Wechselspannung wird vom Energieversorgungsunternehmen an die Verbraucher geliefert. Dies liegt an den Besonderheiten des Stromtransports. Aber die meisten elektrischen Haushalts- (und teilweise industriellen) Empfänger benötigen Konstantspannungsleistung. Um es zu bekommen, sind Konverter erforderlich. In vielen Fällen sind sie nach dem Schema "Abwärtstransformator - Gleichrichter - Glättungsfilter" aufgebaut (mit Ausnahme von Schaltnetzteile). Als Gleichrichter werden in Brückenschaltung geschaltete Dioden verwendet.
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Wozu dient eine Diodenbrücke und wie funktioniert sie?
Die Diodenbrücke wird als Gleichrichtungsschaltung verwendet, die Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt. Das Funktionsprinzip basiert auf Einwegleitung - der Eigenschaft einer Halbleiterdiode, Strom nur in eine Richtung zu leiten.Als einfachster Gleichrichter kann auch eine einzelne Diode dienen.
Bei einer solchen Einbeziehung ist die niedrigere (Negativ) wird ein Teil der Sinuskurve "abgeschnitten". Diese Methode hat Nachteile:
- die Form der Ausgangsspannung ist alles andere als konstant, ein großer und sperriger Kondensator ist als Glättungsfilter erforderlich;
- die Wechselstromleistung wird maximal zur Hälfte genutzt.
Der Strom durch die Last folgt der Form der Ausgangsspannung. Daher ist es besser, einen Vollweggleichrichter in Form einer Diodenbrücke zu verwenden. Wenn Sie vier Dioden gemäß dem angegebenen Schema einschalten und die Last anschließen, funktioniert das Gerät beim Anlegen einer Wechselspannung an den Eingang wie folgt:
Bei einer positiven Spannung (oberer Teil der Sinuskurve, roter Pfeil) fließt der Strom durch die Diode VD2, die Last VD3. Mit einem negativen (unterer Teil der Sinuskurve, grüner Pfeil) durch die Diode VD4, Last, VD1. Infolgedessen fließt der Strom in einer Periode zweimal in derselben Richtung durch die Last.
Die Wellenform der Ausgangsspannung ist viel näher an einer geraden Linie, obwohl die Welligkeit ziemlich hoch ist. Die Quellenleistung wird vollständig genutzt.
Wenn eine Drehstromquelle mit der erforderlichen Amplitude vorhanden ist, können Sie eine Brücke nach folgendem Schema herstellen:
Darin werden der Last drei Ströme hinzugefügt, die die Form der Ausgangsspannung mit einer Phasenverschiebung von 120 Grad wiederholen:
Die Ausgangsspannung geht um die Spitzen der Sinuskurven herum. Es ist ersichtlich, dass die Spannung viel weniger pulsiert als in einer Einphasenschaltung, ihre Form ist näher an einer geraden Linie. In diesem Fall ist die Kapazität des Glättungsfilters minimal.
Und eine andere Version der Brücke - kontrolliert.Darin werden zwei Dioden durch Thyristoren ersetzt - elektronische Geräte, die sich öffnen, wenn ein Signal an die Steuerelektrode angelegt wird. In der offenen Form verhalten sich Thyristoren fast wie gewöhnliche Dioden. Das Schema sieht so aus:
Einschaltsignale werden vom Steuerstromkreis zu vereinbarten Zeiten gegeben, die Abschaltung erfolgt im Moment des Nulldurchgangs der Spannung. Dann wird die Spannung über dem Kondensator gemittelt, und dieser durchschnittliche Pegel kann gesteuert werden.
Diodenbrückenbezeichnung und Anschlussplan
Da eine Diodenbrücke nach verschiedenen Schemata aufgebaut werden kann und nur wenige Elemente enthält, erfolgt die Bezeichnung einer Gleichrichterbaugruppe in den meisten Fällen durch einfaches Zeichnen ihres Schaltplans. Wenn dies nicht akzeptabel ist - beispielsweise beim Erstellen eines Blockdiagramms -, wird die Brücke als Symbol angezeigt, das auf einen beliebigen AC-DC-Wandler hinweist:
Der Buchstabe "~" bedeutet Ketten Wechselstrom, das Symbol "=" - Gleichstromkreise und "+" und "-" - die Ausgangspolarität.
Wenn der Gleichrichter nach der klassischen Brückenschaltung aus 4 Dioden aufgebaut ist, dann ist eine leicht vereinfachte Darstellung erlaubt:
Der Eingang der Gleichrichtereinheit wird ohne Beachtung der Polarität mit den Ausgangsklemmen der AC-Quelle (in den meisten Fällen handelt es sich um einen Abwärtstransformator) verbunden - jede Ausgangsklemme ist mit jedem Eingang verbunden. Der Ausgang der Brücke ist mit der Last verbunden. Es kann Polarität erfordern oder nicht (einschließlich eines Stabilisators, Glättungsfilters).
Die Diodenbrücke kann an eine Konstantspannungsquelle angeschlossen werden.In diesem Fall wird eine Schutzschaltung gegen unbeabsichtigtes Verpolen erhalten - bei beliebiger Verbindung der Brückeneingänge mit dem Ausgang des Netzteils ändert sich die Polarität der Spannung an seinem Ausgang nicht.
