Неуправляемые однофазные схемы выпрямления

В одной из прошлых статей мы рассмотрели что такое выпрямительное устройство. Сегодня же мы уделим особое внимание схемам однофазных выпрямителей, которые нашли широкое применение в любой электронной аппаратуре от зарядных устройств, до аппаратуры связи. В данной статье мы рассмотрим выпрямительные устройства, содержащие в себе только трансформатор и диодный блок, сглаживающие фильтры будут рассмотрены позже.

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Изучение выпрямительных устройств зачастую всегда начинается с рассмотрения самой простой схемы однотактного однофазного однополупериодного выпрямителя. Эта схема лучше других иллюстрирует принцип действия выпрямительного диода, а заодно освежает в памяти принцип действия полупроводникового диода. Схема и диаграммы, поясняющие работу однополупериодной схемы изображены на рисунке 1.

Однофазная однополупериодная схема выпрямления

Рисунок 1 – Однофазная однополупериодная схема выпрямления (а) и диаграммы поясняющие её работу (б)

Рассмотрим принцип действия. При подключении к схеме источника питания U0, на зажимах вторичной обмотки трансформатора возникает Электродвижущая сила (ЭДС), изображённая на верхней диаграмме рисунка 1б. В первый момент времени от 0 до π, ЭДС имеет положительное значение, следовательно ток будет протекать от условно положительного полюса через точку «А», диод VD1, нагрузку Rн и через точку «Б» в отрицательный полюс вторичной обмотки трансформатора.

На интервале времени от π до 2π, за счёт ВАХ диода VD1 напряжение на нагрузке будет отсутствовать, так как диод пропускает ток только в одном направлении. Следовательно, на нижней диаграмме рисунка 1б видим нулевое значение напряжения на нагрузке. Однополупериодной схема названа потому, что выпрямляет только половину периода, образуя импульсное напряжение.

Схема применяется в некоторых зарядных устройствах мобильных телефонов. Основными достоинствами схемы являются минимальный набор деталей, низкая стоимость и простое схематическое решение.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель

Однофазная двухполупериодная схема выпрямления также называется схемой со средней точкой или нулевым выводом, а также в некоторых схемах можно встретить название схема Герца. Схема и диаграммы, поясняющие работу изображены на рисунке 2.

Однофазная двухполупериодная схема выпрямления

Рисунок 2 – Однофазная двухполупериодная схема выпрямления (а) и диаграммы поясняющие её работу (б)

Рассмотрим принцип действия. Так как в схеме применён трансформатор со средней точкой, на выходе которого мы получаем две синусоиды e21 и e22 в противофазе друг к другу.

В период от нуля до π, ЭДС e21 имеет положительное значение относительно средней точки трансформатора, а ЭДС e22 имеет отрицательное значение. Полярность ЭДС указана на схеме без скобок. Следовательно на этом временном интервале будет открыт диод VD1, диод VD2 будет закрыт. Ток будет протекать от точки «А», через диод VD1 и нагрузку Rн в точку «0» на вторичной обмотке трансформатора.

На следующем интервале времени от π до 2π, полярность ЭДС на вторичной обмотке трансформатора меняет свой знак на указанный в скобках, закрывается диод VD1, открывается диод VD2. Ток будет протекать от точки «Б», через диод VD2 и нагрузку Rн в точку «0» на вторичной обмотке трансформатора.

Основным недостатком схемы является то, чтобы получить одинаковое напряжения во вторичной обмотке трансформатора нужно использовать минимум в два раза больше витков, чем в мостовой схеме, что является неэкономичным расходом медного провода.

Главным плюсом над однополупериодной схемой является пульсации выпрямленного напряжения минимум в два раза меньше, следовательно сглаживающий фильтр можно сконструировать из конденсаторов, имеющих ёмкость гораздо меньше.

Схема активно применяется в выходных каскадах импульсных блоков питания персональных компьютеров.

Однофазный мостовой выпрямитель

Также называется двухполупериодный мостовой выпрямитель. Схема и диаграммы, поясняющие работу изображены на рисунке 3.

Однофазная мостовая схема выпрямления

Рисунок 3 – Однофазная мостовая схема выпрямления (а) и диаграммы поясняющие её работу (б)

Рассмотрим принцип действия однофазной мостовой схемы выпрямления. На интервале времени от 0 до π ЭДС на вторичной обмотке трансформатора имеет положительное значение. На этом временном интервале будут открыты диагональные диоды VD2 и VD3. Следовательно, ток потечёт от точки «А» через диод VD3, нагрузку Rн, диод VDв точку «Б» и во вторичную обмотку трансформатора. На интервале времени от π до 2π, ЭДС изменит своё значение на отрицательное, диоды VD2 и VD3 закроются, диоды VD1 и VD4 откроются. Следовательно ток будет протекать от отрицательного полюса через точку «Б», диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и через точку «А» во вторичную обмотку трансформатора. Из этого можно сделать вывод, что ток через нагрузку будет протекать только в одном направлении.

Схема нашла своё применение в высоковольтных цепях электроаппаратуры.

Итог

Чтобы выбрать конкретную схему для проектирования устройств, выбор основывается на анализе исходных данных и параметров выпрямительных диодов. На мощностях до 1 кВт, можно использовать двухполупериодную и мостовую схему. При выходных напряжениях менее 10В мостовую схему не целесообразно применять, так как падение напряжения на одновременно работающих параллельных диодах будет соизмеримо с напряжением на нагрузке. В свою очередь, двухполупериодную схему не целесообразно применять при больших напряжениях, так как обратное напряжение на диодах будет соизмеримо с нагрузкой, что повлечёт за собой использование более мощных диодов, чем для мостовой схемы.

P.S. Статья со временем будет обновляться. На данный момент в ней рассмотрены только принципы работы схем, в недалёком будущем планируется добавить расчётные формулы и параметры схем. Для более глубокого изучения выпрямительных устройств воспользуйтесь соответствующей литературой.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *