Двухполупериодный выпрямитель что такое?

Выпрямители: Однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель

Существенным недостатком схемы двухполупериодного выпрямления со средней точкой является потребность в двух источниках входного напряжения. Такая потребность обусловлена тем, что один из выводов сопротивления нагрузки периодически переключается между двумя источниками напряжения, а другой вывод постоянно подключен к средней точке этих источников.

Однако необходимость в средней точке отпадет, если и второй вывод нагрузки при помощи второй аналогичной диодной схемы будет синхронно и противофазно подключаться к неиспользуемым на соответствующем интервале времени выводам источников питания. Схемотехническая реализация такого метода представлена на рис. 3.4‑9. Эта схема носит название однофазного мостового выпрямителя и является, вероятно, самой распространенной из всех схем выпрямления, предназначенных для работы с однофазными источниками переменных напряжений.

Рис. 3.4-9. Схема однофазного мостового выпрямителя

Также как и в двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой, в мостовой схеме напряжение прикладывается к нагрузке в течение всего периода изменения напряжения \(U_{вх}\). При этом его значение при \(U_{вх} = U_{вх1} + U_{вх2}\) в два раза превышает выходное напряжение схемы рис. 3.4-8. Поэтому при одном и том же напряжении нагрузки в мостовой схеме к обратносмещенным диодам прикладывается напряжение в два раза меньшее, чем в схеме рис. 3.4-8 (\(U_{обр max} = U_{вх max} = \pi \cdot U_{н ср}/2 \) ).

Средние значения тока и напряжения на нагрузке для однофазного мостового двухполупериодного выпрямителя будут такими же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой:

\(U_{н ср} = \cfrac{2 \cdot U_{вх max}}{\pi} = 2 \sqrt{2} \cdot \cfrac{U_{вх д}}{\pi} = {0,637} \cdot U_{вх max} \)

\(I_{н ср} = \cfrac{2 \cdot I_{вх max}}{\pi} = 2 \sqrt{2} \cdot \cfrac{I_{вх д}}{\pi} = {0,637} \cdot I_{вх max} \)

Основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в двухполупериодной мостовой схеме будет равна удвоенной частоте входного напряжения. Коэффициент пульсаций такой же, как и в двухполупериодной схеме со средней точкой: \(K_п = {0,67}\).

Особенностью мостовой схемы является то, что в ней последовательно с нагрузкой все время включено два диода, в то время как в описанных выше однофазной однополупериодной и однофазной двухполупериодной схемах такой диод один. Поэтому при низких входных напряжениях (4…5 В) использование мостовой схемы может оказаться неэффективным (падение напряжения на диодах по величине будет сравнимо с выходным напряжением выпрямителя) — для повышения КПД обычно применяют двухполупериодную схему со средней точкой (возможен также переход к использованию диодов Шоттки с малым падением напряжения при прямом смещении). С повышением напряжения разница в КПД схем уменьшается и определяющим фактором становится величина обратного напряжения, прикладываемого к запертым диодам в процессе работы выпрямителя. Поэтому при больших уровнях выходного напряжения обычно используют выпрямитель выполненный по мостовой схеме.

Если мостовую схему выпрямления использовать совместно с источником, снабженным средней точкой, и средний выход каждой пары диодов соединить со средней точкой входного источника через собственную нагрузку, на выходе выпрямителя получится два равных, но обратных по знаку напряжения (рис. 3.4-10). Такая схема выпрямителя часто используется для питания устройств, построенных с применением операционных усилителей.

Рис. 3.4-10. Схема мостового выпрямителя с двумя выходными напряжениями

Следующая >

Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители

Выпрямление электрических колебаний, это процесс, в результате которого переменное входное колебание преобразуется в выходное колебание только одного знака (рисунок 1.5). Процесс выпрямления используется в устройствах электропитания (блоках питания) и демодуляторах.

Выпрямление всегда осуществляется при использовании нелинейных элементов, обладающих свойством однонаправленного пропускания электрического тока. Благодаря таким свойствам на выходе выпрямляющего элемента получают ток одного знака.

