Diodų tilto lygintuvas yra grandinė, kuri keičia kintamąją srovę į nuolatinę srovę, naudodama keturis tiltelyje išdėstytus diodus. Jis veikia tiek teigiamų, tiek neigiamų ciklų metu, todėl yra efektyvesnis nei pusės bangos tipai. Šiame straipsnyje išsamiai paaiškinamos jo funkcijos, išėjimo įtampa, pasirinkimas, efektyvumas, transformatoriaus naudojimas, pulsacijos valdymas ir programos.
CC4. Diodų tilto pasirinkimas ir įvertinimai
Diodų tilto lygintuvas
Diodų tilto lygintuvas yra grandinė, kuri kintamąją srovę (AC) keičia į nuolatinę srovę (DC). Jame naudojami keturi diodai, išdėstyti specialia forma, vadinama tiltu. Šios sąrankos tikslas yra užtikrinti, kad elektros srovė visada judėtų viena kryptimi per apkrovą.
Kintamosios srovės srovė keičia kryptį daug kartų per sekundę. Tilto lygintuvas veikia tiek teigiamoje, tiek neigiamoje šio ciklo dalyse. Dėl to jis yra efektyvesnis nei pusės bangos lygintuvas, kuris veikia tik per pusę ciklo. Rezultatas yra pastovus nuolatinės srovės srautas, kurį gali naudoti elektroniniai prietaisai.
Pagrindinė diodų tilto lygintuvo funkcija
Teigiamo kintamosios srovės įvesties pusės ciklo metu du diodai praleidžia ir leidžia srovei tekėti per apkrovą. Kai įėjimas persijungia į neigiamą pusę ciklo, kiti du diodai įsijungia ir nukreipia srovę ta pačia kryptimi per apkrovą. Šis kintamasis laidumas užtikrina, kad apkrova visada gautų srovę, tekančią viena kryptimi, todėl pulsuoja nuolatinės srovės išvestis. Kai į grandinę pridedamas kondensatorius arba filtras, pulsuojanti nuolatinė srovė išlyginama, sukuriant stabilesnę ir nuolatinę nuolatinę įtampą.
Diodų tilto išėjimo įtampa
Vidutinė nuolatinės srovės išvestis
Vidutinė nuolatinės srovės išėjimo įtampa, pavaizduota formule
vidutinė įtampa, išmatuota visoje apkrovoje po ištaisymo. Tai rodo efektyvų pulsuojančios išvesties nuolatinės srovės lygį ir padeda apibūdinti, kiek naudojamos nuolatinės srovės grandinė sukuria iš kintamosios įvesties.
RMS vertė
RMS (šaknies vidurkis kvadratas) įtampa apskaičiuojama pagal formulę
RMS yra ekvivalentinės pastovios įtampos nustatymo metodas, tiekiantis tokią pačią galią kaip kintamosios srovės bangos forma. Tai leidžia realistiškiau suprasti ištaisyto signalo šildymo efektą arba galios pajėgumą, nes atspindi, kiek energijos signalas laikui bėgant gali perduoti apkrovai.
Efektyvi nuolatinė srovė su diodų lašais
Praktinėse grandinėse tikri diodai nėra tobuli ir sukelia įtampos kritimus. Efektyvioji nuolatinės srovės išvestis, atsižvelgiant į šiuos kritimus, gali būti išreikšta taip:
Kiekvienas laidus tiltelio kelias apima du diodus, ir abu prisideda prie įtampos kritimo, kuris sumažina faktinę nuolatinės srovės išvestį.
• Silicio diodams Vf ≈ 0,7 V
• Schottky diodams Vf ≈ 0,3 V
Tai sumažina faktinę nuolatinės srovės išvestį, palyginti su idealiu atveju.
Diodų tilto pasirinkimas ir įvertinimai
Diodų pasirinkimo veiksniai
• Tiesioginė srovė (Jei): diodo nuolatinė srovė turi viršyti maksimalią nuolatinės srovės apkrovos srovę. Visada rinkitės su 25–50% saugumo marža.
• Viršįtampio srovės įvertinimas (Ifsm): Paleidžiant, ypač įkraunant didelius filtrų kondensatorius, diodas susiduria su kelis kartus didesniais įsibrovimo viršįtampiais nei pastovi srovė. Aukštas Ifsm reitingas užtikrina, kad diodas nesugestų esant šiems impulsams.
• Didžiausia atvirkštinė įtampa (PIV): kiekvienas diodas turi atlaikyti maksimalią kintamosios srovės smailę, kai yra atvirkštinis. Bendra taisyklė yra pasirinkti PIV bent 2–3 kartus didesnį už RMS įvesties kintamosios srovės tūrįtage.
• Tiesioginis įtampos kritimas (Vf): mažesnis Vf reiškia mažesnius energijos nuostolius ir kaitinimą. Schottky diodai turi labai mažą Vf, bet paprastai mažesnes PIV ribas, o silicio diodai yra standartiniai aukštos įtampos programoms.
