Какие диоды нужны для диодного моста, как правильно подобрать диоды для выпрямления
Порой, когда дело приходится иметь с блоками питания (их ремонтом, сборкой своими руками) сталкиваешься с его выпрямительной частью, которая из переменного напряжения делает постоянное. Эта часть есть не что иное как диодный выпрямительный мост. Для технарей электротехников известно, что это такое и какова функция этого элемента электрических схем. Для непосвященных поясню — большинство электротехники содержат в своих схемах блок питания, который понижает сетевое напряжение 220 вольт в меньшее, что используется устройствами (3, 5, 9, 12, 24 вольта, это наиболее распространенные величины пониженных напряжений). В сети используется переменный ток, а практически все электронные схемы работают на постоянном. Так вот, для преобразования переменного напряжения в постоянное и используется диодный мост.
Выпрямительные диодные мосты бывают готовыми сборками в едином корпусе, а бывают и самодельными, которые спаиваются из четырех одинаковых диодов. А какие диоды нужны для самодельного диодного моста и как правильно подобрать их для выпрямителя? Все достаточно просто. Основными параметрами для выбора диодов на мост являются напряжение (обратное) и сила тока (которую они могут через себя пропускать без перегрева).
Напомню, что диоды при прямом подключении (плюс диода к плюсу прилагаемого напряжения, а минус диода к минусу прилагаемого напряжения) к питанию пропускают через себя электрический ток. В этом режиме (открытом) на них оседает небольшое напряжение в пределах около 0,6 вольт. Как и любые другие проводники они имеют свое внутреннее сопротивление (что и обуславливает это небольшое падение напряжения на них в открытом состоянии). Чем оно больше, тем меньшую силу тока диод способен через себя пропустить. Если же на диод приложить постоянное обратное напряжение (на плюс диода подать минус источника, и на минус диода подать плюс источника), то диод будет работать в режиме запирания. Он не будет через себя пропускать постоянный ток (будет закрыт).
Так вот, есть максимальная величина обратного напряжения, которую диод может выдержать не входя в режим электрического и теплового пробоя. Именно это обратное напряжение и нужно учитывать при выборе диодов на выпрямительный мост. Если на диодный мост будет подаваться напряжение 220 вольт переменного тока, значит диоды моста должны быть рассчитаны на большее напряжение (с запасом не менее 25%). А лучше вовсе брать с достаточно большим запасом. Это убережет полупроводники от попадания на них случайных скачков напряжения, идущие от сети. Сейчас на обычные, небольшие блоки питания ставят диоды серии 1n4007, у которых обратное напряжение равно 1000 вольтам, а долговременный ток они могут выдерживать до 1 ампера (при температуре 75 градусов).
Второй, и пожалуй главной характеристикой выпрямительного диода является сила тока, которую он может пропускать через себя длительное время (без перегрева). Изначально вы должны знать, на какой максимальный ток рассчитан ваш блок питания. И только после этого уже нужно подбирать выпрямительные диоды на мост. К примеру, вы решили сделать себе самодельный регулируемый блок питания с выходным напряжением до 15 вольт и максимальным током в 6 ампер. Следовательно, под такой источник питания нужно брать диоды, рассчитанные на силу тока порядка 10 ампер (плюс определенный запас по току). Ток в 6 ампер как бы относительно немалый. Он будет нагревать диоды выпрямительного моста. Значит под эти диоды, мост еще нужно предусмотреть охлаждающий радиатор.
Напомню, что большинство полупроводниковых компонентов сделаны из кремния, а этот материал имеет максимальную рабочую температуру 150—170 °C. Выход за эти пределы разрушаю полупроводник, в нашем случае диоды диодного моста. Лучше держать температуру диодов в пределах до 75 °C. Поставьте на мост небольшой радиатор и посмотрите не выходит ли температура при максимальной нагрузки блока питания за допустимые пределы.
Диодных мостов и диодов (под них) существует достаточно большое количество. При выборе сначала в поисковике найдите справочную таблицу диодов и диодных мостов, где указаны основные технические характеристики выпрямителей. Выберите наиболее подходящий компонент с учетом номинального обратного напряжения и силы тока. Если вы поставите на диодный мост диоды с большими номинальными токами и напряжениями, ничего страшного, это будет даже лучше, как бы излишний запас. Но подбирать меньшие или впритык лучше не стоит.
P.S. Кроме основных характеристик (тока и напряжения) диодов, которые будут ставится на диодный мост, еще нужно обращать внимание на частоту, на которой они могут нормально работать. Частота сети в 50 герц является достаточно малой и под нее подойдут практически все диоды. Выше приведенный диод 1n4007 имеет рабочую частоту в 1 мГц. Обращать внимание на частоту актуально для электрических схем, рассчитанных на действительно высокие частоты.
НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ
Как правильно подобрать диодный мост или диоды для выпрямителя, на какие параметры в первую очередь нужно обращать внимание
Какие диоды нужны для диодного моста. Наиболее важные характеристики диода для выпрямителя тока.
Диодный мост используется там, где есть необходимость в получении постоянного тока из переменного. То есть, если взять самый обычный трансформаторный блок питания, то в его основных элементах будет присутствовать – понижающий трансформатор (с железным магнитопроводом), диодный выпрямительный мост, фильтрующий конденсатор (электролит относительно большой емкости). Силовой трансформатор из более высокого сетевого напряжения, величиной 220 вольт, делает более низкое (стандартными напряжениями являются 3, 5, 6, 9, 12, 24 вольта). Но, с выхода этого трансформатора выходит (так же как и входит) переменный ток. И для того, чтобы из переменного тока сделать постоянный, то есть его выпрямить, и используется диодный мост. Но, на выходе моста мы получим постоянный ток, который будет иметь форму скачков напряжения. Эти скачки сглаживаются фильтрующим конденсатором электролитом.
В этой теме давайте с Вами рассмотрим, как именно правильно подобрать диодный мост, и на какие основные и важные параметры, характеристики в первую очередь обращать внимание. Как известно, диодный мост состоит из четырёх одинаковых диодов, спаянных определенным образом (схема диодного моста). Для примера возьмём такой популярный диод, как 1N4007.
1 » Максимальный долговременный прямой ток.
Максимальный долговременный прямой ток – это одна из наиболее важных характеристик диода. К примеру, у диода (1N4007) этот ток равен 1 ампер. Это значит, что при температуре не выше 75 °С данный диод спокойно может через себя пропускать силу тока до 1 ампера без ущерба для себя (не получая тепловой или электрический пробой). Ток выше 1 ампера уже грозит увеличением вероятности пробоя и последующего выхода из строя (либо при сгорании он станет диэлектриком, то есть его внутреннее сопротивление уже будет бесконечно большим, или же после сгорания он, наоборот, станет проводником, у которого сопротивление станет очень малым). При выборе диодов для мостов и готовых диодных сборок мостов нужно делать некий запас по току. Например, Ваш блок питания должен выдавать на выходе максимальный ток 0,5 ампера, и поставив диодный мост на 1 ампер мы получим 50% запас по току, что обеспечивает на дополнительную защиту от случайных токовых перегрузок до 1 ампера. Это позволит обеспечить дополнительную надёжность работающего диодного моста в блоке питания.
2 » Максимальное обратное напряжение диодов в диодном мосте.
Максимальное обратное напряжение диодов – это та максимальная величина амплитудного напряжения, которое будет приложено к диоду при его обратном включении. Напомню, что обратное включение диода, это когда плюс источника питания подсоединяется к минусу (катоду) диода, а минус источника питания подсоединяется к плюсу диода (аноду). То есть, наоборот, плюс к минусу, а минус к плюсу. При этом подключении (обратном) диод находится в закрытом состоянии, его сопротивление бесконечно большое. Следовательно, максимальная амплитуда напряжения оседает на диоде. Максимальное обратное напряжение у нашего (к примеру взятого) диода 1N4007 равна 1000 вольтам (1кВ). Это значит, что диодный мост, собранный на таких диодах может выдерживать амплитудное переменное напряжение аж до 1000 вольт. Напряжение выше этого значения уже, как и в случае с током, увеличивает вероятность электрического пробоя диода, с последующим выходом его из строя. При подборе диода по этой характеристики также делайте некий запас (от 25% до 100%, а то и более). Хотя 1000 вольт это и так достаточно много!
3 » Максимальная рабочая частота диода.
Максимальная рабочая частота диода – это наиболее высокая частота, на которой диод (диодный выпрямительный мост) может работать не теряя свои номинальные характеристики, функционировать (переходить из закрытого состояния в открытое и обратно) с максимальный быстродействием, сохраняя свою надёжность. Наш диод серии 1N4007 имеет максимальную рабочую частоту 1 мГц. Это достаточно высокая частота. Работая в схеме обычного блока питания (запитываемого от сети с частотой 50 Гц) этих диодов более чем будет достаточно, касательно этой характеристики. И даже они нормально будут работать в схемах импульсных БП, где обычно используется частота около 10-18 кГц.
4 » Интервал рабочих температур диода.