Для выпрямления применяют полупроводниковые и вакуумные (кенотроны) диоды, газоразрядные диоды (газотроны), тиратроны, кремниевые и селеновые элементы, тиристоры и другие элементы с нелинейными свойствами в зависимости от применения, значений выпрямленных напряжений и токов, отбираемых нагрузкой. В маломощных электронных устройствах для выпрямления чаще всего применяют полупроводниковые диоды.

Название “выпрямитель” используется, прежде всего, для схем, преобразующих переменный ток в постоянный. Выпрямителем называется также и сам элемент с однонаправленными свойствами, используемые в процессе выпрямления.

Однополупериодным выпрямителем называется такой выпрямитель, на выходе которого после процесса выпрямления остаются колебания одного знака. Схема однополупериодного выпрямителя, возбуждаемого синусоидальным сигналом, представлена на рисунке 1.6.

Диод, включенный таким образом, что приводит ток только при положительных полупериодах входного колебания, т.е. когда напряжение на его аноде больше потенциала катода. Среднее значение колебания, полученного в результате выпрямления синусоидального напряжения с действующим значением и максимальным значением , равно

Например, при выпрямлении напряжения с действующим значением , после выпрямления получаем напряжение .

В отрицательный полупериод диод не проводит ток, и все подведенное к выпрямителю напряжение действует на диоде как обратное напряжение выпрямителя. При изменение направления включения диода он будет проводить в отрицательные полупериоды и не проводить в положительные.

Рассматриваемая схема выпрямителя называется последовательной. Название связано с тем, что нагрузка включается последовательно с нелинейным элементом (вентилем).

Двухполупериодным выпрямителем называют такой выпрямитель, в котором после процесса выпрямления остаются участки входного колебания, имеющие один знак. К ним после изменения знака добавляются участки, имеющие противоположный знак.

Принципиальная схема двухполупериодного выпрямителя, управляемого синусоидальным сигналом от трансформатора, показана на рисунке 1.7.

В периоды времени, когда на аноде диода Д1 действует положительное напряжение, на аноде диода Д2 присутствует отрицательное и наоборот. Это происходит потому, что средняя точка вторичной обмотки трансформатора заземлена, и, следовательно, она имеет нулевой потенциал. При положительной полуволне напряжения на вторичной обмотке диод Д1 пропускает ток, а диод Д2 не пропускает.

При отрицательной полуволне положительное напряжение действует на диоде Д2, который при этом проводит, а диод Д1, смещенный в обратном направлении, не проводит. Среднее значение напряжения, полученого на выходе двухполупериодного выпрямителя в 2 раза больше напряжения, полученного на выходе однополупериодного выпрямителя.

Технические параметры выпрямителя:

— Коэффициент пульсаций выпрямителя называется отношение максимального значения переменной составляющей напряжения на выходе выпрямителя к значению его постоянной составляющей на этом выходе. В большинстве применений желательно, чтобы коэффициент пульсаций был как можно меньше. Уменьшение пульсаций достигается путем применения соответствующих фильтров.

— Коэффициент использования трансформатора в выпрямительной схеме, определяется как отношение двух мощностей: выходной мощности постоянного тока и номинальной мощности вторичной обмотки трансформатора.

— Коэффициент полезного действия, это параметр, характеризующий эффективность схемы выпрямителя при преобразовании переменного напряжения в постоянное. КПД выпрямителя выражается отношением мощности постоянного тока, выделяемой в нагрузке, к входной мощности переменного тока. Коэффициент полезного действия определяется для резистивной нагрузки.

—

Частотная пульсация выпрямителя, это основная частота переменной составляющей, существующей на выходе выпрямителя. В случае однополупериодного выпрямителя частота пульсаций равна частоте входного колебания. Фильтрация пульсаций тем проще, чем выше частота пульсации.

Источник

Характеристики полуволнового выпрямителя

У полуволнового выпрямителя есть некоторые характеристики:

1. КПД: КПД определяется как отношение входного переменного тока к выходному постоянному току.

