Plnovlnný stredový usmerňovač

Ak hovoríme o jednofázových diódových usmerňovačoch vo všeobecnosti, potom vám stredný celovlnový usmerňovač umožňuje dosiahnuť nižšie straty na samotných diódach, pretože existujú iba dve diódy.

Okrem toho sa zvyčajne takéto usmerňovače používajú v nízkonapäťových zariadeniach, kde je podstatný prúd cez diódy. Preto je v tomto aspekte výhodnejší celovlnný stredový obvod, pretože straty energie v diódach sú úmerné druhej mocnine. priemernej hodnoty prúdu, ktorý nimi preteká.

A keď vezmete do úvahy dostupnosť a kvalitu Schottkyho dióda (nízky pokles napätia vpred), ktoré sú dnes na trhu bežne dostupné, je zrejmá voľba v prospech obvodu v strede.

A ak hovoríme o transformátorovo-impulzných meničoch s push-pull transformátorom (most, polovičný mostík, push-pull) pracujúci na frekvenciách oveľa vyšších ako je bežná sieťová frekvencia, tak zostane len obvod usmerňovača so stredným bodom a nie iné.

V tomto článku sa však zameriame na výpočet usmerňovača vo vzťahu k nízkej frekvencii vedenia 50 Hz, kde je usmernený prúd sínusový.

V prvom rade si treba uvedomiť, že v usmerňovači, ktorý je postavený podľa tejto schémy, nás zaväzuje mať transformátor s dvomi rovnakými sekundárnymi vinutiami alebo s jedným sekundárnym vinutím, ale s výstupom v strede (čo je v podstate rovnaký).

Napätie získané sériovo z polovičných vinutí takéhoto transformátora je v skutočnosti dvojfázové vzhľadom na stred, ktorý pri usmerňovaní pôsobí ako nulový bod, pretože sa tu vytvárajú dva EMF rovnakej veľkosti, ale opačného smeru. To znamená, že napätia na koncových svorkách sekundárneho vinutia transformátora, ktoré vznikajú v ktoromkoľvek okamihu jeho činnosti, sú fázovo posunuté o 180 stupňov.

Protiľahlé svorky vinutí w21 a w22 sú pripojené k anódam diód VD1 a VD2, pričom napätia u21 a u22 privedené na diódy sú v protifáze.

Preto diódy vedú prúd postupne - každá počas svojho polcyklu napájacieho napätia: počas jedného polcyklu má anóda diódy VD1 kladný potenciál a prúd i21 preteká cez ňu, cez záťaž a cez cievka (polo cievka) w21, zatiaľ čo dióda VD2 je v stave spätného predpätia, je zablokovaná, takže cez polovicu cievky w22 nepreteká žiadny prúd.

Počas nasledujúceho polcyklu má anóda diódy VD2 kladný potenciál a cez ňu, cez záťaž a cez cievku (polo cievku) w22 preteká prúd i22, pričom dióda VD1 je v obrátenom predpätom stave, je zablokovaný, preto prúd netečie cez polovičnú cievku w21.

Dosiahnutým výsledkom je, že prúd preteká záťažou vždy v rovnakom smere, to znamená, že prúd je usmernený. A každá z polovíc sekundárneho vinutia transformátora sa ukáže byť zaťažená iba na polovicu periódy dvoch. Pre transformátor to znamená, že v jeho magnetickom obvode nikdy nedochádza k magnetizácii, pretože magnetomotorické sily jednosmerných zložiek prúdov vinutia smerujú opačne.

Označme efektívne napätie medzi stredným bodom a vzdialenou svorkou jedného z polovičných vinutí ako U2. Potom sa získa priemerné usmernené napätie Ud medzi stredným bodom sekundárneho vinutia a bodom pripojenia katód diód.V tomto prípade bude priemerná hodnota napätia v záťaži:

Vidíme, že priemerná hodnota usmerneného napätia súvisí s efektívnou hodnotou rovnakým spôsobom, ako priemerná hodnota prúdu súvisí s efektívnou hodnotou prúdu s neupraveným sínusovým napätím.

Priemerná hodnota záťažového prúdu sa zistí podľa vzorca (kde Rd je záťažový odpor):

A keďže prúd preteká diódami v sérii, môžete teraz zistiť priemerný prúd každej diódy a amplitúdu prúdu pre každú diódu. Pri výbere diódy pre takýto usmerňovač je dôležité venovať pozornosť skutočnosti, že maximálny povolený prúd diódy je o niečo vyšší ako hodnota stanovená podľa tohto vzorca:

Pri navrhovaní celovlnného stredového usmerňovača je tiež dôležité pamätať na to, že spätné napätie aplikované na uzamknutú diódu, zatiaľ čo druhá dióda je vodivá, dosahuje dvojnásobok amplitúdy napätia polovičnej cievky.Preto musí byť maximálne spätné napätie pre zvolenú diódu vždy väčšie ako táto hodnota:

Keď je špecifikované výstupné (korigované) napätie Ud, potom bude efektívna hodnota napätia U2 sekundárneho polovičného vinutia súvisieť s ním takto (porovnaj s prvým vzorcom):

Okrem toho pri návrhu usmerňovača a nastavení priemerného výstupného napätia Ud, ktoré sa má získať pri zaťažení, je potrebné k nemu pripočítať priepustný úbytok napätia na dióde Uf (je uvedený v dokumentácii diódy). Vynásobením polovice priemerného zaťažovacieho prúdu dopredným poklesom napätia na dióde získame množstvo energie, ktoré sa bude nevyhnutne musieť rozptýliť v každej z dvoch diód ako teplo:

Pri výbere diód je dôležité to vziať do úvahy, posúdiť možnosti puzdra diódy, či dokáže rozptýliť toľko energie a zároveň nezlyhať. V prípade potreby budete musieť vykonať dodatočné tepelné výpočty týkajúce sa výberu chladičov, ku ktorým budú tieto diódy pripevnené.