Kompletny przewodnik po mostkach prostowniczych – budowa, działanie, zalety

Obecnie większość urządzeń elektrycznych ma mostek diodowy półprzewodnikowy jako transformator, który przekształca prąd zmienny ze źródła elektrycznego na prąd stały, który zasila jego obwody i komponenty. Te dyskretne elementy elektroniczne są powszechnie nazywane prostownikami i można je znaleźć we wszystkim, od sterowników silników i urządzeń gospodarstwa domowego po zastosowania spawalnicze.

Co to jest mostek prostowniczy

A mostek prostowniczy zamienia prąd przemienny na prąd stały i może być wykorzystywany w wielu zastosowaniach, takich jak zasilacze impulsowe i liniowe. Ponadto prostowniki mostkowe można znaleźć w urządzeniach takich jak sprzęt do spawania elektrycznego lub radia.

Typowy obwód prostownika mostkowego składa się z napięcia wejściowego AC, czterech diod i rezystora obciążenia podłączonego do dodatniego zacisku sygnału wyjściowego DC. Jak pokazano na rysunku 1, zmniejsza to napięcie wyjściowe poprzez zmniejszenie prądu płynącego przez każdą diodę, jak pokazano.

Maksymalna wydajność prostownika mostkowego jest określana przez stosunek mocy wyjściowej DC do mocy wejściowej AC. Może osiągnąć nawet 81,2%, chociaż w rzeczywistości ta wartość jest zazwyczaj znacznie niższa ze względu na spadki napięcia spowodowane przepływem prądu przez diody.

Budowa mostka prostowniczego

Prostownik pełnookresowy to wydajny przetwornik DC, który wykorzystuje cztery diody w obwodzie mostkowym do zamiany prądu przemiennego (AC) na prąd stały (DC). Główną zaletą tego typu obwodu jest to, że nie wymaga drogiego transformatora z odczepem środkowym, co znacznie zmniejsza zarówno jego rozmiar, jak i koszt.

Gdy sygnał AC jest przyłożony do mostka prostowniczego, diody D1 i D3 stają się spolaryzowane w kierunku przewodzenia, podczas gdy diody D2 i D4 stają się spolaryzowane w kierunku zaporowym. Powoduje to przepływ prądu obciążenia przez diody D2 i D3, co prowadzi do rezystancji RL na rezystorze obciążenia wyjściowego.

W ujemnym półcyklu diody D2 i D3 stają się spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a C i D4 w kierunku zaporowym. Powoduje to przepływ prądu przez diody C i D do wyjścia RL.

Napięcia wyjściowe prostownika mostkowego są impulsowe, więc aby uzyskać gładkie zasilanie prądem stałym, musimy je filtrować kondensatorem. Kondensator ładuje się, aż wyprostowane napięcie osiągnie szczyt, a następnie rozładowuje się do obwodu obciążenia, gdy jest niskie, aby wygładzić przebieg prostowania.

Rodzaje mostków prostowniczych

Mostki prostownicze to produkty modułów półprzewodnikowych, które zamieniają wejście AC na wyjście DC, które mogą być używane do zasilania urządzeń. Są powszechnie spotykane w urządzeniach i urządzeniach elektrycznych w miejscu pracy.

1. Jednofazowy

Jednofazowy mostek prostowniczy to powszechnie używany obwód prostownika używany w aplikacjach takich jak zasilacze impulsowe i liniowe. Wykorzystuje cztery diody (D1, D2, D3 i D4) wraz z rezystorem obciążeniowym (RL) do wydajnej konwersji prądu przemiennego na prąd stały.

Proces prostowania zależy od polaryzacji wejściowego przebiegu prądu przemiennego. Gdy w tym sygnale pojawia się dodatnia połowa cyklu, diody D1 i D3 stają się spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a diody D2 i D4 stają się spolaryzowane w kierunku zaporowym. W rezultacie prąd zaczyna płynąć przez zwartą ścieżkę D3 i D4..

2. Trójfazowy

Urządzenie to służy do przetwarzania trójfazowego napięcia przemiennego na stałe. Składa się z sześciu diod i stanowi ekonomiczne rozwiązanie do prostowania napięcia przemiennego na stałe bez konieczności stosowania transformatora z odczepem środkowym. 

Prostowniki trójfazowe oferują większą wydajność prostowania w porównaniu do prostowników jednofazowych, ponieważ ich prąd wyjściowy jest niższy i do wytworzenia prądu stałego wymagana jest mniejsza składowa prądu przemiennego.

Trójfazowy mostek prostowniczy to popularne rozwiązanie służące do przetwarzania prądu przemiennego na stały prąd stały, ale wymaga kosztownych radiatorów i aktywnych rozwiązań chłodzących, które zwiększają jego rozmiar i złożoność.

