaktový multiplikátor a na výstupu dostaneme napětí čtyřikrát vyšší než na vstupu (U). Tyto usměrňovače se rozšířily tam, kde je potřeba získat vysoké napětí při docela nízkém proudu. Například vysokonapěťové zdroje ve starých televizorech a osciloskopech byly vyrobeny pomocí tohoto schématu pro napájení anody katodové trubice.

Nyní se takové zdroje energie používají ve vědeckých laboratořích, v detektorech částic, v lékařském vybavení (Čiževského lustr) a v sebeobranných zbraních (taser). Při opakování podobných návrhů a výběru dílů byste měli vzít v úvahu provozní napětí, jak diody, tak kondenzátory na základě napětí, které chcete získat. Celý multiplikátor je zpravidla vyplněn speciální směsí nebo epoxidovou pryskyřicí, aby se zabránilo vysokonapěťovým poruchám mezi prvky obvodu.

Pro normální provoz některých zařízení, jako je například Chizhevsky lustr, jsou vyžadována dostatečně vysoká napětí. Podle odborníků je negativní vzduchový iontový zářič účinný pouze při napětí alespoň 60 kilovoltů.

Třífázové usměrňovače.

Zařízení, která se používají k získávání stejnosměrného proudu z třífázového střídavého proudu, se nazývají třífázové usměrňovače. Třífázové usměrňovače se samozřejmě v domácích spotřebičích nepoužívají. Jediným zařízením, které lze použít v každodenním životě, je svařovací stroj. Vývoj dvou slavných elektrotechniků Mitkeviche a Larionova se používá jako třífázové usměrňovače. Nejjednodušší Mitkevichův obvod se nazývá „tříčtvrteční můstek paralelně“, což znamená tři výkonové diody zapojené paralelně přes sekundární vinutí třífázového transformátoru. Systém.

Koeficient zvlnění při zátěži je velmi malý, což umožňuje použití filtračních kondenzátorů malé kapacity a malých rozměrů.

Složitější je Larionovovo schéma, které se nazývá „tři poloviční můstky paralelně“, což je z obrázku jasně viditelné.

Obvod již používá šest diod a trochu jiný spínací obvod. Obecně existuje poměrně mnoho obvodů třífázových usměrňovačů a nejpokročilejší, i když zřídka používaný, je obvod „šest paralelních můstků“, což je již 24 diod! Ale tento obvod může produkovat vysoké napětí při vysokém výkonu.

Třífázové výkonné usměrňovače se používají v elektrických lokomotivách, městské elektrické dopravě (tramvaje, trolejbusy, metro) a v průmyslových zařízeních pro elektrolýzu. Také průmyslové systémy pro čištění plynných směsí, vrtací a svařovací zařízení používají třífázové usměrňovače.

Nyní víte, jaké typy střídavých usměrňovačů existují, a můžete je snadno najít na schématu zapojení nebo na desce plošných spojů jakéhokoli zařízení. A pro ty, kteří se chtějí dozvědět více, doporučujeme přečíst si knihu „Semiconductor Rectifiers“.