Zrozumienie prostowników mostów: zasady, klasyfikacje i praktyczne zastosowania
2024-07-09 10423

Prostownik mostka przekształca prąd przemienny (AC) w prąd stały (DC) w strukturę mostu złożoną z czterech diod.Jednokierunkowa przewodność diod służy do naprawienia dodatnich i ujemnych połowy cykli prądu przemiennego w DC w tym samym kierunku.Projekt prostownika mostu nie tylko poprawia wydajność rektyfikacji, ale także zapewnia stabilne napięcie wyjściowe DC.W tym artykule szczegółowo omówiono zasadę pracy, klasyfikację i rolę prostownika mostu w praktycznych zastosowaniach.

Katalog

Co to jest prostownik?

Prostownik to urządzenie elektroniczne używane do konwersji prądu naprzemiennego (AC) na prąd stały (DC).Jest powszechnie stosowany w systemach zasilania i wykrywając sygnały radiowe.Prostownicy ułatwiają konwersję z prądu przemiennego na DC, wykorzystując jednokierunkową przewodność diod, umożliwiając przepływ prądu tylko w jednym kierunku.Mogą być wykonane z różnych materiałów, w tym rur próżniowych, rur zapłonowych, półprzewodników krzemowych w stanie stałym i łukami rtęci.Urządzenia, które wykonują przeciwną funkcję (przekształcanie prądu stałego na AC), nazywane są falownikami.

W trybie gotowości (zasilacz nieprzerwanego) tylko akumulator musi zostać naładowany, więc system zawiera ładowarkę, ale nie dostarcza zasilania do obciążenia.W przeciwieństwie do tego podwójna konwersja nie tylko ładuje akumulator, ale także dostarcza zasilanie do falownika, więc nazywa się ją prostownikiem/ładowarką.

Główną funkcją prostownika jest konwersja prądu przemiennego na DC.Robi to poprzez dwa główne procesy, przekształcając prąd przemienny na DC, a następnie filtruje go w celu zapewnienia stabilnego wyjścia DC dla obciążenia lub falownika, a także zapewnia napięcie ładowania akumulatora, a zatem działając również jako ładowarka.

Działanie niekontrolowanego prostownika obejmuje przepuszczenie połowy cyklu prądu przemiennego przez obciążenie, wytwarzając pulsujące wyjście DC.W kontrolowanym prostowniku przepływ prądu zarządza poprzez kontrolowanie przewodzenia tranzystora lub innego urządzenia kontrolowanego, co powoduje kontrolowane wyjście DC.

Klasyfikacja prostowników

Prostownicy są klasyfikowane zgodnie z różnymi standardami.Poniżej znajdują się powszechne metody klasyfikacji:

Klasyfikacja metodą rektyfikacji

Półprzewodnikowy prostownik działa tylko w połowie cyklu AC (dodatni pół-cykl lub ujemny pół cyklu).Pozostaje nieaktywny w drugim pół-cyklu.Dlatego napięcie wyjściowe składa się tylko z połowy przebiegu AC.

Pewna prostownik pełnej fali prowadzi zarówno w dodatnich, jak i ujemnych pół-cyklu cyklu AC.Oznacza to, że napięcie wyjściowe jest dodatnie w obu pół cykli cyklu.

Klasyfikacja według prostownika

Prostownicy diody wykorzystują diody jako główny element naprawy.Są one zwykle stosowane w obwodach rektyfikacyjnych o niskiej mocy i sile mocy.Dioda umożliwia przepływ prądu tylko w jednym kierunku, zapewniając konwersję z prądu przemiennego do prądu stałego.

SCR to urządzenie półprzewodnikowe, które można dokładnie kontrolować, aby włączyć i wyłączać.Jest odpowiedni do obwodów rektyfikacyjnych o dużej mocy, które wymagają precyzyjnej kontroli procesu rektyfikacji.SCR jest pierwszym wyborem w aplikacjach wymagających wysokiej wydajności i wysokiej regulacji.

Klasyfikacje te pomagają nam zrozumieć określone funkcje i zastosowania różnych rodzajów prostowników w różnych systemach elektronicznych.

Rysunek 1: Prostownik mostka

Jak działa prostownik mostowy?

Prostownik mostka jest powszechnie stosowany do konwersji prądu naprzemiennego (AC) na prąd stały (DC) i jest obwodem prostownika, który wykorzystuje jednokierunkową przewodność diody.Wykorzystuje cztery diody ułożone w konfiguracji mostu, aby naprawić dodatnie i ujemne pół cykli zasilania prądu przemiennego w spójne wyjście DC.

Elementy prostownika mostu

Składniki prostownika mostu to cztery diody (D1, D2, D3, D4);źródło zasilania prądu przemiennego (wejście);rezystor obciążenia (RL);oraz kondensator filtra (opcjonalnie, używany do wygładzania napięcia wyjściowego).

Zasada działania

Działanie prostownika mostu obejmuje dwa główne procesy: dodatnia rektyfikacja pół cyklu i ujemna rektyfikacja pół-cyklu.

Ryc. 2: Przebieg prostownika mostu-Połącz pół cyklu i ujemny pół cyklu

Pozytywna rektyfikacja pół-cyklu

Polaryzacja napięcia Podczas dodatniego pół-cyklu wejścia AC, górny koniec wejścia jest dodatni, a dolny koniec jest ujemny.Ścieżka przewodzenia polega na tym, że diody D1 i D2 są uprzedzone do przodu i prowadzą prąd.Prąd wypływa z dodatnim zacisku źródła prądu przemiennego, przez D1, przez rezystor obciążenia RL i z powrotem do ujemnego zacisku źródła prądu przemiennego przez D2.Stanem wolnym jest to, że diody D3 i D4 są odwrotne i pozostają wyłączone.Podczas tego cyklu prąd przez RL przepływa od lewej do prawej.

Ujemna rektyfikacja pół-cyklu

Polaryzacja napięcia polega na tym, że podczas ujemnego połowy cyklu polaryczność wejścia prądu przemiennego jest odwrócona, czyniąc górny koniec ujemny i dodatni dolny koniec.Ścieżka przewodzenia polega na tym, że diody D3 i D4 są uprzedzone do przodu i prowadzą prąd.Prąd wypływa z ujemnego zacisku źródła prądu przemiennego, przez D3, przez rezystor obciążenia RL i z powrotem do dodatniego terminala źródła prądu przemiennego przez D4.Stanem wolnym jest to, że diody D1 i D2 są odwrotne i pozostają wyłączone.Pomimo odwrócenia biegunowości prąd przepływający przez RL nadal przepływa w tym samym kierunku (od lewej do prawej).

