Ανορθωτής μεσαίου σημείου πλήρους κύματος

Αν μιλάμε για μονοφασικούς ανορθωτές διόδου γενικά, τότε ο ανορθωτής πλήρους κύματος μεσαίου σημείου σάς επιτρέπει να έχετε μικρότερες απώλειες στις ίδιες τις διόδους, καθώς υπάρχουν μόνο δύο δίοδοι.

Επιπλέον, συνήθως τέτοιοι ανορθωτές χρησιμοποιούνται σε συσκευές χαμηλής τάσης όπου το ρεύμα διαμέσου των διόδων είναι απαραίτητο.Επομένως, από αυτή την άποψη, ένα κύκλωμα μεσαίου σημείου πλήρους κύματος είναι πιο πλεονεκτικό, καθώς οι απώλειες ενέργειας στις διόδους είναι ανάλογες του τετραγώνου της μέσης τιμής του ρεύματος που τους διαρρέει.

Και όταν εξετάζετε τη διαθεσιμότητα και την ποιότητα Δίοδος Schottky (χαμηλή πτώση τάσης προς τα εμπρός) που είναι ευρέως διαθέσιμα στην αγορά σήμερα, η επιλογή υπέρ ενός κυκλώματος μεσαίου σημείου είναι προφανής.

Και αν μιλάμε για μετατροπείς μετασχηματιστή-παλμού με μετασχηματιστή push-pull (γέφυρα, μισή γέφυρα, push-pull) που λειτουργεί σε συχνότητες πολύ υψηλότερες από τη συνηθισμένη συχνότητα δικτύου, τότε παραμένει μόνο το κύκλωμα ανορθωτή με μεσαίο σημείο και όχι άλλα.

Ωστόσο, σε αυτό το άρθρο θα επικεντρωθούμε στον υπολογισμό του ανορθωτή σε σχέση με μια χαμηλή συχνότητα γραμμής 50 Hz, όπου το ανορθωμένο ρεύμα είναι ημιτονοειδές.

Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να σημειωθεί ότι στον ανορθωτή, που είναι κατασκευασμένος σύμφωνα με αυτό το σχήμα, μας υποχρεώνει να έχουμε έναν μετασχηματιστή με δύο όμοιες δευτερεύουσες περιελίξεις ή με ένα δευτερεύον τύλιγμα, αλλά με έξοδο στη μέση (που ουσιαστικά είναι το ίδιο).

Η τάση που λαμβάνεται σε σειρά από τις μισές περιελίξεις ενός τέτοιου μετασχηματιστή είναι στην πραγματικότητα διφασική ως προς το μεσαίο σημείο, το οποίο λειτουργεί ως σημείο μηδέν κατά την ανόρθωση, αφού εδώ σχηματίζονται δύο EMF ίσα σε μέγεθος αλλά αντίθετα στην κατεύθυνση. Δηλαδή, οι τάσεις στους ακραίους ακροδέκτες της δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή, που προκύπτουν σε οποιαδήποτε στιγμή της λειτουργίας του, μετατοπίζονται φάση κατά 180 μοίρες.

Οι απέναντι ακροδέκτες των περιελίξεων w21 και w22 συνδέονται με τις ανόδους των διόδων VD1 και VD2, ενώ οι τάσεις u21 και u22 που εφαρμόζονται στις διόδους είναι σε αντιφάση.

Επομένως, οι δίοδοι μεταφέρουν ρεύμα με τη σειρά τους - καθεμία κατά τη διάρκεια του μισού κύκλου της τάσης τροφοδοσίας: κατά τη διάρκεια ενός μισού κύκλου, η άνοδος της διόδου VD1 έχει θετικό δυναμικό και το ρεύμα i21 ρέει μέσω αυτής, μέσω του φορτίου και μέσω του πηνίο (ημι-πηνίο) w21, ενώ η δίοδος VD2 ​​βρίσκεται σε κατάσταση αντίστροφης πόλωσης, είναι κλειδωμένη, επομένως δεν ρέει ρεύμα μέσω του μισού πηνίου w22.

Κατά τη διάρκεια του επόμενου μισού κύκλου, η άνοδος της διόδου VD2 έχει θετικό δυναμικό και το ρεύμα i22 ρέει μέσα από αυτό, μέσω του φορτίου και μέσω του πηνίου (ημι-πηνίο) w22, ενώ η δίοδος VD1 βρίσκεται σε αντίστροφη πόλωση, είναι κλειδωμένο, επομένως το ρεύμα δεν ρέει μέσα από το μισό πηνίο w21.

