Co to jest prostownik pełnookresowy: obwód z teorią pracy

Co to jest prostownik pełnookresowy: obwód z teorią pracy

Jeśli wiesz co to jest prostownik , wtedy możesz znać sposoby zmniejszania tętnień lub wahań napięcia na stałym napięciu stałym przez podłączenie kondensatorów do rezystancji obciążenia. Ta metoda może być odpowiednia dla aplikacje o małej mocy , ale nie do zastosowań, które wymagają stałego i płynnego zasilania prądem stałym. Jedną z metod poprawy tego jest wykorzystanie każdego półcyklu napięcia wejściowego zamiast co drugiego półcyklu przebiegu. Obwód, który nam to umożliwia, nazywa się prostownikiem pełnookresowym (FWR). Przyjrzyjmy się szczegółowo teorii prostownika pełnookresowego. Podobnie jak obwód półfalowy, działanie tego obwodu jest napięciem wyjściowym lub prądem, który jest czysto stały lub ma określone napięcie stałe.



Co to jest prostownik pełnookresowy?

Urządzenie półprzewodnikowe, które służy do zmiany pełnego cyklu prądu przemiennego na pulsujący prąd stały, jest znane jako prostownik pełnookresowy. Obwód ten wykorzystuje pełną falę sygnału i / p AC, podczas gdy prostownik półokresowy wykorzystuje półfalę. Ten obwód jest używany głównie do przezwyciężenia wady prostowników półfalowych, takich jak wada o niskiej wydajności.


Obwód prostownika pełnookresowego

Te prostowniki mają kilka podstawowych zalet w porównaniu z nimi prostownik półfalowy odpowiedniki. Średnie napięcie wyjściowe (DC) jest wyższe niż w przypadku prostownika półfalowego, wyjście tego prostownika ma znacznie mniejsze tętnienia niż prostownik półfalowy wytwarzający płynniejszy przebieg wyjściowy.





Schemat prostownika pełnookresowego

Schemat prostownika pełnookresowego

Teoria prostownika pełnookresowego

W tym obwodzie używamy dwóch diod, po jednej na każdą połowę fali. Wielokrotność transformator uzwojenia jest używany, którego uzwojenie wtórne jest równo podzielone na dwie połowy ze wspólnym połączeniem z gwintem środkowym. Konfiguracja powoduje, że każda dioda przewodzi po kolei, gdy jej zacisk anodowy jest dodatni względem punktu środkowego C transformatora, generuje sygnał wyjściowy podczas obu półcykli. Zalety tego prostownika są elastyczne w porównaniu z prostownikiem półfalowym.



Teoria prostownika pełnookresowego

Teoria prostownika pełnookresowego

Obwód ten składa się z dwóch diod mocy podłączonych do jednej rezystancji obciążenia (RL), przy czym każda dioda z kolei pobiera prąd do rezystora obciążenia. Gdy punkt A transformatora jest dodatni w stosunku do punktu A, dioda D1 przewodzi w kierunku do przodu, jak wskazują strzałki. Gdy punkt B jest dodatni w ujemnej połowie cyklu w stosunku do punktu C, dioda D2 przewodzi w kierunku do przodu, a prąd przepływający przez rezystor R jest w tym samym kierunku dla obu półcykli fali.

Napięcie wyjściowe na rezystorze R jest sumą wskazową dwóch przebiegów, jest również znane jako obwód dwufazowy. Przestrzenie między każdą półfalą wytworzoną przez każdą diodę są teraz wypełniane przez drugą. Średnie napięcie wyjściowe DC na rezystorze obciążającym jest teraz dwukrotnie większe niż w pojedynczym obwodzie prostownika półfalowego i wynosi około 0,637 Vmax napięcia szczytowego przy założeniu braku strat. VMAX to maksymalna wartość szczytowa w jednej połowie uzwojenia wtórnego, a VRMS to wartość RMS.