Technische Hauptmerkmale
Bei der Auswahl von Dioden oder einer fertigen Brücke müssen Sie zunächst darauf achten maximaler Betriebsdurchlassstrom. Er sollte den Laststrom geringfügig übersteigen. Wenn dieser Wert unbekannt ist, die Leistung jedoch bekannt ist, muss er gemäß der Formel Iload \u003d Pload / Uout in Strom umgerechnet werden. Um den zulässigen Strom zu erhöhen, können Halbleiterbauelemente parallel geschaltet werden - der größte Laststrom wird durch die Anzahl der Dioden geteilt. In diesem Fall ist es besser, Dioden in einem Zweig der Brücke entsprechend einem nahen Wert des Spannungsabfalls im offenen Zustand auszuwählen.
Der zweite wichtige Parameter ist Durchlassspannungfür die die Brücke oder ihre Elemente ausgelegt sind. Sie darf nicht kleiner sein als die Ausgangsspannung der AC-Quelle (Spitzenwert!). Für einen zuverlässigen Betrieb des Geräts müssen Sie einen Spielraum von 20-30% einplanen. Um die zulässige Spannung zu erhöhen, können Dioden in Reihe geschaltet werden - in jedem Zweig der Brücke.
Diese beiden Parameter reichen für eine vorläufige Entscheidung über die Verwendung von Dioden in einem Gleichrichtergerät aus, es sollten jedoch auch einige andere Eigenschaften berücksichtigt werden:
- maximale Betriebsfrequenz - in der Regel wenige Kilohertz und spielt für den Betrieb bei Industriefrequenzen von 50 oder 100 Hz keine Rolle, und wenn die Diode in einem Impulskreis arbeitet, kann dieser Parameter entscheidend werden;
- Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand bei Siliziumdioden sind es etwa 0,6 V, was bei einer Ausgangsspannung von beispielsweise 36 V unerheblich ist, bei einem Betrieb unterhalb von 5 V jedoch kritisch werden kann - hier sollten Schottky-Dioden gewählt werden, die sich durch einen niedrigen auszeichnen Wert dieses Parameters.
Sorten von Diodenbrücken und deren Kennzeichnung
Die Diodenbrücke kann auf diskreten Dioden aufgebaut werden. Um die Polarität zu beachten, müssen Sie auf die Markierungen achten. In einigen Fällen wird eine Markierung in Form eines Musters direkt auf den Körper der Halbleitervorrichtung aufgebracht. Dies ist typisch für heimische Produkte.
Ausländische (und viele moderne russische) Geräte sind mit einem Punkt oder einem Ring gekennzeichnet. In den meisten Fällen ist dies die Bezeichnung der Anode, eine Garantie gibt es aber nicht. Es ist besser, in die Bedienungsanleitung zu schauen oder den Tester zu verwenden.
Sie können aus der Baugruppe eine Brücke herstellen - vier Dioden sind in einem Paket zusammengefasst, und die Verbindung der Leitungen kann mit externen Leitern (z. B. auf einer Leiterplatte) erfolgen. Die Montageschemata können variiert werden, daher müssen Sie sich für die richtige Verbindung die Datenblätter ansehen.
Zum Beispiel hat die Diodenbaugruppe BAV99S, die 4 Dioden enthält, aber nur 6 Pins hat, zwei Halbbrücken im Inneren, die wie folgt verbunden sind (es gibt einen Punkt auf dem Gehäuse in der Nähe von Pin 1):
Um eine vollwertige Brücke zu erhalten, müssen Sie die entsprechenden Ausgänge mit externen Leitern verbinden (rote Spur zeigt die Leiterbahnen bei Verwendung von gedruckter Verdrahtung):
Dabei wird an Pin 3 und 6 eine Wechselspannung angelegt. Der Pluspol der Konstante wird von Pin 5 oder 2 entfernt und der Minuspol von Pin 4 oder 1 abgenommen.
Und die einfachste Möglichkeit ist die Montage mit einer vorgefertigten Brücke im Inneren.Bei inländischen Produkten können dies KTs402, KTs405 sein, es gibt Montagebrücken ausländischer Produktion. In vielen Fällen wird die Markierung der Schlussfolgerungen direkt auf den Fall angewendet und die Aufgabe nur auf die richtige Auswahl nach den Merkmalen und auf den fehlerfreien Anschluss reduziert. Wenn keine externe Bezeichnung der Schlussfolgerungen vorhanden ist, muss auf das Verzeichnis verwiesen werden.
Vorteile und Nachteile
Die Vorteile einer Diodenbrücke sind bekannt:
- jahrzehntelang ausgearbeitete Pläne;
- einfache Montage und Verbindung;
- einfache Fehlerdiagnose und einfache Reparatur.
Als Nachteile sind die Zunahme der Abmessungen und des Gewichts der Schaltung mit zunehmender Leistung sowie die Notwendigkeit der Verwendung von Kühlkörpern für Hochleistungsdioden zu nennen. Aber dagegen ist nichts zu machen - die Physik lässt sich nicht täuschen. Wenn diese Bedingungen nicht mehr akzeptabel werden, muss über den Übergang zu einem gepulsten Stromversorgungskreis entschieden werden. Übrigens können darin Überbrückungsdioden verwendet werden.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Form der Ausgangsspannung alles andere als konstant ist. Um mit Verbrauchern zu arbeiten, die Anforderungen an die Stabilität der Versorgungsspannung stellen, ist der Einsatz einer Brücke in Verbindung mit Glättungsfiltern und ggf. Ausgangsstabilisatoren erforderlich.
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