КПД:

Ƞ = P _dc / P _ac

Мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку:

P _dc  = I 2 _dc  R _L = (I _{max / pi} ) 2  R _L

Входная мощность переменного тока на трансформатор, P _ac = мощность, рассеиваемая на переходе диода + мощность, рассеиваемая на сопротивлении нагрузки R _L

= I 2 _rms  R _F + I 2 _rms  R _L = {I 2 _MAX / 4} [R _F  + R _L ]

Эффективность выпрямления:

Ƞ = Р _DC / Р _ас = {4/ 2 } [RL / (R _F  + R , _L )] = 0,406 / {1+ R _{F / RL}  }

Если пренебречь R _F, КПД однополупериодного выпрямителя составляет 40,6%.

2. Коэффициент пульсации: он определяется как количество переменного тока в выходном постоянном токе. Это не что иное, как шум переменного тока на выходе постоянного тока. Чем меньше коэффициент пульсаций, тем выше производительность выпрямителя. Коэффициент пульсации полуволнового выпрямителя составляет около 1,21 (у двухполупериодного выпрямителя — около 0,48). Его можно рассчитать следующим образом:

Действующее значение тока нагрузки I определяется как сумма действующих значений гармонических токов I1, I2, I3, I4 и постоянного тока Idc.

I 2  = I 2 _{постоянного тока} + I 2 ₁ + I 2 ₂ + I 2 ₄  = I 2 _{постоянного тока}  + I 2 _{переменного тока}

Коэффициент пульсации задается как:

γ = I _ac / I _dc  = (I 2  — I 2 _dc ) / I _dc = {(I _rms / I _dc 2 ) -1} = K _f 2  — 1)

Где Kf — форм-фактор входного напряжения. Форм-фактор представлен как:

K _f = I _{среднекв.}  / I _средн. = (I _макс / ₂ ) / (I _макс / пи) = пи / 2 = 1,57

Итак, коэффициент пульсации:

γ = (1,57 2  — 1) = 1,21

3. Пиковое обратное напряжение: определяется как максимальное напряжение, которое диод может выдерживать при обратном смещении. Во время обратного смещения диод не проводит общих падений напряжения на диоде. Таким образом, пиковое обратное напряжение равно входному напряжению Vs.

4. Коэффициент использования трансформатора (TUF): TUF определяется как отношение мощности постоянного тока, подаваемой на нагрузку, и номинального значения переменного тока вторичной обмотки трансформатора. Полупериодный выпрямитель имеет около 0,287, а двухполупериодный выпрямитель — около 0,693.

Полупериодный или полуволновой выпрямитель в основном используется в цепях малой мощности. Он имеет очень низкую производительность по сравнению с другими выпрямителями.

Однополупериодная схема выпрямления

Представляет собой простейшую схему сглаживания сигнала. Состоит из одного полупроводникового диода, который подключается к вторичной обмотке трансформирующего прибора и резистора для нагрузки.

Текущее через схему напряжение проходит синусоидальный цикл изменений, включает положительные и отрицательные отрезки синусоиды переменного напряжения. За счет свойств диода отрицательный полупериод обрезается, проходит только положительный. К аноду полупроводникового элемента подключают положительный заряд. Если подключение обратное, при котором напряжение на катоде выше, чем на аноде, из-за сопротивления ток не проходит.

Выбор топологии и области применения

Недостатком технологии GaN является ограниченная возможность работы с лавинным эффектом. Поэтому устройства должны быть защищены от появления напряжений превышающих номинальные значения. И это относится не только к нормальной работе, но и к таким ситуациям, как: короткие замыкания, переходные процессы, изменения температуры и так далее. Возникающие при этом напряжения непредсказуемы и могут превышать рабочее напряжение, так что в GaN схемах предпочтительнее использовать полумостовую.

Полумостовая конфигурация с полным закрытием

Схема эта обеспечивает наилучшую защиту транзисторов GaN от возможных перенапряжений. Верхний транзистор выполняет демпфирующую функцию для транзистора низковольтной стороны. Максимальное перенапряжение для низковольтного транзистора ограничено примерно на 3 вольта выше, чем у накопительного конденсатора (Cbulk). Это избыточное напряжение связано с падением напряжения на выводах исток-сток верхнего силового GaN-транзистора в третьем квадранте по мере того, как ток течет от истока к стоку при V GS = 0 В. Поскольку фиксирующий элемент представляет собой GaN-транзистор, действие зажима происходит очень быстро. Следует помнить, что при обратной проводимости GaN-транзистора не используется ни p-n-переход, ни паразитная составляющая, поэтому отсутствует прямая регенерация, которая могла бы задержать ограничение напряжения на защищенном комплементарном транзисторе в полумостовой топологии.