Działanie prostownika pełnookresowego

Szczytowe napięcie przebiegu wyjściowego jest takie samo jak wcześniej dla prostownika półokresowego dostarczanego w każdej połowie uzwojenia transformatora mają takie samo napięcie RMS. Aby uzyskać inne napięcie wyjściowe DC, można zastosować różne współczynniki transformatora. Wadą tego typu obwodu prostownika jest to, że wymagany jest większy transformator dla danej mocy wyjściowej z dwoma oddzielnymi, ale identycznymi uzwojeniami wtórnymi, co powoduje, że ten typ obwodu prostownika pełnookresowego jest kosztowny w porównaniu do obwodu prostownika mostkowego FW.

Przebiegi wyjściowe prostownika pełnookresowego

Przebiegi wyjściowe prostownika pełnookresowego

Ten obwód zawiera przegląd działania prostownika pełnookresowego. Obwód, który wytwarza taki sam przebieg wyjściowy, jak obwód prostownika pełnookresowego, to obwód pełnej fali Mostek prostowniczy . Prostownik jednofazowy wykorzystuje cztery indywidualne diody prostownicze połączone w pętla zamknięta konfiguracja mostka w celu wytworzenia żądanej fali wyjściowej. Zaletą tego obwodu mostkowego jest to, że nie wymaga on specjalnego transformatora z odczepem centralnym, co zmniejsza jego rozmiar i koszt. Pojedyncze uzwojenie wtórne jest podłączone po jednej stronie sieci mostka diodowego, a obciążenie po drugiej stronie.

Cztery diody oznaczone od D1 do D4 są ułożone szeregowo w pary, przy czym tylko dwie diody przewodzą prąd podczas każdego półcyklu. Po dodatnim półcyklu zasilania diody D1, D2 przewodzą szeregowo, podczas gdy diody D3 i D4 są spolaryzowane odwrotnie i prąd przepływa przez obciążenie. Podczas ujemnego półcyklu diody D3 i D4 przewodzą szeregowo, a diody D1 i D2 wyłączają się, ponieważ mają teraz odwrotną polaryzację.

Prąd przepływający przez obciążenie jest jednokierunkowy, a napięcie rozwijane na obciążeniu jest również napięciem jednokierunkowym, tak samo jak w przypadku poprzednich dwóch diodowych modelu prostownika pełnookresowego. Dlatego średnie napięcie DC na obciążeniu wynosi 0,637 V. Podczas każdego półcyklu prąd przepływa przez dwie diody zamiast tylko jednej diody, więc amplituda napięcia wyjściowego wynosi dwa spadki napięcia o 1,4 V mniej niż amplituda wejściowa VMAX, częstotliwość tętnienia jest teraz dwukrotnie większa niż częstotliwość zasilania 100 Hz dla 50 Hz zasilanie lub 120 Hz dla zasilania 60 Hz.

Rodzaje prostowników pełnookresowych

Są one dostępne w dwóch formach, mianowicie prostownik pełnookresowy z odczepem środkowym i obwód prostownika mostkowego. Każdy typ prostownika pełnookresowego ma swoje własne cechy, więc są one używane w różnych aplikacjach.

  • Środek dotknij prostownika pełnookresowego
  • Prostownik mostkowy pełnookresowy

Środek dotknij prostownika pełnookresowego

Ten rodzaj prostownika można zbudować z transformatorem z odczepem poprzez uzwojenie wtórne, gdzie AB jest zaczepiony w centralnym punkcie „C” i dwie diody, takie jak D1, D2, są połączone w górnej i dolnej części obwodu. Do prostowania sygnału dioda D1 wykorzystuje napięcie przemienne, które pojawia się po górnej stronie uzwojenia wtórnego, podczas gdy dioda D2 wykorzystuje dolną część uzwojenia. Ten rodzaj prostownika jest szeroko stosowany w zaworach termicznych i lampach próżniowych.

