Основные параметры выпрямительных диодов

1.I_{пр ср max} - максимально допустимый средний, прямой ток. Превышение его вызывает разрушение диода от перегрева.

2.U_пр – прямое напряжение на p-n-переходе при заданном прямом токе.

U_пр 0,3-0,5 В (Ge)

0,6-1,5В (Si)

3.I_обр - величина обратного тока при определённом обратном напряжении (ток закрытого диода)

Iko Ge >> Iko Si

4.U_обр – максимально допустимое обратное напряжение после которого наступает пробой диода.

Ge до 500В Si до 1500В

5.Pдоп - предельно допустимая мощность, рассеиваемая диодом.

В составе выпрямителя обычно входят: силовой трансформатор, предназначенный для получения необходимых величин переменного напряжения из напряжения сети, а также для гальванической развязки с сетью; вентильная группа (чаще всего полупроводниковые диоды), преобразующая напряжение переменного тока в пульсирующее напряжение постоянного тока, и емкостная нагрузка вентильной группы, представляющая собой конденсатор относительно большой емкости, который можно также рассматривать как простой емкостный сглаживающий фильтр. Сглаживающий фильтр, подключаемый к выходу выпрямителя, уменьшает пульсации выходного напряжения. В качестве элементов сглаживающих фильтров применяют конденсаторы, индуктивные катушки и их сочетания: Г-образные (LC) и П-образные (CLC).

Если к выходному напряжению предъявляется высокие требования по стабильности при колебаниях напряжения сети и тока нагрузки, то в источник питания вводится стабилизатор напряжения.

На рис. 2а представлена схема однополупериодного выпрямителя с полупроводниковым выпрямительным диодом V. Как известно, вольтамперная характеристика (ВАХ) выпрямительного диода имеет вид, представленный на рис. 3. Для упрощения практических расчетов ее часто представляют на основе кусочно-линейной аппроксимации двумя участками прямых AB и BC, причем

AB идет по оси абсцисс, а наклон BC определяется средним, прямым сопротивлением диода

С целью дальнейшего упрощения иногда принимают и тогда точка B смещается в начало координат. Как следует из такой аппроксимации ВАХ, диод представляют элементом с односторонней проводимостью, его внутреннее сопротивление на участке BA стремится к бесконечности, а на участке BC сравнительно мало.

На рис. 4 приведены временные диаграммы напряжений и токов в выпрямителе, работающем на емкостную нагрузку. В интервале времени t₂–t₁, соответствующем изменению фазового угла ωt₂–ωt₁, диод открыт и через него протекают токи нагрузки и заряда конденсатора C. Постоянная времени заряда τ_зар = C(R_н||R_пот), где сопротивление потерь R_пот = R_пр.ср+R_тр (R_тр — активное сопротивление потерь трансформатора). Практически всегда R_пот ≤ R_н и τ_зар ≈ CR_пот. В остальную часть периода диод закрыт. В течение этого времени конденсатор разряжается.

τ_разр ≈ C(R_н||(R_обр+R_тр)).

Поскольку у правильно выбираемых диодов их обратное сопротивление R_обр >> R_тр+R_н, постоянная времени разряда τ_разр ≈ CR_н и τ_зар << τ_разр, т.е. процессы заряда и разряда конденсатора C идут с разной скоростью. Следовательно, появляется постоянная составляющая напряжения U_с, на диоде обратное напряжение может достигать величины U_{обр.макс} = 2U_2m. Фазовый угол, в течение которого диод открыт, обозначается

2Θ = ωt₂ – ωt₁ , где Θ – угол отсечки. Чем меньше Θ, тем больше U ₀ и меньше пульсации. Поэтому Θ желательно уменьшать.

Эффективность работы любого сглаживающего фильтра определяют

коэффициентом пульсаций, равным отношению напряжения первой гармоники к постоянной составляющей выпрямленного напряжения U ₀.

Выходное сопротивление,

где ΔU₀ и ΔJ₀ находят по нагрузочной характеристике источника U ₀ = f (J ₀); U ₀ и J ₀ — напряжения и ток нагрузки.

.

На рис. 2б приведена схема двухполупериодного мостового выпрямителя. Ее особенностью является то, что за период через диоды протекают два импульса тока. В одном полупериоде ток течет через диоды V 2 и V 3 (пунктирные стрелки), в другом — через диоды V 1 и V 4. Частота пульсаций выше в два раза, а величина их меньше. Обратное напряжение на диодах ниже в два раза U _{обр.макс} > U 2 m по сравнению с однополупериодной схемой. Ещё одной особенностью этой схемы является отсутствие в трансформаторе постоянного подмагничивания, так как ток вторичной обмотки в полупериодах протекает в противоположных направлениях.

Для уменьшения пульсаций выходного напряжения между выпрямителем и нагрузкой часто включают сглаживающий фильтр. Качество сглаживания определяется коэффициентом сглаживания, равным отношению коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на его выходе

.

Например, простой LC– фильтр, представляющий собой последовательно с нагрузкой включенный дроссель и параллельно с нагрузкой включенный конденсатор, существенно уменьшает пульсации, поскольку для постоянной составляющей U ₀ сопротивление дросселя близко к 0, а конденсатора — к бесконечности, для пульсирующей — наоборот, поэтому постоянная составляющая проходит через фильтр практически без изменений, а пульсирующая существенно уменьшается.

Дата добавления: 2015-03-31