Дополнительным преимуществом использования двух GaN-переключателей в полумостовой схеме является автоматическое уменьшение паразитных индуктивностей в контуре по которому протекает коммутируемый ток. Этот контур состоит из двух переключателей и высокочастотного шунтирующего конденсатора (CHF).

Безмостовой повышающий преобразователь с тотемным полюсом PFC

Мостовой преобразователь Dual Active Bridge (DAB)

LLC резонансный полумостовой преобразователь

Преобразователь Active Clamp Flyback

Резонансный инвертор класса DE

Синхронный понижающий регулятор

Небольшие размеры и низкая индуктивность корпусов GaN-транзисторов помогают минимизировать индуктивность контура, обеспечивая наилучшие характеристики переключения, поэтому полумостовые схемы наиболее популярны в GaN устройствах. На рисунках показаны различные их виды. Полумосты отмечены красным цветом.

Однофазный мостовой выпрямитель (диодный мост)

Однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямления

Мостовая схема (рис. 1.3) состоит из трансформатора и четырех диодов VD1 – VD4. Переменное напряжение u2ф подводится к одной диагонали моста, а нагрузка rВ, LВ подключается к другой его диагонали. Диоды VD1, VD2 образуют катодную группу, VD3 – VD4 – анодную. Предполагаем вначале, что нагрузка выпрямителя носит ак­тивный характер (см. рис. 1.3, ключ К замкнут).

В положительный полупериод (0 – θ1) напряжения u2ф верхний конец обмотки трансформатора имеет положительную по­лярность, а нижний – отрицательную (без скобок). В соответствии с этим открыва­ются диоды VD1 и VD3, а диоды VD2 и VD4 запира­ются. Ток проходит по пути «а

– VD1 – rВ – VD3 –б ». В результате, к нагрузке прикладывается положи­тельная полуволна напря­жения u2ф. В следующий полупериод θ1 – θ2 (см. рис. 1.1,б ) полярность напря­жения изменяется (см. рис. 1.3, поляр­ность в скобках). При этом диоды VD1, VD3 запираются, а диоды VD2, VD4 оказываются открытыми, и ток нагрузки замыкается по контуру «б – VD2 – rВ – VD4 –а ». Направление тока через нагрузку rВ осталось таким же, как и в предыдущий полупериод. Нужно заметить, что ток протекает всегда по двум последовательно со­единенным диодам. Следовательно, падение напряжения в диодах в мостовой схеме в два раз выше, чем в нулевой.

Во вторичной обмотке ток проходит дважды за период в противоположных на­правлениях, поэтому вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора по­стоянным током отсутствует.

Из изложенного принципа работы следует, что точка соединения катодов имеет положительный потенциал выпрямленного напряжения, а точка соединения анодов – отрицательный. Включение индуктивности LВ в цепь нагрузки (см. рис. 1.3, ключ К ра­зомкнут) приводит к изменению формы и расчетных величин токов. Кривые напряже­ний и токов в мостовой схеме при различном характере нагрузки имеют такой же вид, как в нулевой схеме (см. рис. 1.1, б –д ). В отличие от нуле­вой схемы (см. рис. 1.1,а ) действующие значения тока I2 вторичной обмотки трансформатора в мостовой схеме для активной и индуктивной нагрузки соответственно равны:

В связи с этим изменяются расчетные значения мощностей S1, S2, SТ Параметры, характеризующие работу мостовой схемы, приведены в таблице 1.1.

В мостовой схеме, возможно одновременно получить два значения выпрямлен­ного напряжения: Ud и Ud/2, если вывести среднюю точку трансформатора (рис. 1.3). Проводя сравнительный анализ рассмотренных однофазных схем выпрямления, нуле­вой и мостовой (см. рис. 1.1, 1.3 и таблицу 1.1), можно сделать следующие выводы:

1. Обе схемы проводят ток в течение обоих полупериодов сетевого напряжения, поэтому они называются двухполупериодными.

2. Кратность пульсаций выпрямленного напряжения по отношению к частоте сети в обеих схемах равна m = 2. Коэффициенты пульсации одинаковы.