Filtracja

Po rektyfikacji napięcie wyjściowe nadal pulsuje DC.Aby wygładzić to napięcie i zmniejszyć tętnienie, dodaje się kondensator filtra.Kondensator filtra jest połączony równolegle z rezystorem obciążenia (RL).Ta konfiguracja wygładza pulsujące DC, zmniejsza tętnienie napięcia i zapewnia bardziej stabilne wyjście.

Obwód prostownika mostu

Prostownik mostka poprawia rektyfikację półfalową diody.Jego główną funkcją jest konwersja prądu przemiennego (AC) na prąd stały (DC).Robi to za pomocą czterech diod w określonym układzie w celu naprawienia dodatnich i ujemnych pół cykli wejścia AC do jednokierunkowej wyjściowej DC.

Rysunek 3: Obwód prostownika mostu

Prostownik mostka przekształca AC na DC za pomocą jednokierunkowej przewodności diod.Podczas gdy napięcie prądu przemiennego i prąd okresowo zmieniają się na naprzemienne kierunki, wyjście DC prostownika mostu zawsze płynie w jednym kierunku.Prostownicy mostów są bardziej wydajne niż prostowniki półfazowe i pełne fali, ponieważ jednocześnie wykorzystują oba pół cykli cyklu AC.Pozwala to na gładsze, bardziej ciągłe wyjście DC.W aplikacjach takich jak zasilacze, ładowarki akumulatorów wymagane jest stabilne zasilacze DC i różne urządzenia elektroniczne.Prostownik mostka w połączeniu z filtrowaniem może zapewnić stabilną moc DC wymaganą do tych zastosowań.

Funkcje prostownika mostu

Przekształcenie AC na DC

Główną funkcją prostownika mostu jest konwersja wejścia prądu przemiennego na wyjście DC.Napięcie prądu przemiennego i przepływ prądu na przemian, natomiast napięcie prądu i prąd przepływają w stałym kierunku.Diody w prostowniku mostu pozwalają na przepływ prądu tylko w jednym kierunku, zapewniając w ten sposób tę konwersję.

Poprawa wydajności

Prostownik mostka wykorzystuje zarówno dodatnie, jak i ujemne pół cykli mocy prądu przemiennego.To podwójne wykorzystanie poprawia wydajność w porównaniu do prostownika jednofazowego.Powoduje to gładsze wyjście DC z mniejszą ilością fal.

Stabilna moc DC

Stabilna zasilanie DC nadaje się do urządzeń elektronicznych, zasilaczy i ładowarek.Prostownik mostka w połączeniu z kondensatorami filtrowania może zapewnić ten stabilny zasilanie.

Idealnie, napięcie wyjściowe (średnia wartość) prostownika mostu można wyrazić jako

V_out = (2v_m)/π- (4v_f)/π

Gdzie V_MIS napięcie szczytowe mocy wejściowej prądu przemiennego, a V_F jest spadkiem napięcia do przodu każdej diody.

Przykład

Załóżmy, że mamy zasilanie prądu przemiennego z napięciem wejściowym 220 V (wartość efektywna, RMS) i użyj prostownika mostu do rektyfikacji.Spadek napięcia do przodu diody wynosi 0,7 V.

Warunki wejściowe ：

Napięcie wejściowe 220V AC (RMS)

Napięcie szczytowe V_M = 220 × √2 ≈311v

Dioda do przodu kropla napięcia V_F = 0,7 V

Oblicz wyjście ：

Średnie napięcie wyjściowe V_AVG = (2 × 311)/π- (4 × 0,7)/π ≈198v

W ten sposób prostownik mostka przekształca napięcie prądu przemiennego w napięcie prądu stałego bliskiego 198V.Chociaż nadal istnieją pewne fluktuacje, wyjście można dalej wygładzić za pomocą odpowiednich urządzeń filtrujących w celu zapewnienia stabilnego zasilania DC.Po podłączeniu obwodu filtra średnie napięcie wyjściowe wynosi około 1,2 razy więcej wartości RMS wejściowego AC, podczas gdy napięcie obciążenia otwartego obwodu wynosi około 1,414 razy więcej niż wartość RMS.Obliczenia te pomaga określić niezbędne komponenty do osiągnięcia stabilnego i gładkiego wyjścia prądu stałego z wejścia prądu przemiennego.

Jak działają kondensatory jako filtry?

Filtrowanie usuwa niechciane fale sygnałowe.W filtowaniu o wysokim przejściu sygnały o wyższej częstotliwości łatwo przechodzą przez obwód do wyjścia, podczas gdy sygnały o niższej częstotliwości są blokowane.Obwody prądu przemiennego zawierają napięcie lub sygnały prądowe o różnych częstotliwościach, z których nie są konieczne.Niechciane sygnały mogą powodować zakłócenia, które zakłóca działanie obwodu.Aby odfiltrować te sygnały, stosuje się różne obwody filtrowania, w których kondensatory odgrywają kluczową rolę.Chociaż proste sygnały nie są sygnałami prądu przemiennego, koncepcja jest podobna.Kondensator składa się z dwóch przewodników oddzielonych izolatorem.W obwodach filtrowania kondensatory przechowują energię, aby zmniejszyć tętnienie prądu przemiennego i poprawić moc DC.

Rysunek 4: Schemat obwodu filtra o wysokiej przepustce

Jak kondensatory filtrują sygnały

Kondensatory mogą przechowywać i uwolnić opłatę.Gdy napięcie wzrasta, kondensator ładuje się;Gdy napięcie maleje, kondensator rozkłada się.Ta charakterystyka wygładza fluktuacje napięcia.W obwodzie prostowników, takim jak prostownik mostka, wyjściowe napięcie prądu stałego nie jest gładkie, ale pulsujące.Podłączenie kondensatora filtra z wyjściem może wygładzić te pulsacje.

Rysunek 5: Prostownik mostka - moduł diody pełnej fali

• Połącz dodatni: Podczas dodatniej pół cyklu napięcie wzrasta, powodując ładowanie kondensatora.Przechowywana energia elektryczna osiąga maksymalną wartość na szczycie napięcia.

