Краткие сведения о выпрямителях

Сведения об основных узлах блока питания

На сегодняшний день основным элементом для изготовления выпрямителей является полупроводниковый диод. Способность диода выпрямлять переменное синусоидальное напряжение объясняется тем, что он может пропускать ток только в одном направлении. Таким образом, если в разрыв одного из двух сетевых проводов, питающих нагрузку (лампу накаливания, например), включить диод, то вместо изменяющегося по направлению и величине напряжения, имеющегося в сети, на лампе будет действовать постоянное по направлению и изменяющееся по величине напряжение (пульсирующее напряжение).Это схема простейшего выпрямителя. Сгладив пульсации, можем получить уже полноценное постоянное напряжение – напряжение постоянное как по направлению, так и по величине.

Рисунок 2.1 – Процессы в однополупериодных выпрямителях

Рисунок 2.2 – Процессы в двухполупериодных выпрямителях

Путем составления различных схем из полупроводниковых диодов добиваются того, чтобы пульсации напряжения на выходе получившейся схемы выпрямителя были как можно менее выражены. Это в частности улучшает процесс сглаживания пульсаций последующими устройствами, такими как сглаживающий фильтр, и в целом обеспечивает лучшее качество постоянного напряжения на выходе блока питания.

В зависимости от предъявляемых к выпрямителю требований выделяют ряд факторов, от которых зависит выбор схемы выпрямителя. Этими факторами являются: выпрямленное напряжение, выходная мощность, частота пульсаций выпрямленного напряжения, число диодов, обратное напряжение на диоде, коэффициент использования мощности трансформатора, напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Рассмотрим разработанные на сегодняшний день схемы выпрямления на полупроводниковых диодах.

Рисунок 2.3 – Схемы однополупериодного (а) и двухполупериодного (б) выпрямителей (обведены пунктирной линией)

Первая и самая простая схема – это однополупериодная схема выпрямления (рис. 2.3, а). Она уже была упомянута выше. Применяется в устройствах и схемах, где не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения. Допустимые выпрямленные токи составляют до нескольких десятков миллиампер. У схемы низкий коэффициент использования мощности трансформатора. Графики формы кривых напряжения на входе и выходе данной схемы приведены на рис. 2.1.

Двухполупериодная схема выпрямления (рис. 2.3, б) применяется в низковольтных выпрямителях. Обеспечивает лучшее качество выпрямленного напряжения при работе в составе блока питания. Ее недостаток в том, что необходимо использовать питающий трансформатор с выведенной средней точкой вторичной обмотки. Графики формы кривых напряжения на входе и выходе данной схемы приведены на рис. 2.2.

Однофазная мостовая схема выпрямления (рис. 2.4, а) имеет высокий коэффициент использования мощности трансформатора. Применяется в устройствах повышенной мощности при выходных напряжениях от десятков до сотен вольт. Недостаток схемы в том, что при одинаковом качестве выпрямленного напряжения по сравнению с двухполупериодной схемой выпрямления количество используемых полупроводниковых диодов в этой схеме в два раза больше, что также создает большие потери электроэнергии в элементах схемы.

Рисунок 2.4 – Схемы однофазного мостового выпрямителя (а) и выпрямителя с удвоением напряжения (б)

Симметричная схема удвоения напряжения (рис. 2.4, б) – это специфическая схема, предназначенная для получения выпрямленного удвоенного напряжения в устройствах с небольшими токами. Представляет собой последовательное соединение двух однополупериодных схем.

Несимметричная схема с умножением напряжения (рисунок 2.5) – это специфическая схема, применяемая в устройствах различной мощности, где при ничтожно малых токах (в режиме, близком к холостому ходу) необходимо создавать повышенные выпрямленные напряжения до нескольких сотен и тысяч вольт (телевизоры, осциллографы). Величина умножения напряжения зависит от числа звеньев (пар диод-конденсатор). На приведенной для примера схеме выпрямленное напряжение умножается в пять раз.

Рисунок 2.5 – Схема выпрямителя с умножением напряжения

Рисунок 2.6 – Трехфазная однотактная (а) и трехфазная мостовая (б) схемы

Трехфазная однотактная схема (рис. 2.6, а) в отличие от рассмотренных выше схем применяется для выпрямления трехфазного напряжения. Она имеет малое падение напряжения на диодах и применяется в схемах для выпрямления низких напряжений при повышенной мощности (свыше 500 Вт). Схема имеет ряд недостатков, из-за которых она не находит широкого применения: низкий коэффициент использования мощности трансформатора, относительно большое обратное напряжение на диоде, большие потери в магнитопроводе из-за вынужденного намагничивания трансформатора.

Трехфазная мостовая схема (рис. 2.6, б) более совершенна с точки зрения качества выпрямленного напряжения по сравнению с трехфазной однотактной схемой. Она используется в широком диапазоне выпрямленных напряжений и мощностей. Имеет высокий коэффициент использования мощности трансформатора, малое обратное напряжение на диоде и высокую частоту пульсации выпрямленного напряжения.

Дата добавления: 2017-01-13