3. При одинаковых значениях выходных параметров выпрямителей Ud, Id ампли­туда обратного напряжения в мостовой схеме в два раза меньше, а число диодов в два раза больше, чем в нулевой схеме. В связи с этим нулевую схему целесообразнее ис­пользовать для управления низковольтными машинами.

4. Использование трансформатора в мостовой схеме эффективнее (примерно на 20 %), чем в нулевой.

5. Мостовая схема может работать без трансформатора, если величина выпрям­ленного напряжения соответствует напряжению сети. Схему с нулевым выводом без трансформатора осуществить невозможно.

6. Остальные параметры обеих схем выпрямления, характеризующие использо­вание диодов по току (kI), и его реакции на питающую сеть (kИ, kГ) одинаковы.

LLC Полумостовой резонансный преобразователь

Преобразователь показанный далее представляет собой хорошо известную конструкцию LCC, в которой используется первичная полумостовая структура для управления резонансным контуром LLC. В установившемся режиме, при нормальной работе, переключение первичного полумоста происходит при нулевом напряжении, а вторичные синхронные ключи переключаются при нулевом токе. Благодаря мягкому переключению такой преобразователь может работать с высоким КПД на умеренно высоких частотах даже с MOSFET-транзисторами.

LLC резонансный полумостовой преобразователь

Использование транзисторов GaN на первичной стороне и дополнение их на вторичной стороне синхронным выпрямителем GaN, может дополнительно увеличить КПД и рабочую частоту, что дает возможность уменьшить размер устройства.

Однополупериодный выпрямитель.

Схема однополупериодного выпрямителя выглядит следующим образом:

Пусть на входе у нас переменное напряжение, меняющееся по синусоидальному закону:

Резистор же R_н играет роль нагрузки. То есть мы должны обеспечить протекание через него постоянного тока. Давайте разберемся как эта простейшая схема сможет решить нашу задачу!

Итак, диод D_1 пропускает ток только в одном направлении, в те моменты, когда к нему приложено прямое смещение, что соответствует положительным полупериодам (U_{вх}\gt0) входного сигнала. Когда к диоду будет приложено обратное смещение (отрицательные полупериоды), он будет закрыт и по цепи будет протекать только незначительный обратный ток. И в результате сигнал на нагрузке будет выглядеть так:

Обратным током обычно можно пренебречь, поэтому в итоге мы получаем, что ток через нагрузку протекает только в одном направлении. Но назвать его постоянным не представляется возможным Ток через нагрузку хоть и является выпрямленным (протекает только в одном направлении), но носит пульсирующий характер.

Для сглаживания этих пульсаций в схему выпрямителя тока обычно добавляется конденсатор:

Идея заключается в том, что во время положительного полупериода, конденсатор заряжается (запасает энергию). А во время отрицательного полупериода конденсатор, напротив, разряжается (отдает энергию в нагрузку).

Таким образом, за счет накопленной энергии конденсатор обеспечивает протекание тока через нагрузку и в отрицательные полупериоды входного сигнала. При этом емкость конденсатора должна быть достаточной для того, чтобы он не успевал разряжаться за время, равное половине периода.

Проверяем напряжение на нагрузке для этой схемы:

В точке 1 конденсатор заряжен до напряжения U_1. Далее входное напряжение понижается, а конденсатор, в свою очередь, начинает разряжаться на нагрузку. Поэтому выходное напряжение не падает до нуля вслед за входным.

В точке 2 конденсатор успел разрядиться до напряжения U_2. В то же время значение входного сигнала также становится равным этой же величине, поэтому конденсатор снова начинает заряжаться. И эти процессы в дальнейшем циклически повторяются.

А теперь поэкспериментируем и используем в схеме однополупериодного выпрямителя конденсатор меньшей емкости:

И здесь мы видим, что конденсатор из-за меньшей емкости успевает разрядиться гораздо сильнее, и это приводит к увеличению пульсаций, а следовательно к ухудшению работы всей схемы.

На промышленных частотах 50 – 60 Гц однополупериодный выпрямитель практически не применяется из-за того, что для таких частот потребуются конденсаторы с очень большой емкостью (а значит и внушительными габаритами).