Το αποτέλεσμα που επιτυγχάνεται είναι ότι το ρεύμα ρέει μέσω του φορτίου πάντα προς την ίδια κατεύθυνση, δηλαδή το ρεύμα ανορθώνεται. Και καθένα από τα μισά της δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή αποδεικνύεται ότι φορτώνεται μόνο για μισή περίοδο δύο. Για έναν μετασχηματιστή, αυτό σημαίνει ότι η μαγνήτιση δεν συμβαίνει ποτέ στο μαγνητικό του κύκλωμα επειδή οι μαγνητοκινητικές δυνάμεις των συστατικών συνεχούς ρεύματος των ρευμάτων περιέλιξης κατευθύνονται αντίθετα.

Ας υποδηλώσουμε την ενεργή τάση μεταξύ του μεσαίου σημείου και του απομακρυσμένου ακροδέκτη μιας από τις μισές περιελίξεις ως U2. Στη συνέχεια προκύπτει η μέση ανορθωμένη τάση Ud μεταξύ του μεσαίου σημείου της δευτερεύουσας περιέλιξης και του σημείου σύνδεσης των καθόδων των διόδων. Σε αυτήν την περίπτωση, η μέση τιμή της τάσης στο φορτίο θα είναι:

Βλέπουμε ότι η μέση τιμή της ανορθωμένης τάσης σχετίζεται με την τιμή rms με τον ίδιο τρόπο που η μέση τιμή του ρεύματος σχετίζεται με την τιμή rms του ρεύματος με μη ανορθωμένη ημιτονοειδή τάση.

Η μέση τιμή του ρεύματος φορτίου βρίσκεται από τον τύπο (όπου Rd είναι η αντίσταση φορτίου):

Και δεδομένου ότι το ρεύμα ρέει μέσω των διόδων σε σειρά, μπορείτε τώρα να βρείτε το μέσο ρεύμα κάθε διόδου και το πλάτος του ρεύματος για κάθε δίοδο. Όταν επιλέγετε μια δίοδο για έναν τέτοιο ανορθωτή, είναι σημαντικό να δώσετε προσοχή στο γεγονός ότι το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα της διόδου είναι ελαφρώς υψηλότερο από την τιμή που καθορίζεται σύμφωνα με αυτόν τον τύπο:

Όταν σχεδιάζετε έναν ανορθωτή μεσαίου σημείου πλήρους κύματος, είναι επίσης σημαντικό να θυμάστε ότι η αντίστροφη τάση που εφαρμόζεται σε μια κλειδωμένη δίοδο ενώ η άλλη δίοδος άγει φτάνει το διπλάσιο του πλάτους της τάσης μισού πηνίου.Επομένως, η μέγιστη αντίστροφη τάση για την επιλεγμένη δίοδο πρέπει να είναι πάντα μεγαλύτερη από αυτήν την τιμή:

Όταν καθοριστεί η τάση εξόδου (διορθωμένη) Ud, τότε η πραγματική τιμή της τάσης U2 του δευτερεύοντος μισού τυλίγματος θα συσχετιστεί με αυτήν ως εξής (συγκρίνετε με τον πρώτο τύπο):

Επιπλέον, κατά το σχεδιασμό ενός ανορθωτή και τη ρύθμιση της μέσης τάσης εξόδου Ud που πρέπει να ληφθεί υπό φορτίο, είναι απαραίτητο να προσθέσετε σε αυτό την εμπρόσθια πτώση τάσης στη δίοδο Uf (δίνεται στην τεκμηρίωση της διόδου). Πολλαπλασιάζοντας το μισό του μέσου ρεύματος φορτίου με την πρόσθια πτώση τάσης στη δίοδο μας δίνει την ποσότητα ισχύος που αναπόφευκτα θα πρέπει να διασκορπιστεί σε καθεμία από τις δύο διόδους ως θερμότητα:

Όταν επιλέγετε διόδους, είναι σημαντικό να το λάβετε υπόψη, για να αξιολογήσετε τις δυνατότητες του περιβλήματος της διόδου, εάν μπορεί να διαχέει τόση ισχύ και να μην αποτύχει ταυτόχρονα. Εάν είναι απαραίτητο, θα χρειαστεί να κάνετε πρόσθετους θερμικούς υπολογισμούς σχετικά με την επιλογή των ψυκτών στις οποίες θα συνδεθούν αυτές οι δίοδοι.