Интервал рабочих температур диода, что будет работать в схеме диодного моста – это температурная характеристика диода. Она говорит о том, что в определённом диапазоне температур диод будет нормально работать, и его другие параметры останутся в рамках допустимого (поскольку температура полупроводника влияет на электрические характеристики, например изменением внутреннего сопротивления диода). У диода 1N4007 интервал рабочих температур лежит в пределах -65…+175°С. При очень низких температура вряд ли в быту Вы будете использовать диодный мост, а вот высокая температура легко может образоваться при прохождении большой величины тока. Причем, как известно, большинство диодов, и мостов сделаны из кремния. Кремний имеет свою критическую температуру, после которой он начинает необратимо разрушаться. Эта температура около 150-180°С. Работа диода на предельных температурах, это также не совсем хорошо. Нормальной температурой для работы полупроводников можно считать от 0 до 60 °С.
5 » Падение напряжения на диоде.
Падение напряжения на диоде – это то напряжение, которое присутствует на диоде при его прямом включении. Как я ранее говорил о обратном напряжении диода, так вот прямое включение диода, это когда плюс диода (его анод) подключен к плюсу источника питания, а минус диода (его катод) подключен к минусу источника питания. При таком подключении диод находится в открытом состоянии, через него нормально проходит ток. Но даже в открытом состоянии диод имеет своё некоторое внутреннее сопротивление, которое и вызывает определенное падение напряжения на этом диоде. К примеру на нашем диоде 1N4007 при токе в 1 ампер падение напряжения составляет около 1,1 вольта. В общем это самое падение напряжения у диодов из кремния лежит в пределах от 0,6 до 1,2 вольта. На это падение напряжения влияет и сила тока, которая проходит через этот диод. А в целом, чем меньше это самое падение напряжения на полупроводнике, тем меньшая мощность на нём оседает, тем меньше он будет грется, тем лучше (для некоторых схем очень важно, чтобы было как можно меньшее падение напряжения на диоде).
6 » Максимальный импульсный ток.
Максимальный импульсный ток диода. Этот пункт логичнее было указать вторым, но я его опустил по причине упорядочивания по важности характеристик диода. Итак, первым пунктом у нас было максимальный долговременный ток, то есть ток, величина которого постоянна во времени. Импульсный ток уже характеризует амплитудное значение силы тока. Во времени это ток может меняться, и в некоторые моменты времени быть равен нулю. Поэтому общая мощность, которая будет оседать на диоде при прохождении через него импульсного тока будет меньше, чем та, которая была бы при долговременном токе. К примеру, для диода 1N4007 при длительности импульса 3.8 мс величина тока равна 30 ампер. И тут мы видим ощутимую разницу. Если при длительном токе диод может выдерживать до 1 ампера, то при импульсном это значение увеличилось аж в 30 раз.
P.S. Это и были основные характеристики диодов, которые будут работать в диодном мосте, на которые нужно обращать внимание при выборе. Хотя если свести к еще большей простоте, то для обычных трансформаторных блоков питания важны две характеристики, это максимальный длительный ток и обратное напряжение (первый и второй пункт в моей статье). Все остальные параметры обычно у современных диодов достаточно велики и их более чем достаточно для всех диодных мостов, которые могут быть использованы для простых блоков питания.
НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ
Как правильно подобрать диодный мост или диоды для выпрямителя, на какие параметры в первую очередь нужно обращать внимание
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
Как подобрать диоды для диодного моста
Рассеиваемая мощность на диоде не зависит напряжения питания, а только от прямого тока и, соответетсвенно, падения напряжения на нём. Поэтому, если написано, что диод на 5 А, значит, через него можно столько и пропускать, только охлаждение не забыть. Итого 5А*220В=1100 Вт.
java писал(а):
1. По паспорту 400в 5а, — чем меньше напряжение, тем больше ток,разве не так?
Я буду подавать 220в,это не значит, что допустимый ток будет выше?
2. В мосте стоят 4 диода, я думаю так — 5Ах4=20А но сомневаюсь, поэтому и прошу помощи.
Тут какое-то роковое непонимание. Если диод закрыт, то на нем мощность не выделяется, пусть к нему хоть 200 В приложено. А если диод открыт, но на нем прямое падение напряжения 0,7-1 вольт и не больше (для кремниевого, падает с ростом температуры, для Шоттки меньше), следовательно мощность на диоде P=I*(прямое падение напряжения), то есть при токе 5А будет около 5 Вт. Для диодного моста в любой момент открыты 2 диода, значит при токе 5А будет рассеиваться 10Вт на диодный мост, по 2,5 ватта на диод.
Обеспечить запас — дело хорошее. Теплоотвод при таких токов необходим. До 1 Вт, наверно, можно без теплоотвода, но диоды будут тепленькими. 10 Вт — нужен теплоотвод объемом с кулак. Перегрев сильно уменьшает надежность.
5Ах4=20А — это только при параллельном включении диодов, но напрямую параллелить нельзя из-за отрицательного ТКН. Для токов 20А лучше взять диоды Шоттки, типа из компьютерных блоков питания, наверно.