Dažniausiai naudojami tilto lygintuvų diodai
| Diodas / modulis | Dabartinis reitingas | Didžiausia įtampa |
|---|---|---|
| 1N4007 | 1 A | 1000 V |
| 1N5408 | 3 A | 1000 V |
| KBPC3510 | 35 A | 1000 V |
| Schottky (1N5819) | 1 A | 40 V |
Diodų tilto efektyvumas ir šilumos valdymas
Nuostolių šaltiniai
Visos bangos tiltelyje srovė teka per du diodus vienu metu. Kiekvienas lašas paprastai yra 0,6–0,7 V silicio diodams arba 0,2–0,4 V Schottky tipams. Galima apskaičiuoti bendrą šilumos prarastą galią:
Jei šiluma nevaldoma, sankryžos temperatūra pakyla, o tai pagreitina diodų nusidėvėjimą ir gali sukelti katastrofišką gedimą.
Šilumos valdymo strategijos
• Naudokite mažo Vf įrenginius: Schottky diodai žymiai sumažina laidumo nuostolius. Greito atkūrimo diodai geriau tinka aukšto dažnio lygintuvams.
• Šilumos išsklaidymo metodai: pritvirtinkite diodus arba tiltų modulius prie radiatorių. Pasirinkite metalinius tiltų lygintuvus su įmontuotais šiluminiais takais. Pasirūpinkite pakankamu PCB vario užpilimu aplink diodų trinkeles.
• Sistemos lygio aušinimas: oro srauto ir vėdinimo korpusuose projektavimas. Stebėkite darbinę temperatūrą pagal sumažinimo kreives.
Diodų tilto ir transformatoriaus naudojimas
Visiškas apvijos panaudojimas
Centrinio čiaupo lygintuve per kiekvieną pusciklą praleidžia tik pusė antrinės apvijos, o kita pusė lieka nenaudojama. Priešingai, diodinis tiltas naudoja visą antrinę apviją abiejų pusciklių metu, užtikrindamas visišką transformatoriaus panaudojimą ir didesnį efektyvumą.
Nereikia centrinio čiaupo
Pagrindinis tilto lygintuvo privalumas yra tas, kad jam nereikia transformatoriaus su centriniu sriegiu. Tai supaprastina transformatoriaus konstrukciją. Sumažina vario naudojimą ir sąnaudas. Dėl to lygintuvas labiau tinka kompaktiškiems maitinimo šaltiniams.
Transformatoriaus panaudojimo koeficientas (TUF)
Transformatoriaus panaudojimo koeficientas (TUF) matuoja, kaip efektyviai naudojamas transformatoriaus įvertinimas:
| Lygintuvo tipas | TUF vertė |
|---|---|
| Centrinis bakstelėjimas visos bangos | 0,693 |
| Tilto lygintuvas | 0,812 |
Diodų tilto virpėjimas ir išlyginimas
Bangavimo pobūdis
Kai kintamoji srovė praeina per tilto lygintuvą, tiek teigiama, tiek neigiama pusės yra ištaisytos, todėl gaunama nepertraukiama išvestis. Įtampa vis tiek kyla ir krenta su kiekvienu pusciklu, sukurdama bangavimą, o ne visiškai plokščią nuolatinės srovės liniją. Pulsacijos dažnis yra dvigubai didesnis už kintamosios srovės įvesties dažnį:
• 50 Hz tinklo → 100 Hz bangavimas
• 60 Hz tinklo → 120 Hz bangavimas
Pulsacijos faktoriaus palyginimas
| Lygintuvo tipas | Pulsacijos koeficientas (γ) |
|---|---|
| Pusės bangos lygintuvas | 1.21 |
| Centrinis bakstelėjimas visos bangos | 0,482 |
| Tilto lygintuvas | 0,482 |
Išlyginimas filtrais
| Filtro tipas | Aprašymas | Funkcija |
|---|---|---|
| Kondensatoriaus filtras | Didelis elektrolitinis kondensatorius yra prijungtas per apkrovą. | Įkraunama įtampos piko metu ir iškrova kritimo metu, išlygindama ištaisytą bangos formą. |
| RC arba LC filtrai | RC filtras naudoja rezistorių-kondensatorių; LC filtras naudoja induktorių-kondensatorių. | RC prideda paprastą išlyginimą; LC efektyviai valdo didesnes sroves ir geriau sumažina pulsaciją. |
| Reguliatoriai | Gali būti linijinis arba perjungimo tipas. | Užtikrina stabilią nuolatinės srovės išvestį, palaikant pastovią įtampą, nepriklausomai nuo apkrovos pokyčių. |
Diodų tilto variantai ir pritaikymas
| Tipas | Argumentai "už" | Minusai |
|---|---|---|
| Standartinis diodinis tiltas | Paprastas dizainas, nebrangus ir plačiai naudojamas. | Didesni tiesioginės įtampos nuostoliai (\~1,4 V iš viso su silicio diodais). |
| Schottky tiltas | Labai mažas priekinės įtampos kritimas (\~0,3–0,5 V vienam diodui), greitas perjungimo greitis. | Žemesnė atvirkštinė įtampa (≤ 100 V). |
| Sinchroninis tiltas (MOSFET) | Itin didelis efektyvumas su minimaliais laidumo nuostoliais, tinka didelės srovės konstrukcijoms. | Reikalinga sudėtingesnė valdymo grandinė ir didesnė komponentų kaina. |
| SCR / valdomas tiltas | Leidžia valdyti išėjimo įtampą fazės kampu ir palaiko didelę galią. | Reikalinga išorinė paleidimo grandinė ir gali sukelti harmoninį iškraipymą. |
Diodų tilto problemos, testavimas ir trikčių šalinimas
Dažni spąstai
• Neteisinga diodo orientacija – nesukelia išėjimo arba net tiesioginio trumpojo ryšio su transformatoriumi.