Смотрите сами, чем ниже частота, тем больше период сигнала (а вместе с тем, и длительности положительного и отрицательного полупериодов). А чем больше длительность отрицательного полупериода, тем дольше конденсатор должен быть способен разряжаться на нагрузку. А это уже требует большей емкости.

Таким образом, на более низких частотах в силу своих ограничений эта схема не нашла широкого применения. Однако, на частотах в несколько десятков КГц однополупериодный выпрямитель используется вполне успешно.

Рассмотрим преимущества и недостатки однополупериодного выпрямителя:

• К основным достоинствам схемы, в первую очередь, конечно же, можно отнести простоту и, соответственно, небольшую себестоимость – используется всего один диод.
• Кроме того, снижено падение напряжения. , при протекании тока через диод на нем самом падает определенное напряжение. По сравнению с мостовой схемой (которую мы разберем в следующей статье), ток протекает только через один диод (а не через два), а значит и падение напряжения меньше.

Основных недостатков также можно выделить несколько:

• Схема использует энергию только положительного полупериода входного сигнала. То есть половина полезной энергии, которую также можно было бы использовать, уходит просто в никуда. В связи с этим КПД выпрямителя крайне низок.
• И даже с использованием сглаживающих конденсаторов величина пульсаций довольно-таки значительна, что также является очень серьезным недостатком.

Итак, давайте резюмируем! Мы разобрали схему и принцип работы однофазного однополупериодного выпрямителя тока, а в следующей статье перейдем к более сложным схемам выпрямителей, не пропустите!

Двухполупериодный выпрямитель

Определение 1

Двухполупериодный выпрямитель – это схема, преобразующая две половины периода синусоиды переменного напряжения в непрерывную последовательность импульсов одной полярности.

Существуют два основных варианта реализации двухполупериодного выпрямителя — мостовой и балансный. Схема балансной реализации изображена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема выпрямителя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: Tr — трансформатор с двумя одинаковыми вторичными обмотками или одной, у которой есть отвод посередине; DV1, DV2 — диоды (вентили); Cf — емкостный фильтр; Rn — сопротивление нагрузки.

Осциллограмма данного двухполупериодного выпрямителя представлена на рисунке ниже.

Рисунок 2. Осциллограмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: U1 — осциллограмма на входе; U2 — график перед фильтром; Un — диаграмма на выходе выпрямителя.

Определение 2

Диод – это электронный компонент с двумя полюсами с низким сопротивлением в одном направлении и высоким сопротивлением в другом, проводящий электрический ток преимущественно в одном направлении.

Рассматриваемая схема представляет собой два совмещенных однополупериодных преобразователя — два раздельных источника, на которые приходится одна нагрузка. Результат работы такого устройства демонстрирует график перед фильтром, из которого следует, что в процессе его работы используются два полупериода. Преимуществами такой схемы являются:

1. Более высокий коэффициент полезного действия, чем у однополупериодного выпрямителя.
2. Удвоенная частота пульсаций на выходе выпрямителя.
3. Снижение “провалов” между импульсами, что делает возможным использование меньшей фильтрующей емкости.
4. На рисунке ниже представлена мостовая схема двухполупериодного выпрямителя.

Рисунок 3. Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Осциллограмма данной схемы практически не отличается от осциллограммы балансной схемы. Главное ее преимущество заключается в том, что не существует необходимости в использовании более сложного трансформатора. Выпрямители, реализованные при помощи полупроводникового диодного моста, нашли широкое применение в радиоэлектронике, например, в качестве источника слаботочных цепей и в электротехнике, например, в сварочных аппаратах, чей номинальный ток может достигать 500 ампер.

Замечание 1

Кроме полупроводниковых диодов могут использоваться вакуумные.

Самый существенный недостаток двухполупериодных выпрямителей заключается в том, что необходимо наличие трансформатора средней точкой во вторичной обмотке. Особенно данный недостаток проявляется в том случае, когда для схемы имеет значение высокая выходная мощность — стоимость и габариты трансформатора становятся определяющими факторами, поэтому такие выпрямители в основном используются в схемах с низким потреблением электрической энергии.

Последовательное и параллельное соединения диодов.