• Negatywny pół cyklu: Podczas ujemnego połowy cyklu napięcie maleje, a kondensator rozładowuje się przez obciążenie.Ten rozładowanie zapewnia prąd obciążenia, uniemożliwiając gwałtowny spadek napięcia wyjściowego i wygładzanie przebiegu.

Działanie ładowania i rozładowywania kondensatora wygładza skorygowane napięcie wyjściowe do bardziej stałego poziomu prądu stałego, zmniejszając fluktuacje napięcia i falowanie.

Wybór odpowiedniego kondensatora

Rozmiar kondensatora filtra bezpośrednio wpływa na efekt filtrowania.Ogólnie rzecz biorąc, im większa wartość pojemności, tym lepszy efekt filtrowania, ponieważ duży kondensator może przechowywać więcej ładunku i zapewnić bardziej stabilne napięcie.Jednak wartość pojemności nie może być zbyt duża, w przeciwnym razie doprowadzi do dłuższego czasu uruchamiania obwodu, wzrostu objętości kondensatora i wzrostu kosztów.

Empiryczna formuła wyboru kondensatorów filtra

C = I/(F × δv)

Gdzie C jest wartością pojemności (Farad, F)

I jest prądem obciążenia (ampere, a)

F to częstotliwość energii (Hertz, HZ)

ΔV jest dopuszczalną tętnieniem napięcia wyjściowego (wolt, v)

Rola kondensatorów filtra

Wraz ze wzrostem prowijania napięcie, kondensator filtra ładuje się, powodując stopniowe wzroście napięcia.Po zmniejszeniu skorygowanego napięcia, kondensator filtra wyładowuje się, zapewniając stały prąd i wygładzając napięcie wyjściowe.Działanie ładowania i rozładowywania kondensatora filtra wygładza skorygowane napięcie pulsujące, zmniejszając tętnienie i fluktuacje napięcia.Kondensatory są skuteczne do filtrowania, ponieważ pozwalają przechodzić sygnały prądu przemiennego podczas blokowania sygnałów DC.Sygnały prądu przemiennego o wyższych częstotliwościach łatwiej przechodzą przez kondensatory, z mniejszym oporem, co powoduje niższe napięcie na kondensatorze.I odwrotnie, sygnały prądu przemiennego o niższych częstotliwościach stają się wyższe, co powoduje wyższe napięcie na kondensatorze.W przypadku DC kondensator działa jako obwód otwarty, prąd wynosi zero, a napięcie wejściowe jest równe napięciu kondensatora.

Filtrowanie różnych częstotliwości w obwodach prostowników

Aby zrozumieć, w jaki sposób kondensatory filtra obsługują różne częstotliwości, krótko omówmy rozszerzenie serii Fouriera.Seria Fouriera rozkłada nie-sinusoidalne sygnały okresowe na sumę sygnałów sinusoidalnych o różnych częstotliwościach.Na przykład złożona fala okresowa można rozłożyć na wiele fal sinusoidalnych o różnych częstotliwościach.

Rysunek 6: Fala pulsująca

W obwodzie prostowników wyjście jest falą pulsującą, którą można rozłożyć na sinusoidalne składniki różnych częstotliwości przy użyciu serii Fouriera.Komponenty o wysokiej częstotliwości przechodzą bezpośrednio przez kondensator, podczas gdy komponenty niskiej częstotliwości osiągają wyjście.

Rysunek 7: Schemat obwodu filtra kondensatora

Im większy kondensator, tym płynniejszy przebieg wyjściowy.Większe kondensatory przechowują więcej ładunku, zapewniając bardziej stabilne napięcie.

Rysunek 8: Schemat filtrowania kondensatora

W pulsującej fali napięcia, gdy napięcie spada poniżej napięcia kondensatora, kondensator wydziela się do obciążenia, zapobiegając spadkowi napięcia wyjściowego do zera.To ciągłe ładowanie i rozładowanie wygładza napięcie wyjściowe.

Obwody filtra o wysokim i pompakowym

W filtrze o wysokim przejściu kondensator i rezystor są połączone szeregowo.Sygnały o wysokiej częstotliwości mają minimalny spadek napięcia po przechodzeniu przez kondensator, co powoduje większy prąd i wyższe napięcie wyjściowe na rezystorze.Sygnały o niskiej częstotliwości napotykają większy spadek napięcia na kondensator, co powoduje minimalne napięcie wyjściowe.W filtrze dolnoprzepustowym kondensator blokuje sygnały o wysokiej częstotliwości i umożliwia jedynie niskie częstotliwości.Sygnały o wysokiej częstotliwości mają wysoką impedancję i minimalne napięcie wyjściowe, podczas gdy sygnały o niskiej częstotliwości mają niską impedancję i wyższe napięcie wyjściowe.

Rysunek 9: Obwód filtrowy o wysokiej i niskiej przepustce

Rodzaje prostowników mostów

Prostownicy mostów są klasyfikowane na podstawie ich budowy i zastosowania.Oto niektóre typowe typy:

Jednofazowy prostownik mostka

Jednofazowy prostownik mostka jest najprostszą formą i jest często używany w małym sprzęcie zasilającym.Ma cztery diody, które przekształcają jednofazowe AC w ​​pulsujące DC.Podczas dodatniej pół cyklu AC prowadzone diody D1 i D2, podczas gdy D3 i D4 są wyłączone.Podczas ujemnego połowy cyklu prowadzenie D3 i D4 oraz D1 i D2 są wyłączone.Umożliwia to naprawienie zarówno dodatnich, jak i ujemnych połowy cykli AC w ​​dodatni DC.

Rysunek 10: Schemat przebiegu prostownika sterowanego prostownika z pełną fazą

Trójfazowy prostownik mostka

Trójfazowe prostowniki mostów są używane w zastosowaniach o wyższej mocy, takich jak sprzęt przemysłowy i duże systemy zasilania.Zawierają sześć diod, które przekształcają trójfazowe AC w ​​gładszy DC.Podczas każdego cyklu trójfazowego prądu przemiennego prowadzą różne kombinacje diod, naprawiące dodatnie i ujemne połowy cykli do DC.Ta metoda zapewnia gładsze wyjście DC odpowiednie dla wymagań o dużej mocy.

