Полное руководство по мостовому выпрямителю — конструкция, работа, преимущества

Сегодня большинство электрических устройств имеют полупроводниковый диодный мост в качестве трансформатора, который преобразует входной переменный ток от источника электроэнергии в выходной постоянный ток, который питает его схемы и компоненты. Эти дискретные электронные компоненты обычно называют выпрямителями, и их можно найти во всем: от контроллеров двигателей и бытовой техники до сварочных аппаратов.

Что такое мостовой выпрямитель

А мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный и может использоваться во многих приложениях, таких как импульсные источники питания и линейные источники питания. Кроме того, мостовые выпрямители можно найти в таких устройствах, как электросварочное оборудование или радиоприемники.

Типичная схема мостового выпрямителя состоит из входного переменного напряжения, четырех диодов и нагрузочного резистора, подключенного к положительной клемме выходного сигнала постоянного тока. Как показано на рисунке 1, это снижает выходное напряжение за счет уменьшения тока, протекающего через каждый диод, как показано на рисунке.

Максимальный КПД мостового выпрямителя определяется соотношением между выходной мощностью постоянного тока и входной мощностью переменного тока. Оно может достигать 81,2%, хотя в действительности эта цифра имеет тенденцию быть намного ниже из-за падения напряжения из-за тока, протекающего через диоды.

Создание мостового выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель представляет собой эффективный преобразователь постоянного тока, в котором используются четыре диода в мостовой схеме для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Основное преимущество схемы этого типа заключается в том, что для нее не требуется дорогостоящий трансформатор с отводом от средней точки, что значительно снижает ее размер и стоимость.

Когда сигнал переменного тока подается на мостовой выпрямитель, диоды D1 и D3 смещаются в прямом направлении, а диоды D2 и D4 смещаются в обратном направлении. Это вызывает протекание тока нагрузки через диоды D2 и D3, что приводит к сопротивлению RL на выходном нагрузочном резисторе.

В отрицательный полупериод диоды D2 и D3 смещаются в прямом направлении, а диоды C и D4 смещаются в обратном направлении. Это заставляет ток течь через диоды C и D к выходу RL.

Выходные напряжения мостового выпрямителя носят импульсный характер, поэтому для получения плавного питания постоянного тока мы должны отфильтровать его с помощью конденсатора. Конденсатор заряжается до тех пор, пока выпрямленное напряжение не достигнет своего пика, а затем разряжается в цепь нагрузки, когда оно становится низким, чтобы сгладить форму волны выпрямления.

Типы мостовых выпрямителей

Мостовые выпрямители представляют собой полупроводниковые модули, которые преобразуют входной переменный ток в выходной постоянный, который можно использовать для питания устройств. Они обычно встречаются в бытовых приборах и электроприборах.

1. Однофазный

Однофазный мостовой выпрямитель — это широко используемая схема выпрямителя, используемая в таких приложениях, как импульсные источники питания и линейные источники питания. В нем используются четыре диода (D1, D2, D3 и D4) вместе с нагрузочным резистором (RL) для эффективного преобразования переменного тока в постоянный.

Процесс выпрямления зависит от полярности входного сигнала переменного тока. Когда в этом сигнале появляется положительный полупериод, диоды D1 и D3 смещаются в прямом направлении, а диоды D2 и D4 смещаются в обратном направлении. В результате ток начинает течь по короткозамкнутым путям D3 и D4..

2. Трехфазный

Используемое для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное, это устройство состоит из шести диодов и представляет собой экономичное решение для выпрямления переменного тока в постоянное без использования трансформатора с центральным отводом. 

Трехфазные выпрямители обеспечивают более высокую эффективность выпрямления по сравнению с однофазными выпрямителями, поскольку их выходной ток ниже, а для выхода постоянного тока требуется меньше компонентов переменного тока.

Трехфазный мостовой выпрямитель — популярное решение для преобразования мощности переменного тока в постоянный постоянный ток, но он требует дорогостоящих радиаторов и решений для активного охлаждения, что увеличивает его размер и сложность.