3. Zmienna faza

Mostki prostownicze o zmiennej fazie (VPBR) to przetworniki mocy elektrycznej, które przekształcają napięcie wejściowe AC na napięcie wyjściowe DC. Są powszechnie spotykane w systemach pracujących na wysokich częstotliwościach, takich jak samoloty.

Te obwody mają wiele zastosowań, takich jak zasilanie silników, napędów elektrycznych, oświetlenia i innych urządzeń elektronicznych. Obwód prostowniczy w tych urządzeniach jest zwykle konstruowany przy użyciu diod.

Zastosowania mostka prostowniczego

Mostek prostowniczy znajduje zastosowanie w wielu urządzeniach elektronicznych zasilanych prądem przemiennym, takich jak sprzęt AGD, sterowniki silników, procesy modulacji i procesy spawania.

Mostek prostowniczy to wydajna konfiguracja czterech diod zaprojektowana do wydajnej konwersji prądu przemiennego na prąd stały. Główną zaletą stosowania mostka prostowniczego jest brak konieczności stosowania transformatora z odczepem środkowym, co zmniejsza rozmiar i koszt urządzenia.

Mostki prostownicze działają poprzez przepuszczanie przez nie napięcia AC zarówno w dodatnich, jak i ujemnych półcyklach. Powoduje to przepływ prądu przez rezystor obciążenia RL w podobnych ilościach podczas tych dwóch cykli, wytwarzając napięcie DC na zaciskach D i C.

Zasada działania mostka prostowniczego

Układ prostownika mostkowego składa się z czterech diod D1, D2, D3 i rezystora obciążającego RL podłączonego między zaciski A i B. Taka konfiguracja skutecznie przetwarza sygnały AC (prądu stałego) bez konieczności stosowania transformatora z odczepem środkowym.

Gdy wejściowy sygnał AC jest podawany przez mostek prostowniczy, zacisk A staje się dodatni, a zacisk B ujemny w ciągu połowy cyklu. W związku z tym diody D1 i D3 stają się spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a diody D2 i D4 stają się spolaryzowane w kierunku zaporowym.

Zarówno w dodatnich, jak i ujemnych półcyklach, przez rezystor obciążenia RL przepływa taka sama ilość prądu. Dlatego też, niezależnie od tego, w którą stronę został podany sygnał AC, wyjściowy sygnał DC zawsze ma tę samą polaryzację.

Zalety i wady mostka prostowniczego

Mostek prostowniczy to obwód, który zamienia prąd przemienny na prąd stały. Składa się z czterech diod i rezystora obciążeniowego.

• Efektywność

Zapewnia bardziej płynne i niezawodne wyjście niż prostownik półfalowy i może być stosowany do modulacji sygnałów radiowych lub spawania elektrycznego w celu generowania spolaryzowanego napięcia stałego.

• Współczynnik zafalowania

Współczynnik tętnienia, czyli ilość składowych prądu przemiennego obecnych w wyprostowanym wyjściu z mostka prostowniczego, powinien być utrzymywany na jak najniższym poziomie. Najbardziej efektywnym sposobem na zmniejszenie tej liczby jest użycie kondensatorów filtrujących, które filtrują przebiegi niesinusoidalne.

• Szczytowe napięcie odwrotne

Mostki prostownicze wytwarzają dwukrotnie większe szczytowe napięcie wsteczne niż prostownik pełnookresowy z odczepem środkowym, eliminując potrzebę dodatkowego transformatora z odczepem środkowym. Ponadto ich wyjście ma wyższe współczynniki wykorzystania transformatora niż prostowniki pełnookresowe z odczepem środkowym, co czyni je bardziej odpowiednimi do wielu zastosowań. Jednak ich pulsująca natura może stwarzać ryzyko dla wrażliwego sprzętu elektronicznego.

• Koszt

Jedną z zalet tego typu prostownika jest to, że nie wymaga transformatora z odczepem środkowym, co zmniejsza zarówno koszt, jak i rozmiar urządzenia. Jednak ten typ prostownika ma również pewne wady. Na przykład strata mocy w przypadku tego prostownika jest znacznie wyższa w porównaniu z prostownikiem półfalowym lub pełnookresowym z odczepem środkowym.

Produkty elektryczne niskiego napięcia TOSUNlux to różnorodne urządzenia przeznaczone do stosowania ze źródłami zasilania o niższym napięciu. Należą do nich światła, dzwonki do drzwi, otwieracze drzwi garażowych i wiele innych – wszystkie zaprojektowane tak, aby pomóc Ci zaoszczędzić pieniądze na rachunkach za energię, a jednocześnie poprawić walory estetyczne Twojego domu.