Centered Tap FWR

Centered Tap FWR

Poniżej pokazano obwód prostownika pełnookresowego centralnego kranu. W obwodzie napięcie AC, takie jak Vin, przepływa przez dwa zaciski, takie jak AB uzwojenia wtórnego transformatora, po włączeniu zasilania AC.

Obwód prostownika mostka pełnookresowego

Prostownik mostkowy pełnookresowy można zaprojektować z czterema diodami prostowniczymi. Nie używa żadnego dotknięcia środka. Jak sama nazwa wskazuje, obwód zawiera obwód mostkowy. Połączenie czterech diod w obwodzie można wykonać na wzór mostka z zamkniętą pętlą. Ten prostownik jest tańszy i mniejszy ze względu na brak transformatora z centralnym zaczepem.

Obwód prostownika mostka FW

Obwód prostownika mostka FW

Diody używane w tym obwodzie są nazwane D1, D2, D3 i D4, gdzie dwie diody będą przewodzić jednocześnie zamiast czterech, jak D1 i D3 lub D2 i D4 w oparciu o górną połowę cyklu lub dolną połowę cyklu podawaną do obwodu.

Różnica między prostownikiem pełnookresowym a prostownikiem półfalowym

W oparciu o różne parametry, różnicę między prostownikiem pełnookresowym i półfalowym omówiono poniżej. Różnica między tymi dwoma prostownikami jest następująca.

Prostownik półfalowy Prostownik pełnookresowy
Prąd prostownika półokresowego tylko w dodatnim półokresie zastosowanego wejścia, dlatego wykazuje charakterystykę jednokierunkową.Prostownik pełnookresowy, obie połowy sygnału wejściowego są wykorzystywane w tym samym czasie pracy, dzięki czemu wykazuje dwukierunkową charakterystykę.
Ten obwód prostownika półfalowego można zbudować za pomocą jednej diodyTen obwód prostownika pełnookresowego może być zbudowany z dwóch lub czterech diod
Współczynnik wykorzystania transformatora dla HWR wynosi 0,287Współczynnik wykorzystania transformatora dla FWR wynosi 0,693
Podstawowa częstotliwość tętnienia HWR to „f”Podstawowa częstotliwość tętnienia FWE to „2f”
Szczytowe napięcie zwrotne prostownika półokresowego jest wysokie przy podanej wartości wejściowej.Szczytowe napięcie zwrotne prostownika pełnookresowego jest dwukrotnością dostarczonej wartości wejściowej.
Regulacja napięcia prostownika półfalowego jest dobraRegulacja napięcia prostownika półfalowego jest lepsza
Współczynnik szczytowy prostownika półfalowego wynosi 2Współczynnik szczytowy tego prostownika wynosi 1,414
W tym prostowniku możliwe jest nasycenie rdzenia transformatoraW tym prostowniku nasycenie rdzenia transformatora nie jest możliwe
Koszt HWR jest mniejszyKoszt FWR jest wysoki
W HWR gwintowanie środkowe nie jest wymaganeW FWR wymagane jest gwintowanie środkowe
Współczynnik tętnienia tego prostownika jest większyWspółczynnik tętnienia tego prostownika jest mniejszy
Współczynnik kształtu HWR to 1,57Współczynnik kształtu FWR to 1,11
Najwyższa sprawność zastosowana do rektyfikacji wynosi 40,6%Najwyższa sprawność zastosowana do rektyfikacji to 81,2%
Średnia aktualna wartość HWR wynosi Imav / πŚrednia aktualna wartość FWR wynosi 2Imav / π

Charakterystyka prostownika pełnookresowego

Charakterystykę prostownika pełnookresowego omówiono poniżej.

