- однополуперіодний перетворювач
- Принцип дії двонапівперіодною схеми
- Як організувати двухполярной харчування
- Як реалізувати подвоєння напруги
- Використання операційних підсилювачів
- Коротко про керовані преобразователях
- трифазний випрямляч
- проектування
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Двухполуперіодний випрямляч більш поширений, ніж однополуперіодний, це пов'язано з численними перевагами такої схеми. Щоб пояснити, в чому саме полягає перевага, слід звернутися до теоретичних основ електротехніки.
В першу чергу розглянемо відміну двухполуперіодного випрямляча від однополупериодного, для цього потрібно зрозуміти принцип роботи кожного з них. Приклади схем з осцилограмами дадуть наочне уявлення про переваги і недоліки цих пристроїв.
однополуперіодний перетворювач
Нижче приведена типова схема подібного пристрою з мінімумом елементів.
позначення:
- Tr - трансформатор;
- DV- вентиль (діод);
- C f - ємність (грає роль фільтра, що згладжує);
- R n - підключена навантаження.
Тепер розглянемо осцилограму в контрольних точках U 1, U 2 і U n.
пояснення:
- в контрольній точці U 1 відображається діаграма знята на вході пристрою;
- U 2 - діаграма перед ємнісним сглаживающим фільтром;
- U n - осцилограма на навантаженні.
Тимчасова діаграма наочно показує, що після вентиля (діода) випрямлена напруга подається у вигляді характерних імпульсів, що складаються з позитивних напівперіодів. Коли відбувається такий імпульс, накопичується заряд ємнісного фільтра, який розряджається під час негативного напівперіоду, це дозволяє дещо згладити пульсації.
Недоліки такої схеми очевидні - це низький ККД, в слідстві високого рівня пульсацій. Але незважаючи на це, пристрої такого типу знаходять своє застосування в ланцюгах з низьким токопотребленіе.
Принцип дії двонапівперіодною схеми
Розглянемо два варіанти реалізації двухполуперіодного перетворювача (випрямляча): балансний і бруківці. Схема першого показана на малюнку нижче.
Використовувані елементи:
- Tr - трансформатор, у якого є дві однакові вторинні обмотки (або одна з відведенням по середині);
- DV 1 і DV 2 - вентилі (діоди);
- C f - ємнісний фільтр;
- R n - опір навантаження.
Наведемо відразу для наочності осциллограмму в контрольних точках.
- U 1 - осцилограма на вході;
- U 2 - графік перед ємнісним фільтром;
- U n - діаграма на виході пристрою.
Дана схема - це два сполучених однополуперіодних перетворювача, тобто на два роздільних джерела припадає одна загальне навантаження. Результат роботи такого пристрою наочно демонструє графік U 2. З нього видно, що в процесі використовуються обидва напівперіоду, що і дало назву цим перетворювачів.
Осцилограма наочно демонструє переваги такого пристрою, а саме, такі факти:
- частота пульсацій на виході пристрою подвоюється;
- зменшення «провалів» між імпульсами допускає використання меншою фільтрує ємності;
- двотактний перетворювач має великий ККД, ніж однополуперіодний.
Тепер розглянемо бруківці тип, він зображений на малюнку нижче.
Осцилограма пристрою мостового типу практично не відрізняється від балансного, тому приводити її немає сенсу. Основна перевага такої схеми - немає необхідності використовувати більш складний трансформатор.
Відео: Двухполуперіодний випрямний міст
Перетворювачі, де використовується напівпровідниковий діодний міст, широко застосовуються як в електротехніці (наприклад, в апаратах для зварювання, де номінальний струм може доходити до 500 ампер), так і радіоелектроніці, як джерело для слабкострумових ланцюгів.
Зауважимо, що крім напівпровідникових можна використовувати і вакуумні діоди - кенотрони (нижче показаний приклад схеми такого пристрою).
Власне, представлена схема - це класична реалізація балансного перетворювача двухполуперіодного типу. На сьогоднішній день вакуумні діоди практично не застосовуються, їх замінили напівпровідникові аналоги.
Як організувати двухполярной харчування
Поєднуючи балансних схему і бруківку, можна отримати перетворювач, який буде давати на виході двухполярной харчування із загальною (нульовий) точкою. Причому, для одного вона буде негативною, а для іншого - позитивної. Такі пристрої широко застосовуються в БП для цифрової радіотехніці.
Як реалізувати подвоєння напруги
Нижче представлена схема, що дозволяє отримати на виході пристрою напруга, вдвічі вище вихідного.
Для такого пристрою характерно, що два конденсатора заряджаються в різні напівперіоди, а оскільки вони розташовані послідовно, то, за підсумком, на «R n» сумарне напруга буде вдвічі вище, ніж на вході.
У перетворювачі з таким помножувачем можна застосовувати трансформатори з меншою напругою вторинної обмотки.
Використання операційних підсилювачів
Як відомо, у діодів вольтамперная характеристика нелінійна, створюючи однофазний прецизійний (високоточний) випрямляч двухполуперіодного типу на мікросхемі ОУ, можна істотно знизити похибку. Крім цього, є можливість створити перетворювач, що дозволяє стабілізувати струм на навантаженні. Приклад схеми такого пристрою показаний нижче.
На малюнку зображений найпростіший стабілізатор струму. Використовуваний в ньому ОУ - це керований по напрузі джерело. Така реалізація дозволяє домогтися, щоб струм на виході перетворювача не залежав від втрати напруги на навантаженні R н і диодном мосту D1-D4.
Якщо потрібно стабілізація напруги, схему перетворювача можна незначно ускладнити, додавши в неї стабілітрон. Він підключається паралельно згладжує ємності.
Коротко про керовані преобразователях
Нерідко потрібно керувати напругою на виході перетворювача, не змінюючи вхідний. Для цієї мети найбільш оптимальним буде застосування керованих вентилів, приклад такої реалізації показаний нижче.
трифазний випрямляч
Ми розглядали різні реалізації однофазних двухполуперіодних перетворювачів, але подібні пристрої використовуються і для трифазних джерел. Нижче, як приклад, показано пристрій, створене за схемою Ларіонова.
Як показує розташований вище графік, реалізація мостової схеми між парами фаз дозволяє отримати на виході незначні пульсації. Завдяки цьому фільтруючу ємність можна істотно знизити, або взагалі обійтися без неї.
проектування
Розрахунок навіть простого двухполуперіодного перетворювача є непростим завданням. Істотно спростити її можна використовуючи спеціальне програмне забезпечення. Ми рекомендуємо зупинити вибір на програмі Electronics Workbench, яка дозволяє виконати схематичне моделювання аналогових і цифрових електричних пристроїв.
Змоделювавши в цій програмі двонапівперіодний випрямляч можна отримати наочне уявлення про принцип його роботи. Вбудовані формули дозволяють розрахувати максимальну зворотню напругу для діодів, оптимальну ємність гасить конденсатора і т.д.