คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับวงจรเรียงกระแสแบบสะพาน – การก่อสร้าง การทำงาน และข้อดี

ปัจจุบันอุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่มีไดโอดบริดจ์เซมิคอนดักเตอร์เป็นหม้อแปลงที่แปลงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับจากแหล่งจ่ายไฟให้เป็นกระแสไฟฟ้ากระแสตรงที่จ่ายไฟให้กับวงจรและส่วนประกอบต่างๆ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์แยกส่วนเหล่านี้มักเรียกกันว่าเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า และสามารถพบได้ในทุกสิ่งตั้งแต่ตัวควบคุมมอเตอร์และเครื่องใช้ในบ้านไปจนถึงการใช้งานเชื่อม

Bridge Rectifier คืออะไร

เอ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสะพาน แปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรงและสามารถใช้ได้ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดและแหล่งจ่ายไฟแบบเชิงเส้น นอกจากนี้ อาจพบเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบบริดจ์ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น อุปกรณ์เชื่อมไฟฟ้าหรือวิทยุ

วงจรเรียงกระแสแบบสะพานทั่วไปประกอบด้วยแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขาเข้า ไดโอดสี่ตัว และตัวต้านทานโหลดที่เชื่อมต่อกับขั้วบวกของสัญญาณ DC ขาออก ตามที่แสดงในรูปที่ 1 วงจรนี้จะลดแรงดันไฟฟ้าขาออกโดยลดกระแสที่ไหลผ่านไดโอดแต่ละตัวดังที่แสดง

ประสิทธิภาพสูงสุดของวงจรเรียงกระแสแบบสะพานนั้นกำหนดโดยอัตราส่วนระหว่างกำลังไฟฟ้าขาออก DC กับกำลังไฟฟ้าขาเข้า AC โดยอาจสูงถึง 81.2% แต่ในความเป็นจริง ตัวเลขนี้มีแนวโน้มว่าจะต่ำกว่านี้มาก เนื่องจากแรงดันไฟตกเนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไดโอด

การสร้างวงจรเรียงกระแสแบบสะพาน

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบคลื่นเต็มคลื่นเป็นตัวแปลง DC ที่มีประสิทธิภาพซึ่งใช้ไดโอดสี่ตัวในวงจรบริดจ์เพื่อแปลงกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) ให้เป็นกระแสไฟฟ้าตรง (DC) ประโยชน์หลักของวงจรประเภทนี้คือไม่จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงแบบเซ็นเตอร์แทปที่มีราคาแพง จึงช่วยลดทั้งขนาดและต้นทุนได้อย่างมาก

เมื่อสัญญาณ AC ถูกส่งไปยังวงจรเรียงกระแสแบบสะพาน ไดโอด D1 และ D3 จะกลายเป็นไบอัสไปข้างหน้า ขณะที่ไดโอด D2 และ D4 จะกลายเป็นไบอัสย้อนกลับ ส่งผลให้กระแสโหลดไหลผ่านไดโอด D2 และ D3 ส่งผลให้เกิดความต้านทาน RL ที่ตัวต้านทานโหลดเอาต์พุต

ในครึ่งวงจรเชิงลบ ไดโอด D2 และ D3 จะมีไบอัสไปข้างหน้า ในขณะที่ C และ D4 จะมีไบอัสย้อนกลับ ส่งผลให้กระแสไหลผ่านไดโอด C และ D ไปยังเอาต์พุต RL

แรงดันเอาต์พุตของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบบริดจ์จะมีลักษณะเป็นพัลส์ ดังนั้น เพื่อให้ได้แหล่งจ่ายกระแสตรงที่ราบรื่น เราต้องกรองด้วยตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุจะชาร์จประจุจนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าที่แปลงกระแสไฟฟ้าแล้วถึงจุดสูงสุด จากนั้นจึงปล่อยประจุลงในวงจรโหลดเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลงเพื่อปรับรูปคลื่นของการแปลงกระแสไฟฟ้าให้ราบรื่น

ประเภทของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์

วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์เป็นผลิตภัณฑ์โมดูลเซมิคอนดักเตอร์ที่แปลงอินพุต AC เป็นเอาต์พุต DC ซึ่งสามารถใช้ในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ต่างๆ ได้ วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์มักพบในเครื่องใช้ไฟฟ้าในที่ทำงาน

1. เฟสเดียว

วงจรเรียงกระแสแบบสะพานเฟสเดียวเป็นวงจรเรียงกระแสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดและแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น วงจรนี้ใช้ไดโอดสี่ตัว (D1, D2, D3 และ D4) ร่วมกับตัวต้านทานโหลด (RL) เพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรงอย่างมีประสิทธิภาพ

กระบวนการแก้ไขจะขึ้นอยู่กับขั้วของรูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับอินพุต เมื่อวงจรครึ่งบวกปรากฏในสัญญาณนี้ ไดโอด D1 และ D3 จะกลายเป็นไบอัสไปข้างหน้า ในขณะที่ไดโอด D2 และ D4 จะกลายเป็นไบอัสย้อนกลับ เป็นผลให้กระแสไฟฟ้าเริ่มไหลผ่านเส้นทางลัดวงจรของ D3 และ D4.

2. ไฟฟ้าสามเฟส

อุปกรณ์นี้ใช้แปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสเป็นไฟฟ้ากระแสตรง โดยประกอบด้วยไดโอด 6 ตัว และถือเป็นโซลูชันประหยัดต้นทุนสำหรับการแปลงแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง โดยไม่จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงไฟฟ้าจุดศูนย์กลาง 

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าสามเฟสมีประสิทธิภาพในการแปลงกระแสไฟฟ้าสูงกว่าเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเฟสเดียว เนื่องจากกระแสไฟขาออกต่ำกว่า และต้องใช้ส่วนประกอบ AC น้อยกว่าสำหรับเอาต์พุต DC

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสะพานสามเฟสเป็นโซลูชันที่ได้รับความนิยมในการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงแบบคงที่ แต่ต้องใช้แผงระบายความร้อนที่มีราคาแพงและโซลูชันการระบายความร้อนแบบแอ็คทีฟ ซึ่งทำให้ขนาดและความซับซ้อนของเครื่องเพิ่มขึ้น

3. เฟสแปรผัน

Variable Phase Bridge Rectifiers (VPBRs) คือตัวแปลงไฟฟ้าที่แปลงแรงดันไฟฟ้าขาเข้า AC เป็นแรงดันไฟฟ้าขาออก DC โดยทั่วไปมักพบในระบบที่ทำงานด้วยความถี่สูง เช่น เครื่องบิน

วงจรเหล่านี้มีการใช้งานมากมาย เช่น การจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ ไดรฟ์ไฟฟ้า แสงสว่าง และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ วงจรเรียงกระแสในอุปกรณ์เหล่านี้มักสร้างขึ้นโดยใช้ไดโอด

การใช้งานของวงจรเรียงกระแสแบบสะพาน

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสะพานมีการใช้งานมากมายในอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับ เช่น เครื่องใช้ในบ้าน ตัวควบคุมมอเตอร์ กระบวนการปรับเปลี่ยน และกระบวนการเชื่อม

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสะพานเป็นอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพซึ่งประกอบด้วยไดโอด 4 ตัวที่ออกแบบมาเพื่อแปลงกระแสไฟฟ้าสลับเป็นกระแสไฟฟ้าตรงอย่างมีประสิทธิภาพ ประโยชน์หลักของการใช้เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสะพานคือไม่จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงแบบแตะตรงกลาง จึงช่วยลดขนาดและต้นทุนของอุปกรณ์ได้

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสะพานทำงานโดยส่งแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับผ่านวงจรทั้งครึ่งบวกและครึ่งลบ ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทานโหลด RL ในปริมาณที่เท่ากันระหว่างวงจรทั้งสองนี้ ส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ขั้ว D และ C

หลักการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์

วงจรเรียงกระแสแบบสะพานประกอบด้วยไดโอด 4 ตัว ได้แก่ D1, D2, D3 และตัวต้านทานโหลด RL ที่เชื่อมต่อระหว่างขั้ว A และ B การกำหนดค่านี้จะแปลงสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับ (กระแสตรง) ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องใช้หม้อแปลงแบบแตะตรงกลางพิเศษ

เมื่อสัญญาณ AC อินพุตถูกนำไปใช้ในวงจรเรียงกระแสแบบสะพาน ขั้ว A จะกลายเป็นขั้วบวก และขั้ว B จะกลายเป็นขั้วลบในช่วงครึ่งรอบ ดังนั้น ไดโอด D1 และ D3 จะกลายเป็นไบอัสไปข้างหน้า ในขณะที่ไดโอด D2 และ D4 จะกลายเป็นไบอัสย้อนกลับ

ในครึ่งวงจรทั้งบวกและลบ กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านตัวต้านทานโหลด RL ในปริมาณเท่ากัน ดังนั้น ไม่ว่าจะใช้สัญญาณ AC ไปทางใด สัญญาณ DC เอาต์พุตก็จะมีขั้วเดียวกันเสมอ

ข้อดีและข้อเสียของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสะพานคือวงจรที่แปลงกระแสไฟฟ้าสลับเป็นกระแสไฟฟ้าตรง ประกอบด้วยไดโอด 4 ตัวและตัวต้านทานโหลด

• ประสิทธิภาพ

มันให้เอาต์พุตที่ราบรื่นและเชื่อถือได้มากกว่าเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบครึ่งคลื่น และสามารถใช้ในการปรับสัญญาณวิทยุหรือการเชื่อมไฟฟ้าเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้า DC ที่มีโพลาไรซ์

• ปัจจัยริปเปิล

ควรให้ค่าปัจจัยริปเปิลหรือจำนวนส่วนประกอบไฟฟ้ากระแสสลับที่มีอยู่ในเอาต์พุตที่แก้ไขจากเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบบริดจ์ให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดจำนวนนี้คือการใช้ตัวเก็บประจุแบบกรองซึ่งกรองคลื่นที่ไม่เป็นไซน์ออกไป

• แรงดันผกผันสูงสุด

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสะพานผลิตแรงดันไฟฟ้าผกผันสูงสุดเป็นสองเท่าของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบคลื่นเต็มคลื่นที่มีการแตะตรงกลาง จึงไม่จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงแบบแตะตรงกลางเพิ่มเติม นอกจากนี้ เอาต์พุตของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสะพานยังมีปัจจัยการใช้หม้อแปลงที่สูงกว่าเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบคลื่นเต็มคลื่นที่มีการแตะตรงกลาง ทำให้เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสะพานนี้เหมาะกับการใช้งานหลายประเภท อย่างไรก็ตาม ลักษณะการเต้นเป็นจังหวะอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความอ่อนไหว

• ค่าใช้จ่าย

ข้อดีอย่างหนึ่งของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าประเภทนี้คือไม่ต้องใช้หม้อแปลงแบบเซ็นเตอร์แทป จึงช่วยลดทั้งต้นทุนและขนาดของอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าประเภทนี้ยังมีข้อเสียอยู่บ้าง เช่น การสูญเสียพลังงานจากเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าประเภทนี้จะสูงกว่าเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบครึ่งคลื่นหรือเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบฟูลคลื่นที่มีเซ็นเตอร์แทปมาก

ผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าแรงดันต่ำ TOSUNlux เป็นอุปกรณ์หลากหลายประเภทที่ออกแบบมาเพื่อใช้กับแหล่งจ่ายไฟแรงดันต่ำ ได้แก่ ไฟ กริ่งประตู เครื่องเปิดประตูโรงรถ และอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งทั้งหมดออกแบบมาเพื่อช่วยให้คุณประหยัดเงินค่าไฟพร้อมทั้งเพิ่มความสวยงามให้กับบ้านของคุณอีกด้วย