3. Переменная фаза

Мостовые выпрямители с переменной фазой (VPBR) представляют собой преобразователи электроэнергии, которые преобразуют входное напряжение переменного тока в выходное напряжение постоянного тока. Они обычно встречаются в системах, работающих на высоких частотах, таких как самолеты.

Эти схемы имеют множество применений, таких как питание двигателей, электроприводов, освещения и другой электроники. Цепь выпрямления в этих устройствах обычно строится на диодах.

Применение мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель имеет множество применений в электронных устройствах питания переменного тока, таких как бытовая техника, контроллеры двигателей, процессы модуляции и сварочные процессы.

Мостовой выпрямитель представляет собой эффективную конфигурацию из четырех диодов, предназначенную для эффективного преобразования переменного тока в постоянный. Основное преимущество использования мостового выпрямителя заключается в том, что нет необходимости в трансформаторе с отводом от средней точки, что снижает размер и стоимость устройства.

Мостовые выпрямители работают, пропуская через них переменное напряжение как в положительные, так и в отрицательные полупериоды. Это вызывает протекание тока через нагрузочный резистор RL в одинаковых количествах в течение этих двух циклов, создавая постоянное напряжение на клеммах D и C.

Принципы работы мостового выпрямителя

Схема мостового выпрямителя состоит из четырех диодов, D1, D2, D3, и нагрузочного резистора RL, подключенного между клеммами A и B. Эта конфигурация эффективно преобразует сигналы переменного тока (постоянного тока) без необходимости использования специального трансформатора с центральным отводом.

Когда входной сигнал переменного тока подается на мостовой выпрямитель, клемма А становится положительной, а клемма В становится отрицательной в течение полупериода. Таким образом, диоды D1 и D3 смещаются в прямом направлении, а диоды D2 и D4 смещаются в обратном направлении.

Как в положительные, так и в отрицательные полупериоды одинаковая величина тока протекает через нагрузочный резистор RL. Следовательно, независимо от того, каким образом был подан сигнал переменного тока, выходной сигнал постоянного тока всегда имеет одну и ту же полярность.

Преимущества и недостатки мостового выпрямителя

Мостовой выпрямитель представляет собой схему, которая преобразует переменный ток в постоянный. Он состоит из четырех диодов и нагрузочного резистора.

• Эффективность

Он обеспечивает более плавный и надежный выходной сигнал, чем однополупериодный выпрямитель, и может использоваться для модуляции радиосигналов или электросварки для создания поляризованного постоянного напряжения.

• Коэффициент пульсации

Коэффициент пульсаций или количество составляющих переменного тока, присутствующих в выпрямленном выходе мостового выпрямителя, следует поддерживать как можно ниже. Наиболее эффективный способ уменьшить это число — использовать фильтрующие конденсаторы, которые отфильтровывают несинусоидальные сигналы.

• Пиковое обратное напряжение

Мостовые выпрямители производят в два раза больше пикового обратного напряжения, чем двухполупериодный выпрямитель с отводом от средней точки, что устраняет необходимость в дополнительном трансформаторе с отводом от средней точки. Кроме того, их выход имеет более высокий коэффициент использования трансформатора, чем у двухполупериодных выпрямителей с отводом от средней точки, что делает их более подходящими для многих приложений. Однако их пульсирующий характер может представлять опасность для чувствительного электронного оборудования.

• Расходы

Одним из преимуществ этого типа выпрямителя является то, что он не требует трансформатора с отводом от середины, что снижает как стоимость, так и размер устройства. Однако этот тип выпрямителя также имеет некоторые недостатки. Например, потери мощности с этим выпрямителем намного выше по сравнению с однополупериодным выпрямителем или двухполупериодным выпрямителем с отводом от средней точки.

Низковольтные электротехнические изделия TOSUNlux представляют собой различные устройства, предназначенные для использования с источниками питания более низкого напряжения. К ним относятся фонари, дверные звонки, устройства открывания гаражных ворот и многое другое — все это призвано помочь вам сэкономить деньги на счетах за электроэнергию, а также улучшить эстетическую привлекательность вашего дома.