Rysunek 11: Trójfazowy mostek w pełni kontrolowany obwód prostownika

Kontrolowany prostownik mostu

Kontrolowany prostownik mostu wykorzystuje krzemowy prostownik (SCR) zamiast konwencjonalnej diody do regulacji napięcia wyjściowego.Kontrolując kąt przewodzenia SCR, średnie wyjście DC można zmienić.Dostosowanie kąta wystrzeliwania SCR kontroluje czas przewodzenia w każdym cyklu, modyfikując w ten sposób średnie napięcie DC wyjściowe.Ten typ jest często używany w regulowanych zasilaniach i systemach sterowania silnikiem DC.

Prostownik mostka o wysokiej częstotliwości

Prostownicy mostów o wysokiej częstotliwości są używane w systemach zasilania o wysokiej częstotliwości i zwykle wykorzystują szybkie diody odzyskiwania, aby zaspokoić potrzeby zasilaczy przełączających (SMP).Diody szybkiego odzyskiwania mają krótki czas odzyskiwania odwrotnego i mogą szybko reagować na operacje przełączania o wysokiej częstotliwości, poprawiając w ten sposób wydajność rektyfikacji i zmniejszając straty i szum.

Monolityczny prostownik mostu

Monolityczne prostowniki mostu integrują cztery diody prostowników z pojedynczym układem lub modułem, upraszczając konstrukcję obwodu, i są używane głównie w małych urządzeniach elektronicznych i adapterach zasilających.Podobnie jak standardowy prostownik mostka, wersja monolityczna oferuje zwiększoną niezawodność i łatwiejszą instalację, ponieważ jest zintegrowana z jednym pakietem.

W pełni kontrolowany prostownik mostowy

W pełni kontrolowany prostownik mostu używa prostownika tyrystorowego (SCR) zamiast normalnej diody.Każdy element prostownika jest kontrolowany, co umożliwia precyzyjną regulację napięcia wyjściowego i prądu.Zmieniając kąt przewodzenia SCR, wyjście prostownika można dokładnie kontrolować.Ten prostownik jest idealny do zastosowań, które wymagają drobnej kontroli napięcia, takich jak napędy silnika DC i regulowane zasilacze.Możliwość zmiany kąta wystrzeliwania SCR pozwala na precyzyjne zarządzanie wyjściem.

W połowie kontrolowany prostownik mostka

W połowie kontrolowany prostownik mostu łączy tyrystor (SCR) z normalną diodą.Zazwyczaj w aplikacjach jednofazowych dwa przeciwne elementy prostownika to SCR, podczas gdy pozostałe dwa są diodami.Ta konfiguracja zapewnia częściowe możliwości regulacji.Chociaż tylko niektóre elementy są kontrolowane, zapewniają ograniczone regulacje przy niższych kosztach.W połowie kontrolowane prostowniki są odpowiednie dla systemów, które wymagają częściowej kontroli i nie są opłacalne, takie jak małe dyski silnikowe i wrażliwe na koszty zasilacze.

Niekontrolowany prostownik mostu

Niekontrolowany prostownik mostu wykorzystuje tylko zwykłe diody, a wszystkie elementy rektyfikacyjne są niekontrolowane.Jest to najprostszy i najczęściej używany prostownik mostowy.Ten prostownik nie ma możliwości regulacji, nie może dostosować napięcia wyjściowego lub prądu i wykonuje jedynie podstawową rektyfikację.Jest odpowiedni dla różnych urządzeń elektronicznych, które wymagają stabilnego zasilania DC, takich jak zasilacze i ładowarki.

Zastosowania prostowników mostów

Zapewnienie spolaryzowanego i stabilnego napięcia DC w spawaniu

W sprzęcie spawalniczym prostownicy mostów są w stanie zapewnić stabilne napięcie DC.Ta stabilność umożliwia spawanie wysokiej jakości, ponieważ zasilacz bezpośrednio wpływa na proces spawania.Prostownik przekształca moc prądu przemiennego na moc prądu stałego, zmniejszając fluktuacje prądu i zapewniając stabilny łuk spawania, który poprawia wytrzymałość i jakość spawanego złącza.Ta stabilność minimalizuje wady spawania i poprawia ogólną dokładność, szczególnie w spawaniu łuku.

Rysunek 12: Prostownicy mostu używane w maszynie spawalniczej

Kolejną kluczową funkcją prostownika mostu jest zapewnienie spolaryzowanego napięcia DC.Jest to szczególnie ważne w profesjonalnych operacjach spawania, takich jak spawanie aluminium lub ze stali nierdzewnej, gdzie tworzenie warstw tlenku może wpływać na jakość spoiny.Spolaryzowane napięcie zmniejsza utlenianie, zapewniając czystszą powierzchnię spoiny i silniejszy staw.Łącząc prostownik mostka, sprzęt do spawania może zapewnić bardziej stabilny prąd wysokiej jakości, który poprawia cały proces spawania.

Aby dodatkowo wygładzić wyjście DC i zmniejszyć fluktuacje napięcia, prostowniki mostu są często używane w połączeniu z kondensatorami filtra i regulatorami napięcia.Kondensator filtra eliminuje fale i sprawia, że ​​napięcie wyjściowe jest gładsze, podczas gdy regulator napięcia zapewnia, że ​​napięcie wyjściowe jest stałe, chroniąc jakość spawania przed jonami V ariat.Ta kombinacja poprawia stabilność zasilania spawalniczego i przedłuża żywotność sprzętu.

Zasilacz wewnętrzny

Nowoczesne urządzenia elektroniczne, w tym urządzenia gospodarstwa domowego, sprzęt do kontroli przemysłowej i sprzęt komunikacyjny, wymagają stabilnego zasilania DC do prawidłowego działania.Prostownicy mostów przekształcają moc prądu przemiennego z siatki na moc prądu stałego wymaganą przez te urządzenia, a większość elementów i obwodów elektronicznych polegają na zasilaniu prądu stałego.

W prostowniku mostu cztery diody tworzą obwód mostka w celu przekształcenia zasilania prądu przemiennego na pulsującą moc prądu stałego.Następnie kondensator filtra wygładza wyjście, zmniejszając fluktuacje napięcia i wytwarzając bardziej stabilny zasilanie DC.W przypadku urządzeń wymagających precyzyjnej mocy regulator napięcia (taki jak regulator liniowy lub przełączający) zapewnia stałe i dokładne napięcie wyjściowe.Ta konfiguracja poprawia niezawodność i żywotność sprzętu, zapobiegając uszkodzeniom spowodowanym wahaniami napięcia.