• Mažo dydžio kondensatoriaus filtras - sukelia didelį pulsaciją ir nestabilią nuolatinės srovės išvestį.
• Perkaitę diodai - atsiranda, kai nepakanka srovės ar šilumos išsklaidymo.
• Prastas PCB išdėstymas - ilgi pėdsakai ir nepakankamas vario plotas padidina atsparumą ir kaitinimą.
Trikčių šalinimo įrankiai
• Multimetras (diodų bandymo režimas): matuoja kritimą į priekį (~0,6–0,7 V siliciui, ~0,3 V Schottky) ir patvirtina blokavimą atvirkščiai.
• Osciloskopas: vizualizuoja pulsacijos turinį, didžiausią įtampą ir bangos formos iškraipymus esant apkrovai.
• IR termometras arba šiluminė kamera: aptinka per didelį diodų, kondensatorių ar pėdsakų įkaitimą esant apkrovai.
• LCR matuoklis: matuoja filtro kondensatoriaus vertę, kad patikrintų, ar laikui bėgant nėra pablogėjimo.
Diodų tilto programos
Maitinimo šaltiniai
Naudojamas radijo imtuvų, televizorių, stiprintuvų ir prietaisų su filtrų kondensatoriais ir reguliatoriais kintamosios srovės ir nuolatinės srovės tiekimuose.
Akumuliatorių įkrovikliai
Naudojamas automobilių įkrovikliuose, keitikliuose, UPS ir avariniuose žibintuose, kad būtų užtikrinta kontroliuojama nuolatinė baterijų srovė.
LED tvarkyklės
Konvertuokite kintamąją srovę į nuolatinę LED lemputes, plokštes ir gatvių žibintus, sumažindami mirgėjimą naudodami kondensatorius ir tvarkykles.
Variklio valdymas
Užtikrinkite nuolatinę srovę ventiliatoriams, mažiems varikliams, ŠVOK ir pramoniniams valdikliams, kad užtikrintumėte sklandų veikimą.
Išvada
Diodų tilto lygintuvas yra patikimas būdas konvertuoti kintamąją srovę į nuolatinę srovę. Naudojant visą kintamosios srovės ciklą ir išvengiant centrinio čiaupo, užtikrinama stabili nuolatinė srovė. Tinkamai pasirinkus diodus, kontroliuojant šilumą ir filtruojant, užtikrinamas efektyvus maitinimo šaltinių, įkroviklių, apšvietimo sistemų ir variklio valdymo veikimas.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kuo skiriasi vienfaziai ir trifaziai tiltiniai lygintuvai?
Vienfazis naudoja 4 diodus vienai kintamosios srovės įvestiai; Trifazis naudoja 6 diodus su trimis įėjimais, užtikrinančiais sklandesnę nuolatinę srovę ir mažesnį pulsavimą.
Ar tilto lygintuvas gali veikti be transformatoriaus?
Taip, bet tai nesaugu, nes nuolatinės srovės išėjimas nėra izoliuotas nuo elektros tinklo.
Kas atsitiks, jei sugenda vienas tilto lygintuvo diodas?
Trumpas diodas gali perpūsti saugiklius arba sugadinti transformatorių; Atviras diodas priverčia grandinę veikti kaip pusės bangos lygintuvas su dideliu pulsavimu.
Kokį maksimalų dažnį gali valdyti diodų tiltas?
Standartiniai diodai veikia iki kelių kHz; Schottky arba greito atkūrimo diodai apdoroja dešimtis ar šimtus kHz.
Ar tilto lygintuvus galima sujungti lygiagrečiai, kad būtų daugiau srovės?
Taip, bet jiems reikia balansavimo metodų, tokių kaip serijiniai rezistoriai; Priešingu atveju srovė gali tekėti netolygiai ir perkaisti diodus.