Как применить диодный мост для удвоения напряжения

Текущее время: Сб мар 16, 2024 02:14:45

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Запрошенной темы не существует.

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB
Extended by Karma MOD © 2007—2012 m157y
Extended by Topic Tags MOD © 2012 m157y

Работоспособность сайта проверена в браузерах:
IE8.0, Opera 9.0, Netscape Navigator 7.0, Mozilla Firefox 5.0
Адаптирован для работы при разрешениях экрана от 1280х1024 и выше.
При меньших разрешениях возможно появление горизонтальной прокрутки.
По всем вопросам обращайтесь к Коту: kot@radiokot.ru
©2005-2024

Диодные мосты. Принцип действия и применение

После того как сторонники переменного тока из компании Джорджа Вестингауза (George Westinghouse) одержали победу в войне токов, разразившейся в конце 1880-х — начале 1890-х гг., появление выпрямительных устройств было лишь вопросом времени. Выделим основные моменты их развития. Первые выпрямители большой мощности опирались на эффект дугового разряда в парах ртути. Патент на этот выпрямитель получил американец Питер Купер-Хьюитт (Peter Cooper Hewitt) в 1901 г.

Выпрямители на основе электрической дуги исследовал В. Ф. Миткевич, он же в 1901 г. предложил схему двухполупериодного выпрямления. Схемы одно- и двухполупериодных выпрямителей были разработаны в 1911 г. Н. Д. Папалекси. В 1924 г. несколько схем выпрямления было предложено А. Н. Ларионовым, и они используются до сих пор, кроме того, на их основе были созданы другие выпрямительные схемы. Качественный скачок в развитии выпрямительных устройств произошел в 1950-х гг., когда появились первые мощные силовые диоды.

Диодный мост: принцип работы

Принцип действия выпрямительных схем довольно прост и не нуждается в подробном описании. Тем не менее при выборе схемы выпрямления и компонентов выпрямителя есть моменты, на которые не всегда обращают внимание. На рис. 1 показана простейшая схема однополупериодного выпрямителя, работающего на активную (рис. 1б) и активно-индуктивную (рис. 1в) нагрузку. На этой и последующих схемах приняты следующие обозначения:

i1, u1 — ток и напряжение первичной обмотки;
i2, e2 — ток и напряжение вторичной обмотки;
ia — анодный ток диода;
ua — напряжение на диоде;
id, ud — ток и напряжение нагрузки.

Рис. 1. а) Однополупериодный выпрямитель; временная диаграмма работы: б) на активную нагрузку; в) на активно-индуктивную нагрузку

При активной нагрузке, когда ток и напряжение совпадают по фазе, среднее выпрямленное напряжение на нагрузке определяется интегрированием полуволны синусоиды напряжения:

где: — амплитудное значение выпрямленного вторичного напряжения.

Здесь и далее для упрощения анализа мы не будем учитывать падение напряжения на выпрямительных диодах.

При работе на активно-индуктивную нагрузку (рис. 1в) ток отстает по фазе от напряжения и выпрямительный диод не закрывается до тех пор, пока ток индуктивности не спадает до нуля. Поэтому выпрямительный диод остается открытым и при отрицательном напряжении на вторичной обмотке, следовательно, выпрямленное напряжение уменьшается. Чтобы избежать этого эффекта, необходимо параллельно индуктивной нагрузке включить обратный диод, который образует замкнутый контур для тока индуктивности.

При однополупериодном выпрямлении, когда ток нагрузки протекает через трансформатор только в течение половины периода, появляется постоянная составляющая в токе нагрузки и как следствие — подмагничивание сердечника трансформатора. При этом чем меньше габаритная мощность трансформатора, тем больше сказывается такое влияние тока нагрузки. Однополупериодный выпрямитель применяется чаще всего при мощности нагрузки, не превышающей несколько Ватт. Частота пульсации выпрямленного напряжения в таком выпрямителе равна частоте питающей сети.

Рис. 2. а) Мостовой диодный выпрямительный мост; временная диаграмма работы: а) на активную нагрузку; в) на активно-индуктивную нагрузку

Мостовой диодный выпрямительный мост и временная диаграмма его работы показана на рис. 2. Нетрудно увидеть, что выпрямленное напряжение нагрузки диодного моста вдвое больше, чем у однополупериодного выпрямителя и составляет 0,9U₂. Также в случае использования диодного моста отсутствует подмагничивание сердечника трансформатора. Частота пульсации (основная гармоника) выпрямленного напряжения в мостовом выпрямителе вдвое больше частоты сети.

Применение диодных выпрямителей

В цепях средней и большой мощности свыше сотен Ватт используется трехфазная сеть и либо трехфазный выпрямитель с нулевым проводом (схема Ларионова), либо трехфазный диодный мост. У каждого из них свои преимущества и недостатки, которые мы отразили в таблице.

Таблица. Сравнение трехфазных диодных выпрямителя и моста

Трехфазный диодный выпрямитель с нулевым проводом (схема Ларионова)

Трехфазный диодный мост

Схема удвоителя напряжения из диодов и конденсаторов, как можно увеличить переменное напряжение вдвое.