W urządzeniach gospodarstw domowych prostowniki mostów są używane w wewnętrznych modułach mocy urządzeń, takich jak telewizory, systemy dźwiękowe i komputery.Na przykład w zasilaczu telewizora prostownik mostka przekształca zasilanie prądu przemiennego na zasilanie prądu stałego, który jest następnie filtrowany i stabilizowany przed rozprowadzaniem do obwodu telewizora.Zapewnia to, że napięcie pozostaje stabilne pomimo wahań zasilacza zewnętrznego, utrzymując w ten sposób jakość obrazu i dźwięku.

Sprzęt kontroli przemysłowej ma wyższe wymagania dotyczące stabilności zasilacza ze względu na złożone środowisko operacyjne.Prostownicy mostów w tych urządzeniach zapewniają stabilną zasilanie prądu stałego i poprawiają bezpieczeństwo i niezawodność systemu poprzez obwody ochrony, takie jak przepięcie i ochrona nadprądu.Na przykład w programowalnych kontrolerach logicznych (PLC) prostownicy mostów mogą działać stabilnie w różnych warunkach.

W sprzęcie komunikacyjnym, takim jak routery i przełączniki, prostowniki mostów mogą zapewnić o wysokiej stabilności, nisko szumowate.Zapewnia to niezawodną transmisję sygnału i płynne działanie sprzętu.Przekształcając AC na DC i przyjmując wydajne regulacje filtrowania i napięcia, prostowniki mostów obsługują niezawodną wydajność urządzeń komunikacyjnych w złożonych środowiskach sieciowych.

Wewnątrz ładowarki

Prostownik mostka przekształca zasilanie prądu przemiennego w stabilną zasilanie prądu stałego wymaganą do ładowania akumulatora w ładowarce.Wraz ze wzrostem przenośnych urządzeń i pojazdów elektrycznych niezbędne stały się ładowarki baterii.Prostownik zapewnia, że ​​ładowarka zapewnia stały prąd i napięcie, które spełnia określone potrzeby różnych rodzajów baterii.To stabilne źródło zasilania umożliwia wydajne ładowanie i przedłużoną żywotność baterii.

Prostownik mostka zwykle składa się z czterech diod tworzących obwód mostka.Przekształca dodatnie i ujemne pół cykli mocy prądu przemiennego w pulsującą moc DC.Chociaż ta pulsująca zasilanie DC spełnia podstawowe wymagania, nadal się zmienia.Dlatego ładowarki akumulatorów zwykle zawierają kondensatory filtracyjne w celu wygładzenia napięcia i zapewnienia bardziej stabilnego wyjścia.

Różne baterie wymagają określonych napięć ładowania i prądów.Prostownicy mostów są łączone z innymi modułami obwodów, aby zaspokoić te potrzeby.Na przykład akumulatory litowe wymagają precyzyjnego napięcia i kontroli prądu, aby zapobiec nadmierne ładowanie i nadmierne obciążenie.Prostownik integruje tryby ładowania stałego prądu i stałego napięcia i współpracuje z obwodem sterowania ładowaniem, aby zapewnić precyzyjne napięcie i prąd w celu optymalizacji procesu ładowania.

Oprócz konwersji mocy prostowniki mostów mogą również chronić ładowarki akumulatorów.Napięcie zasilające może doświadczyć chwilowego przepięcia lub przypływów, co może uszkodzić akumulator i ładowarkę.Prostownik tworzy skuteczny mechanizm ochrony wraz z komponentami ochrony, takimi jak Varistors i Bezpieczeństwa.Gdy napięcie wejściowe przekracza poziom bezpieczny, obwód ochrony szybko odcina zasilacz lub kieruje nadmiar prądu, aby chronić akumulator i ładowarkę.

Prostownicy mostów są używane nie tylko w ładowarkach dla małych urządzeń, ale także w systemach ładowania pojazdów elektrycznych o dużej mocy.Systemy te mogą obsługiwać wyższą moc i prąd, a prostowniki zapewniają bezpieczne i wydajne ładowanie dzięki ich niezawodnej wydajności.Efektywna technologia rektyfikacji i regulacji napięcia umożliwia szybkie ładowanie i wydłużenie żywotności baterii pojazdów elektrycznych.

Wewnątrz turbiny wiatrowej

W turbinie wiatrowej prostownik mostka przekształca moc prądu przemiennego wytwarzaną przez wiatr w moc prądu stałego.Ta moc DC jest podstawą późniejszej konwersji i magazynowania mocy.Turbiny wiatrowe wytwarzają energię elektryczną poprzez różne prędkości wiatru, wytwarzając niestabilną moc prądu przemiennego.Prostownik skutecznie przekształca tę zmienną moc prądu przemiennego w bardziej stabilną zasilanie prądu stałego, który jest łatwy do przechowywania lub przekształcania w zasilanie prądu przemiennego kompatybilna z siatką.

Rysunek 13: Prostownicy mostu stosowane w turbin wiatrowych

Generatory turbin wiatrowych zazwyczaj generują trójfazową moc prądu przemiennego, która jest następnie przekształcana w moc stałego za pomocą prostownika mostu.Ta konwersja stabilizuje moc i zmniejsza wpływ wahań napięcia.Zasilana zasilanie prądu stałego może być używana bezpośrednio w systemie magazynowania baterii lub przekształcana na zasilanie prądu przemiennego przez falownik, aby zoptymalizować wykorzystanie wytwarzania energii wiatrowej.

Wewnątrz turbiny wiatrowej prostownik mostka, obwód filtra i obwód ochrony tworzą kompleksowy system konwersji i zarządzania mocą.Obwód filtracyjny wygładza naprawioną moc prądu stałego, zmniejsza fluktuacje napięcia i fale oraz osiąga stabilne wyjście.Obwód ochrony zapobiega przepięciu i nadmiernym uszkodzeniu, zapewniając bezpieczeństwo i niezawodność systemu.

Ze względu na surowe warunki środowiskowe, takie jak obszary morskie lub górzysty, systemy wytwarzania energii wiatrowej wymagają wysokiej niezawodności i trwałości.Prostownicy mostów muszą wytrzymać takie warunki, aby zapewnić długoterminowe działanie.Wysokiej jakości materiały i zaawansowane procesy produkcyjne poprawiają trwałość i stabilność modułów prostowników, poprawiają wydajność systemu, zmniejszają koszty konserwacji i rozszerzają żywotność obsługi sprzętu.

Zastosowanie prostowników mostów w turbin wiatrowych pozwala na wydajną konwersję i zarządzanie mocą.Te prostowniki poprawiają wydajność konwersji energii i jakość mocy, promują rozwój energii odnawialnej i zmniejszają zależność od paliw kopalnych.Ponieważ czyste źródła energii, takie jak energia wiatru, stają się integralną częścią globalnej mieszanki energii, prostownicy mostów odgrywają kluczową rolę w tej transformacji.

Wykrywanie amplitudy modulowanego sygnału

W systemach komunikacji elektronicznej konieczne jest wykrycie amplitudy modulowanego sygnału.Proces ten jest szczególnie ważny w komunikacji częstotliwości radiowej (RF) i przetwarzaniu sygnału audio.Prostownicy mostów przekształcają sygnały prądu przemiennego na sygnały DC, dzięki czemu wykrywanie amplitudy jest łatwiejsze i dokładniejsze.Przekształcając złożone sygnały prądu przemiennego na mierzalne napięcia DC, prostowniki umożliwiają precyzyjne wykrywanie amplitudy.

Składa się z czterech diod w obwodzie mostu, prostownik mostka przetwarza zarówno dodatnie, jak i ujemne połowy cykli AC, wytwarzając gładszą, bardziej stabilną moc DC.Wyprostowane napięcie DC jest proporcjonalne do amplitudy oryginalnego sygnału, co umożliwia dokładny pomiar amplitudy modulowanego sygnału.

Prostownicy mostów są niezbędne w obwodach wykrywania amplitudy w odbiornikach i nadajnikach RF.Obwody te monitorują siłę sygnału w czasie rzeczywistym, umożliwiając niezbędne regulacje stabilnej i wysokiej jakości transmisji sygnału.Są one również powszechne w urządzeniach audio, takich jak wzmacniacze i obwody kontroli głośności, gdzie wykrywanie amplitudy sygnału audio pozwala na dynamiczne regulacje objętości w celu ulepszonego słuchania.

Aby poprawić dokładność wykrywania amplitudy, prostowniki mostu są często sparowane z obwodami filtrowania i amplifikacji.Obwód filtracyjny wygładza skorygowany sygnał DC poprzez usunięcie fal, podczas gdy obwód wzmacniacza zwiększa amplitudę sygnału, poprawiając w ten sposób czułość i dokładność wykrywania.Ta kombinacja działa z różnorodnymi sygnałami i częstotliwościami modulacji, zapewniając niezawodne wsparcie techniczne dla wielu aplikacji.

Oprócz urządzeń komunikacyjnych i audio prostowników mostów są również używane w systemach radarowych do wykrywania amplitudy sygnału echa, pomagając określić odległość i rozmiar celu.W sprzęcie medycznym pomagają wykryć amplitudę sygnałów elektrokardiogramu (ECG), zapewniając cenne dane do diagnozowania chorób.

Przekształcanie wysokiego prądu przemiennego na niskie napięcie DC

Prostownicy mostów są szeroko stosowane w elektronice energetycznej do konwersji wysokiego napięcia prądu przemiennego na niskie napięcie DC do zastosowań takich jak adaptery energetyczne, sprzęt przemysłowy i różne urządzenia elektroniczne.Prostownicy zapewniają niezawodne działanie urządzeń, które wymagają zasilania prądu stałego o niskim napięciu, skutecznie przekształcając prąd przemienny o wysokim napięciu z głównego zasilania.

Prostownik mostka działa przy użyciu czterech diod do utworzenia obwodu mostu w celu naprawienia dwóch pół-cykli mocy wejściowej AC i przekształcania go w pulsującą moc prądu stałego.Chociaż ta pulsująca zasilanie DC zawiera pewne tętnienie, późniejsze regulacja filtrowania i napięcia wytwarza stabilną moc stałego napięcia.Filtruj kondensatory wygładzają fluktuacje napięcia, podczas gdy regulatory napięcia zapewniają, że napięcie wyjściowe jest precyzyjne, gwarantując spójną wydajność urządzenia.

Prostownicy mostu nie tylko wykonują konwersję napięcia, ale także chronią obwody.Na przykład w urządzeniach przemysłowych AC o wysokim napięciu może napotkać przepięcie po przekształceniu w DC o niskim napięciu.Łączenie prostowników z obwodami ochrony przepięcia i bezpieczników zapewnia bezpieczeństwo sprzętu.Jeśli napięcie wejściowe przekracza bezpieczny poziom, obwód ochrony szybko odcina zasilanie lub ogranicza prąd, aby zapobiec uszkodzeniom.

W adapterach mocy prostownicy mostów są niezbędnymi komponentami.Na przykład ładowarki telefonów komórkowych używają prostowników mostów do konwersji 220V AC na DC, który jest następnie filtrowany i ustępowany, aby wysłać stabilny prąd stałowy 5 V lub 9V do ładowania.Proces ten zapewnia bezpieczne, wydajne ładowanie i rozszerza żywotność baterii.

Sprzęt przemysłowy często wymaga niskiego napięcia zasilania DC do zasilania obwodów wewnętrznych i systemów sterowania.Prostownicy mostów konwertują wysokie napięcie przemysłowe prąd przemiennego na odpowiedni DC o niskim napięciu, aby zapewnić normalne działanie urządzeń, takich jak maszyna do CNC i systemy sterowania silnikiem.Rozpraszanie ciepła i wydajność są wyzwaniami w przekształcaniu prądu przemiennego o wysokim napięciu na DC o niskim napięciu.Ponieważ rektyfikacja generuje ciepło, prostowniki mostów są często wyposażone w ciepło lub wykonane z wysokowydajnych materiałów półprzewodnikowych w celu poprawy wydajności i trwałości.

Prostownik mostowy vs. prostownik półfalowy

Prostownicy mostów i prostowniki półfalowe są typowymi typami prostowników, ale różnią się znacznie pod względem budowy, wydajności i zastosowań.Zrozumienie tych różnic może pomóc Ci wybrać najbardziej odpowiednie rozwiązanie do rektyfikacji dla różnych aplikacji.