Если для выпрямительной схемы нельзя выбрать нужный тип диода в соответствии с заданным значением обратного напряжения или прямого тока, то используют два или более однотипных диодов с меньшими значениями параметров, включая эти диоды последовательно или параллельно.

Параллельное соединение диодов

Параллельное соединение диодов

При параллельном соединении диодов из-за возможного разброса параметров их токи будут неодинаковыми. Один из этих токов может превысить максимально допустимое значение, что приведёт к выходу из строя сначала одного, а затем и другого диода. Более равномерное распределения тока между параллельно соединёнными диодами достигается включением последовательно с каждым из них одинаковых по номиналу резисторов R_д. Сопротивление резисторов R_д должно быть в 5…10 раз больше, чем сопротивление диода в прямом направлении. В мощных выпрямительных устройствах для этой же цели используются индуктивные выравниватели токов.

Расчёт параллельного соединения диодов

Для начала расчёта необходимо определить требуемое количество параллельно соединённых диодов, исходя из того, что ток, проходящий через один диод не должен превышать значения максимально допустимого значения тока для данного типа диода, тогда количество параллельно соединённых диодов будет равно

, где

_mTnp

При дробных значениях расчётного количества диодов округление ведётся в большую сторону.

Значение сопротивления добавочных резисторов определяется по формуле

, где

_np.cp

Расчитаное сопротивление добавочных резисторов округляют до ближайшего стандартного сопротивления.

Пример расчёта параллельного соединения диодов

Рассчитать выпрямительную цепь, позволяющую получить выпрямленный ток I_выпр = 550 мА, если используются диоды Д226Б.

Так как средний прямой ток диода Д226Б I_{пр. ср} = 300 мА, то необходимо применить несколько параллельно соединённых диодов с добавочными резисторами. Рассчитаем количество параллельно соединённых диодов, примем k_T = 0,8

Возьмём n = 3.

Найдём значение сопротивлений добавочных резисторов

Выберем резистор из стандартного ряда сопротивлений Е24 (± 5%) R_доб = 6,2 Ом

Последовательное соединение диодов

Последовательное соединение диодов

Для обеспечения возможности работы выбранного типа диода в схеме выпрямителя с обратным напряжением, превышающим его максимально допустимое значение, следует соединять однотипные диоды последовательно. Если параметры не совпадают, то один из диодов оказывается под значительно большим напряжением, чем другой. Это может привести к пробою одного, а затем и другого диода. Выравнивание обратного напряжения на последовательно соединенных диодах достигается шунтированием каждого из диодов резистором R_ш. Ток, протекающий через эти резисторы, должен быть в 5…10 раз больше максимально возможного обратного тока диодов. В мощных высоковольтных выпрямительных устройствах для этой же цели диоды шунтируют конденсаторами С_ш или RC-цепью.

Расчёт последовательного соединения диодов

Для начала расчёта необходимо определить количество последовательно соединенных диодов, исходя из того что падение напряжения на каждом отдельно взятом диоде не должно превышать амплитудного значения напряжения, тогда количество последовательно включённых диодов будет равно

, где

U_m — амплитудное значение напряжения проходящее через диод,
k_H – коэффициент нагрузки по напряжению (может принимать значения от 0,5 до 0,8),
U_{obp max} — максимально допустимое обратное напряжение диода.

При дробных значениях расчётного количества диодов округление ведётся в большую сторону.

Значение сопротивлений шунтирующих резисторов определяется по формуле

, где

I_{обp max} — максимально допустимый обратный ток диода при максимальной температуре.

Пример расчёта последовательного соединения диодов

Рассчитать выпрямительную цепь для напряжения с амплитудным значением 700В, используя диоды Д226Б.

Так как максимально допустимое обратное напряжение диода U_обр.max = 300В, то для выпрямления необходимо применить цепочку из последовательно соединённых диодов с шунтирующими резисторами. Рассчитаем количество последовательных диодов, примем k_H = 0,7

Возьмём n = 4

Найдём значение сопротивлений шунтирующих резисторов

Выберем резистор из стандартного ряда сопротивлений Е24 (± 5%) R_ш = 1 MОм

Включение дополнительных и шунтирующих резисторов неизбежно связано с увеличением потерь мощности и уменьшением КПД выпрямительной схемы.