  • Ripple Factor
  • Form Factor
  • Prąd wyjściowy DC
  • Szczytowe napięcie odwrotne
  • Średnia kwadratowa wartość prądu obciążenia IRMS
  • Sprawność prostownika

Ripple Factor

Współczynnik tętnienia można zdefiniować jako stosunek napięcia tętnienia do czystego napięcia stałego. Główną funkcją tego jest pomiar istniejących tętnień w sygnale DC o / p, więc na podstawie współczynnika tętnienia można wskazać sygnał DC. Kiedy współczynnik tętnienia jest wysoki, wskazuje to na silny pulsujący sygnał DC. Podobnie, gdy współczynnik tętnienia jest niski, oznacza to niski pulsujący sygnał DC.

Γ = √ (VrmsVDC)dwa−1

Gdzie γ = 0,48.

Form Factor

Współczynnik kształtu prostownika pełnookresowego można zdefiniować jako stosunek wartości skutecznej prądu i prądu wyjściowego DC.

Współczynnik kształtu = wartość skuteczna prądu / prąd wyjściowy DC.

W przypadku prostownika pełnookresowego współczynnik kształtu wynosi 1,11

Prąd wyjściowy DC

Przepływ prądu w obu diodach, takich jak D1 i D2, na rezystorze obciążenia o / p, takim jak RL, jest w tym samym kierunku. Zatem prąd o / p to ilość prądu w obu diodach

Prąd generowany przez diodę D1 wynosi Imax / π.

Prąd generowany przez diodę D2 to Imax / π.

Tak więc prąd o / p (JADC) = 2Imax / π .

Gdzie,

„Imax” to maksymalny prąd obciążenia DC

Szczytowe napięcie odwrotne (PIV)

Szczytowe napięcie odwrotne lub PIV jest również znane jako szczytowe napięcie wsteczne. Można to zdefiniować, gdy dioda może wytrzymać maksymalne napięcie w stanie odwrotnego polaryzacji. Jeśli przyłożone napięcie jest wyższe w porównaniu z PIV, dioda ulegnie trwałemu zniszczeniu.

PIV = 2 Vs maks

Napięcie wyjściowe DC

Napięcie DC o / p może pojawić się na rezystorze obciążenia (RL) i można to podać podobnie VDC = 2Vmax / π .

Gdzie,

„Vmax” to maksymalne napięcie wtórne.

jaRMS

Średnia kwadratowa wartości prądu obciążenia prostownika pełnookresowego wynosi

jaRMS= Im√2

VRMS

Średnia kwadratowa wartość napięcia obciążenia O / p prostownika pełnookresowego wynosi

VRMS= JaRMS× RL= Im / √2 × RL

Sprawność prostownika

Sprawność prostownika można zdefiniować jako ułamek mocy DC o / p i mocy AC i / p. Sprawność prostownika wskazuje, jak wydajnie przekształca prąd przemienny w prąd stały. Gdy sprawność prostownika jest wysoka, nazywa się go dobrym prostownikiem, podczas gdy wydajność jest niska, nazywa się to prostownikiem nieefektywnym.

Η = wyjście (strDC) / Wejście (strAC)

Dla tego prostownika sprawność wynosi 81,2% i jest dwukrotnie większa w porównaniu z prostownikiem półfalowym.

Zalety

Plik zalety prostownika pełnookresowego obejmują następujące elementy.