Prostownik mostka

Prostownik mostka jest bardziej wydajny, ponieważ przekształca zasilanie w całym cyklu prądu przemiennego.Wykorzystuje cztery diody ułożone w konfiguracji mostu, pozwalając mu obsłużyć zarówno dodatnie, jak i ujemne pół cykli wejścia prądu przemiennego.Ponieważ stosuje się całe napięcie wejściowe, napięcie wyjściowe jest wyższe.Po podłączeniu prostownika mostu możesz natychmiast zauważyć jego wydajność.Napięcie wyjściowe jest gładsze i wyższe niż napięcie prostownika półfalowego.Ta wydajność jest powodem, dla którego prostowniki mostów są stosowane w wysokowydajnych zasilaczach, takich jak zasilacze, sprzęt spawalniczy i systemy kontroli przemysłowej.Stabilne wyjście DC sprawia, że ​​idealnie nadaje się do aplikacji wymagających stabilnej mocy.

Półprzewodnikowy prostownik

Półprzewodnikowy prostownik jest prostszy i wymaga tylko jednej diody do podstawowej rektyfikacji.Prowadzi tylko podczas dodatniego pół-cyklu wejściowego prądu przemiennego, umożliwiając przepuszczanie prądu tylko w tym okresie.Ujemny pół cyklu jest blokowany, co powoduje pulsujące wyjście DC, które zawiera tylko dodatni prąd pół cyklu.Używając prostownika półfalowego, zauważysz jego prostotę.Jest łatwy do skonfigurowania, ale wyjście jest mniej wydajne, z niższym napięciem i większym falą.To sprawia, że ​​nadaje się do urządzeń o niskiej mocy, które nie wymagają jakości o dużej mocy, takich jak proste ładowarki i obwody przetwarzania sygnałów o niskiej mocy.

Porównanie i zastosowanie

Wydajność i stabilność: prostowniki mostu zapewniają wyższą wydajność i stabilność.Wykorzystują pełny cykl AC, co powoduje gładszą moc DC z minimalną falą.Po sparowaniu z obwodem filtrującym tętnienie napięcia wyjściowego jest jeszcze bardziej zmniejszone, zapewniając stabilne i gładkie napięcie prądu stałego.To sprawia, że ​​nadają się do zastosowań wymagających dużej jakości.

Złożoność i koszty: prostowniki mostu są bardziej złożone w budownictwie i wymagają czterech diod.Jednak postępy w elektronice zmniejszyły koszty i wielkość tych komponentów, dzięki czemu prostownicy mostów są łatwiej dostępne.

Prostota i opłacalność: prostowniki półfalowe są proste w budownictwie i niskie koszty, dzięki czemu są korzystne dla zastosowań, w których wysoka jakość energii nie jest ważna.Są idealne do małych obwodów o niskiej mocy, takich jak te w urządzeniach przenośnych lub tanie elektronika.Chociaż mają one niższą wydajność i większe fluktuacje napięcia, ich prostota czyni je niedrogim wyborem dla niektórych zastosowań.

Wybór odpowiedniego prostownika

Wybór między prostownikiem mostu a prostownikiem półfalowym zależy od konkretnych wymagań aplikacji.Dla wysokiej wydajności i stabilnej mocy wyjściowej jest najlepszym wyborem prostownika mostu.Dla uproszczenia i niskich kosztów, szczególnie w zastosowaniach o niskiej mocy, prostownik półfalowy może być bardziej odpowiedni.

Porównanie prostowników mostu i przełączników prądu przemiennego

Prostownicy mostów i przełączniki prądu przemiennego odgrywają różne role w elektronice energetycznej.Prostownicy mostu konwertują prąd przemienny (AC) na prąd stały (DC), podczas gdy przełączniki prądu przemiennego kontrolują stan wyłączania obwodu prądu przemiennego.Zrozumienie ich funkcji i aplikacji pomaga skutecznie projektować i korzystać z urządzeń elektronicznych.

Prostownik mostka

Prostownik mostka przekształca dodatnie i ujemne pół cykli prądu przemiennego w prąd stałowy.Osiąga się to za pomocą czterech diod, które zachowują się naprzemiennie, zapewniając, że prąd prądu przemiennego przepływa w jednym kierunku, co powoduje pulsujące wyjście DC.Używając prostowników mostów, zauważysz, jak skutecznie przekształcają AC na prąd stałowy w całym cyklu.Napięcie wyjściowe jest wyższe i gładsze, szczególnie w połączeniu z kondensatorami filtra i regulatorami napięcia, które mogą zmniejszyć fluktuacje i zapewniać stabilne DC.Te cechy sprawiają, że prostowniki mostów są idealne do adapterów energetycznych, sprzętu do spawania i systemów kontroli przemysłowej, w których wymagany jest stabilny i niezawodny zasilanie.

Przełączniki prądu przemiennego

Przełączniki prądu przemiennego używają elektronicznych elementów przełączających, takich jak tyrystory, dwukierunkowe tyrystory lub przekaźniki w stanie stałym w celu kontrolowania przewodzenia i rozłączenia obwodów prądu przemiennego.W przypadku przełączników prądu przemiennego przekonasz się, że szybko reagują, mają długą żywotność i są bardzo niezawodne.Mogą działać na wysokich częstotliwościach, dzięki czemu są odpowiednie do aplikacji wymagających częstego przełączania, takich jak urządzenia domowe, systemy oświetleniowe i kontrola automatyzacji przemysłowej.Skutecznie zarządzają dystrybucją energii, zapewniając, że systemy działają bezpiecznie i wydajnie.

Połączone aplikacje

W niektórych systemach prostowniki i przełączniki prądu przemiennego są używane razem do złożonego zarządzania energią i kontrolą.Na przykład w systemie nieprzerwanego zasilacza (UPS) prostownik mostu przekształca zasilanie prądu przemiennego na zasilanie prądu stałego w celu przechowywania akumulatora i użycia falownika.Przełącznik prądu przemiennego kontroluje przełączanie zasilania, zapewniając ciągłą moc podczas głównej awarii zasilania, szybko przełączając się na źródło zasilania kopii zapasowej.Ta kombinacja wykorzystuje mocne strony obu komponentów, aby zapewnić stabilne i niezawodne rozwiązanie mocy.

Względy projektowe

Projektowanie i wybór prostownika mostu i przełącznik prądu przemiennego obejmuje różne czynniki.W przypadku prostownika mostu rozważ napięcie wejściowe i specyfikacje prądu, wydajność rektyfikacji, zarządzanie termicznie i rozmiar fizyczny.W przypadku przełączników prądu przemiennego zwróć uwagę na oceny napięcia i prądu, prędkość przełączania, wytrzymałość i kompatybilność elektromagnetyczną.Inżynierowie muszą wybrać odpowiednie komponenty na podstawie określonych wymagań aplikacji, aby osiągnąć optymalną wydajność i niezawodność.