характеристики выходной мощности тока напряжения после удвоителя напряжения

Данная простая схема удвоителя, а если еще точнее говоря, то почти утроителя напряжения будет весьма полезна именно в тех случаях, когда у вас имеется трансформатор с пониженным напряжением, а на выходе нужно получить раза в два, два с половиной больше. Например, когда разбираешь какую нибудь старую электротехнику, то можно из нее вытащить силовой трансформатор. Когда же начинаешь на нем измерять выходное напряжение, то оказывается, что оно где-то 6, 7, 8 вольт. Хотя зачастую применяется 12, реже 15, и 24 вольта. Вот и поставив на выходную обмотку эту схему удвоителя напряжения мы из более низкого переменного напряжения можем получить более высокое, которое нам необходимо.

характеристики тока и напряжения после удвоителя переменного напряжения

Но, не все так просто в этой схеме. Закона сохранения энергии никто не отменял. То есть, наш трансформатор имеет максимальную выходную мощность, которая равна напряжение выходной обмотки в вольтах умноженное на силу максимального тока в амперах, который может обеспечить эта вторичная обмотка. Когда же мы к этой выходной обмотке подключим наш диодо-конденсаторный удвоитель напряжения, то на его выходе будет увеличенное напряжение, но это произойдет за счет уменьшения силы тока на выходе. Следовательно повышение напряжения происходит за счет увеличенного потребления тока с выхода трансформатора.

Теперь разберемся в конкретных потерях этого тока. Потеря будет приблизительно равна больше чем 50%. То есть, на выходе удвоителя можно реально получить где-то 35-45% от 100%, что может обеспечить выходная обмотка трансформатора. Другими словами говоря. Если наш трансформатор при своем небольшом напряжении около 6 вольт мог выдавать допустим 1 ампер, то при использовании схемы удвоителя напряжения мы получим 14 вольт с максимальным выходным током где-то в 0,4 А.Так что перед использованием подобных удвоителей напряжения учтите данный факт, касающейся этой самой потери по току. Если же ваш трансформатор на своей выходной обмотке имеет достаточно толстый провод и рассчитан на приличный ток, но при этом выдает пониженное напряжение, то применение таких удвоителей полностью оправдано.

принцип действия удвоителя напряжения

Ну, а теперь пару слов о принципе действия данного удвоителя напряжения. Итак, как известно переменный ток периодически меняет свою полярность. Его плюс и минус постоянно меняются местами, имея синусоидальную форму. Мы имеем два конденсатора, каждый из которых заряжается своей полуволной. То есть, диоды стоят таким образом, что при одной полярности переменного тока происходит заряд одного конденсатора, а при противоположной полярности заряжается второй конденсатор. В результате за один период происходит заряд обоих емкостей. Эти конденсаторы соединены между собой последовательно. Следовательно их суммарное напряжение будет в два раза больше, чем на каждом из них по отдельности. Но если измерить выходное напряжение на удвоителе, то оно окажется чуть более чем 2 раза от того, что выходит со вторичной обмотки трансформатора. Почему так происходит?

во сколько раз амплитудное напряжение больше действующего

Дело в том, что существует так называемое действительное значение напряжения и амплитудное. Амплитудное значение в 1,41 раза больше действительного. Если посмотреть на графике, то максимальная точка, пик синусоиды переменного напряжения и будет амплитудным значением. В то время как усредненное значение этих синусоидальных напряженией будет соответствовать действительному значению напряжения. Когда происходит заряд конденсатора после выпрямительного диода, моста, то величина этого напряжения будет соответствовать амплитудному напряжению. То есть, наши 6 вольт переменного напряжения, что на выходе трансформатора увеличиваем в 1,41 и уже умножим на 2. И получаем итоговое напряжение на выходе нашего удвоителя, точнее почти утроителя, напряжения.

Теперь какие именно нужно ставить диоды и конденсаторы в схему удвоителя напряжения. Обратное напряжение диодов не должно быть меньше, чем то напряжение, которое у нас имеется на входе удвоителя напруги. А лучше иметь запас как по обратному напряжению, так и по прямому току не менее 25%. Ну, и прямой ток применяемых диодов должен быть больше, чем максимальный ток, что мы будем иметь на выходе схемы под нагрузкой. От емкости конденсаторов зависит как величина падения напряжения, так и сила максимального тока. То есть, чем больше емкость будут иметь конденсаторы, тем меньше будет падение напряжения при работе схемы, так и большую силу тока мы получим, протекающего через нагрузку. Конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не меньше, чем выходное на трансформаторе (все тот же минимальный запас в 25%).

простая схема стабилизатора напряжения на LM317 для удвоителя напряжения

P.S. Для питание простых нагрузок, типа лампочки, светодиоды, нагреватели, простые схемы, не требующие особой стабильности данный удвоитель можно подключать напрямую. Но если вы планируете питать этим удвоителем более чувствительные к стабильному напряжению схемы, то придется применять еще стабилизаторы напряжения. К примеру можно использовать простой и недорогой стабилизатор на микросхеме LM317, или подобные ему. Да хотя бы поставить самый обычный стабилизатор напряжения на транзисторах и опорном стабилитроне, чего уже хватит для питания многих схем.

НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ

Как можно удвоить напряжение на выходе трансформатора только за счет диодов и конденсаторов, схема, описание ее работы, + пример

Как соединять, подскажите

starik_sedoi

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.

Как применить диодный мост для удвоения напряжения