  • W porównaniu z półfalą obwód ten ma większą wydajność
  • Ten obwód wykorzystuje oba cykle, więc nie ma strat w mocy o / p.
  • W porównaniu z prostownikiem półfalowym współczynnik tętnienia tego prostownika jest mniejszy
  • Gdy oba cykle zastosowane do prostowania nie zostaną utracone w sygnale napięciowym i / p
  • Możesz użyć czterech pojedynczych diod mocy, aby utworzyć mostek pełnookresowy, gotowe elementy prostownika mostkowego są dostępne od ręki w zakresie różnych rozmiarów napięcia i prądu, które można wlutować bezpośrednio do Płytka drukowana lub być połączone za pomocą łączników widełkowych.
  • Mostek pełnofalowy daje nam większą średnią wartość prądu stałego z mniejszymi nałożonymi tętnieniami, podczas gdy przebieg wyjściowy jest dwukrotnie większy niż częstotliwość zasilania wejściowego. Dlatego należy zwiększyć jego średni poziom wyjściowy DC jeszcze bardziej, podłączając odpowiedni kondensator wygładzający na wyjściu obwodu mostka.
  • Zaletą prostownika mostkowego pełnookresowego jest to, że ma mniejszą wartość tętnienia prądu przemiennego dla danego obciążenia i mniejszy zbiornik lub kondensator wygładzający niż równoważny obwód półfalowy. Częstotliwość podstawowa napięcia tętnienia jest dwa razy większa niż częstotliwość zasilania AC 100 Hz, gdzie dla półfali jest dokładnie równa częstotliwości zasilania 50 Hz.
  • Ilość tętnienia napięcia nałożonego na napięcie zasilania DC przez diody można praktycznie wyeliminować, dodając znacznie ulepszony filtr π do zacisków wyjściowych mostka. Filtr dolnoprzepustowy składa się z dwóch kondensatorów wygładzających o tej samej wartości oraz dławika lub indukcyjności na nich, aby wprowadzić ścieżkę o wysokiej impedancji do naprzemiennej składowej tętnienia.
  • Alternatywą jest użycie standardowego układu scalonego 3-końcowego regulatora napięcia, takiego jak LM78xx, gdzie „xx” oznacza znamionowe napięcie wyjściowe dla dodatniego napięcia wyjściowego lub jego odwrotnego odpowiednika LM79xx dla ujemnego napięcia wyjściowego, które może zmniejszyć tętnienie o więcej niż 70dB arkusz danych, dostarczając stały prąd wyjściowy powyżej 1 ampera.
  • Jest to podstawowy składnik do uzyskania napięcia stałego dla komponentów, które pracują z napięciem stałym. Można opisać jego pracę jako projekt prostownika pełnookresowego.
  • Jest sercem obwodu i wykorzystuje mostek diodowy. Kondensatory służą do usuwania zmarszczek. Oparty na wymaganiu napięcia stałego.

Niedogodności

Plik wady prostownika pełnookresowego obejmują następujące elementy.

  • Do projektowania obwodu wykorzystuje cztery diody
  • Ten obwód nie jest używany, gdy konieczne jest skorygowanie małego napięcia, ponieważ połączenie dwóch diod można wykonać szeregowo i zapewnia podwójny spadek napięcia ze względu na ich rezystancję wewnętrzną.
  • W porównaniu z półfalą jest to skomplikowane.
  • Szczytowe napięcie odwrotne diody jest wysokie, więc są one większe i droższe.
  • Ten prostownik jest skomplikowany, aby umieścić środkowy zaczep nad mniejszym uzwojeniem.
  • Wartość prądu stałego o / p jest niewielka, ponieważ każda dioda zużywa tylko połowę wtórnych napięć transformatora.

Aplikacje

Plik zastosowania prostownika pełnookresowego obejmują następujące elementy.

  • Ten rodzaj prostownika jest używany głównie do identyfikacji amplitudy modulującego sygnału radiowego.
  • W przypadku spawania elektrycznego spolaryzowane napięcie stałe może być dostarczane przez prostownik mostkowy
  • Obwód prostownika mostkowego jest używany w obwodzie zasilającym do różnych zastosowań, ponieważ może przekształcić napięcie z wysokiego AC na niskie DC.
  • Prostowniki te służą do zasilania urządzeń pracujących przy napięciu stałym podobnym do diod LED i silnika.

Tak więc chodzi o przegląd prostownika pełnookresowego, obwodu, działania, charakterystyk, zalet, wad i jego zastosowań. Oto pytanie do Ciebie, jakie są rodzaje prostowników?