Wniosek

Prostownicy mają ogromne znaczenie w systemach elektronicznych i zasilania.Niezależnie od tego, czy jest to prostownik półfalowy, prostownik pełnej fali, czy prostownik mostowy, wszystkie odgrywają kluczową rolę w różnych scenariuszach aplikacji.Prostownicy mostów są szeroko stosowane w wysokowydajnych zasilaczach, sprzęcie spawalniczym i systemach kontroli przemysłowej ze względu na ich wysoką wydajność i stabilność.Półprzewodnikowe prostowniki nadają się do urządzeń elektronicznych o niskiej mocy ze względu na ich prostą strukturę i niski koszt.Podczas projektowania i wybierania prostowników inżynierowie muszą kompleksowo rozważyć takie czynniki, jak napięcie wejściowe, specyfikacje bieżące, wydajność rektyfikacji i zarządzanie termicznie zgodnie z określonymi wymaganiami dotyczącymi zastosowania w celu zapewnienia optymalnej wydajności i niezawodności.Opracowanie i zastosowanie prostowników nie tylko poprawiają wydajność i stabilność sprzętu elektronicznego, ale także promują postęp technologiczny i modernizację przemysłową.

Często zadawane pytania [FAQ]

1. Jakie są zalety prostownika mostu?

Wysoka wydajność: prostownicy mostu przekształcają obie połówki cyklu AC na DC, czyniąc je bardziej wydajnymi niż prostowniki półfalowe, które wykorzystują tylko połowę cyklu AC.Oznacza to, że marnuje się mniej energii, a do obciążenia dostarczane jest więcej mocy.

Wyższe napięcie wyjściowe: Ponieważ prostowniki mostu używają pełnego przebiegu AC, powstałe napięcie wyjściowe DC jest wyższe w porównaniu do prostowników półfalowych.Prowadzi to do solidniejszego zasilania.

Zmniejszona fala: Proces rektyfikacji pełnej fali wytwarza gładszą moc DC z mniejszą ilością tętnienia (fluktuacje) w porównaniu do rektyfikacji półfalowej.Ta gładsza moc jest kluczowa dla wrażliwych urządzeń elektronicznych.

Niezawodne i trwałe: Zastosowanie czterech diod w konfiguracji mostu zapewnia lepszą niezawodność i trwałość.Nawet jeśli jedna dioda się nie powiedzie, obwód może nadal funkcjonować, choć ze zmniejszoną wydajnością.

Nie potrzebujesz transformatora w centrum: w przeciwieństwie do prostowników pełnej fali, które wymagają transformatora o środku, prostowniki mostów nie potrzebują tego, dzięki czemu projekt jest prostszy i często tańszy.

2. Dlaczego cztery diody są stosowane w prostownikach mostów?

Pewna rektyfikacja: głównym powodem użycia czterech diod jest osiągnięcie rektyfikacji pełnej fali.Oznacza to, że stosowane są zarówno dodatnie, jak i ujemne połówki cyklu AC, co zwiększa wydajność i napięcie wyjściowe prostownika.

Kontrola kierunku: Diody są ułożone w konfiguracji mostu, która kieruje przepływem prądu.Podczas dodatniego pół-cyklu wejścia prądu przemiennego przeprowadzają dwa diody i pozwalają prądowi przechodzić przez obciążenie w jednym kierunku.Podczas ujemnego pół-cyklu pozostałe dwa diody prowadzą, ale nadal kierują prądem przez obciążenie w tym samym kierunku.Zapewnia to spójne wyjście DC.

Wykorzystanie napięcia: Za pomocą czterech diod prostownik mostka może wykorzystywać całe napięcie prądu przemiennego, maksymalizując wydajność konwersji mocy.Każda para diody prowadzi naprzemiennie, zapewniając, że obciążenie zawsze widzi prąd jednokierunkowy.

3. Jakie są wady prostowników mostów?

Kropla napięcia: Każda dioda w prostowniku mostu wprowadza mały spadek napięcia (zwykle 0,7 V dla diod krzemowych).Przy czterech diodach powoduje to całkowity spadek napięcia o około 1,4 V, nieznacznie zmniejszając napięcie wyjściowe.

Złożoność: obwód prostownika mostu jest bardziej złożony niż prosty prostownik półfalowy, ponieważ wymaga czterech diod zamiast jednego.Może to zwiększyć złożoność projektu i zespołu obwodu.

Utrata mocy: spadek napięcia na diodach przekłada się również na utratę mocy, co może być znaczące w zastosowaniach o wysokiej prądu.Zmniejsza to ogólną wydajność zasilania.

Generowanie ciepła: Utrata mocy w diodach powoduje wytwarzanie ciepła, co może wymagać dodatkowych pomiarów chłodzenia, takich jak ciepła, aby zapobiec przegrzaniu, szczególnie w zastosowaniach o dużej mocy.

4. Co się stanie, jeśli umieścisz DC do prostownika mostu?

Brak rektyfikacji: prostownik mostka jest zaprojektowany do konwersji prądu przemiennego na DC poprzez umożliwienie przepuszczania prądu przez diody w jednym kierunku.Jeśli zastosujesz DC do wejścia, diody nie przełączają ani nie naprawić prądu, ponieważ DC jest już jednokierunkowe.

Spadek napięcia: DC przechodzi przez dwa diody jednocześnie (po jednym w każdej nodze mostu), powodując spadek napięcia o około 1,4 V (0,7 V na diodę).Oznacza to, że wyjściowe napięcie prądu stałego będzie nieco niższe niż napięcie wejściowe DC.

Generowanie ciepła: Prąd przechodzący przez diody wytwarza ciepło z powodu rozpraszania mocy (p = i²r).Ciepło to może stać się znaczące, jeśli prąd wejściowy jest wysoki, potencjalnie uszkadzając diody lub wymaga miar rozpraszania ciepła.

Możliwe przeciążenie: Jeśli zastosowane napięcie prądu stałego jest znacznie wyższe niż napięcie znamionowe diody, może powodować rozkład diody, prowadząc do awarii obwodu.Właściwe oceny napięcia należy przestrzegać, aby uniknąć uszkodzeń.