Разбиране на мостовите токоизправители: принципи, класификации и практически приложения
2024-07-09 10420

Мостовият изправител преобразува променлив ток (AC) в директен ток (DC) през мостова конструкция, съставена от четири диода.Еднопосочната проводимост на диодите се използва за отстраняване на положителните и отрицателните половин цикли на AC в DC в същата посока.Дизайнът на мостовия изправител не само подобрява ефективността на коригиране, но също така осигурява стабилно напрежение на изходното на постоянен ток.Тази статия ще обсъди подробно принципа на работа, класификация и роля на мостовия изправител в практическите приложения.

Каталог

Какво е изправител?

Изправител е електронно устройство, използвано за преобразуване на променлив ток (AC) в директен ток (DC).Обикновено се използва в захранващите системи и открива радиосигнали.Погректорите улесняват превръщането от променлив ток в DC, като се възползват от еднопосочната проводимост на диодите, което позволява на тока да тече само в една посока.Те могат да бъдат направени от различни материали, включително вакуумни тръби, тръби за запалване, твърди силиконови полупроводникови диоди и дъги на живак.Устройствата, които изпълняват обратната функция (преобразуване на DC в AC), се наричат ​​инвертори.

В UPS в готовност (непрекъснато захранване) трябва да се зарежда само батерията, така че системата включва зарядно устройство, но не захранва захранването на товара.За разлика от тях, двойното преобразуване не само зарежда батерията, но и доставя мощност на инвертора, така че се нарича изправител/зарядно устройство.

Основната функция на изправител е да преобразува AC в DC.Това прави чрез два основни процеса, преобразувайки AC в DC, след това го филтрира, за да осигури стабилен постоянен ток за товара или инвертора и осигурява напрежение за зареждане на батерията, като по този начин също действа като зарядно.

Работата на неконтролиран изправител включва преминаване на половината от цикъла на променлив ток през товара, произвеждайки пулсиращ DC изход.В контролиран изправител потокът от ток се управлява чрез контролиране на провеждането на транзистор или друго контролируемо устройство, което води до контролиран изход на постоянен ток.

Класификация на токоизправители

Токоизпълнителите се класифицират според различни стандарти.Следните са общи методи за класификация:

Класификация по метод на коригиране

Полувесен токоизправител работи само в половината от цикъла на променлив ток (положителен половин цикъл или отрицателен половин цикъл).Той остава неактивен в другия полу-цикъл.Следователно изходното напрежение се състои само от половината от формата на вълна на променлив ток.

Пълно вълнов изправител се провежда както в положителните, така и в отрицателните полуцикли на цикъла на променлив ток.Това означава, че изходното напрежение е положително и в двата полуцикла на цикъла.

Класификация по изправител

Диодните токоизправители използват диоди като основен елемент на изправяне.Те обикновено се използват в вериги с ниска мощност и средна мощност.Диодът позволява само токът да тече в една посока, като гарантира преобразуването от променлив ток в DC.

SCR е полупроводниково устройство, което може да бъде точно контролирано, за да се включи и изключи.Той е подходящ за вериги за регулиране с висока мощност, които изискват прецизен контрол на процеса на коригиране.SCR е първият избор в приложения, които изискват висока ефективност и висока регулация.

Тези класификации ни помагат да разберем специфичните функции и приложения на различни видове токоизправители в различни електронни системи.

Фигура 1: мостов изправител

Как работи мостовият изправител?

Мостовият изправител обикновено се използва за преобразуване на променлив ток (AC) в директен ток (DC) и е верига на изправител, която използва еднопосочната проводимост на диода.Той използва четири диода, подредени в мостова конфигурация, за да коригира положителните и отрицателните полуцикли на променливотоковата мощност в постоянен DC изход.

Компоненти на мостов изправител

Компонентите на мостовия изправител са четири диода (D1, D2, D3, D4);източник на променлив ток (вход);резистор на товара (RL);и филтърна кондензатор (незадължително, използвано за изглаждане на изходното напрежение).

Принцип на работа

Работата на мостов изправител включва два основни процеса: положително коригиране на половин цикъл и отрицателно коригиране на половин цикъл.

Фигура 2: Вълнената форма на мостовия токоизправител-Положителен полу-цикъл и отрицателен полу-цикъл

Положително поправяне на половин цикъл

Полярността на напрежението По време на положителния полу-цикъл на входа на променлив ток, горният край на входа е положителен, а долният край е отрицателен.Пътят на проводимостта е, че диодите D1 и D2 са пристрастени напред и провеждат ток.Токът тече от положителния терминал на източника на променлив ток, през D1, през резистора на натоварването RL и обратно към отрицателния терминал на източника на променлив ток през D2.Състоянието на изключване е, че диодите D3 и D4 са обратно предубедени и остават изключени.По време на този цикъл токът през RL тече отляво надясно.

Отрицателно поправяне на полуцикли

Полярността на напрежението е, че по време на отрицателния половин цикъл полярността на входа на променлив ток се обръща, което прави горния край отрицателен и долният край положителен.Пътят на проводимост е, че диодите D3 и D4 са пристрастни напред и провеждат ток.Токът произтича от отрицателния терминал на източника на променлив ток, през D3, през резистора на натоварването RL и обратно към положителния терминал на източника на променлив ток през D4.Състоянието на изключване е, че диодите D1 и D2 са обратно предубедени и остават изключени.Въпреки обръщането на полярността, токът, преминаващ през RL, все още тече в същата посока (отляво надясно).

Филтриране

След ректификация изходното напрежение все още пулсира DC.За да се изглади това напрежение и да намали пулсацията, се добавя филтърна кондензатор.Филтърният кондензатор е свързан паралелно с резистора на натоварването (RL).Тази настройка изглажда пулсиращия DC, намалява пулсацията на напрежението и осигурява по -стабилен изход.

Верига на мостовия токоизправител

Мостовият изправител се подобрява при диодната полуватна регулация.Основната му функция е да преобразува променлив ток (AC) в директен ток (DC).Това прави, като използва четири диода в конкретна подредба за отстраняване на положителните и отрицателните полуцикли на входа на променлив ток в еднопосочен DC изход.

Фигура 3: Верига на мостовите токоизправители

Мостовият изправител преобразува AC в постоянен ток, използвайки еднопосочната проводимост на диодите.Докато променливотоковото напрежение и токът периодично се редуват, изходът на постоянен ток на мостовия изправител винаги тече в една посока.Мостовите токоизправители са по-ефективни от еднофазните полувълнови и пълни вълни, тъй като използват и двата полуциклика на цикъла на променлив ток едновременно.Това позволява по -плавен, по -непрекъснат DC изход.Необходимо е стабилно захранване на постоянен ток в приложения като захранвания, зарядни устройства за батерии и различни електронни устройства.Мостов изправител, комбиниран с филтриране, може да осигури стабилната постоянна мощност, необходима за тези приложения.

Функции на мостов изправител

Преобразуване на променлив ток в постоянен ток

Основната функция на мостовия изправител е да преобразува вход на променлив ток в изход на постоянен ток.Променливотоковото напрежение и токът поток последователно, докато постояннотоковото напрежение и токът поток в постоянна посока.Диодите в мостовия изправител позволяват на тока да тече само в една посока, като по този начин гарантира това преобразуване.

Подобрена ефективност

Мостовият изправител използва както положителните, така и отрицателните полуцикли на променливотоковата мощност.Тази двойна употреба подобрява ефективността в сравнение с еднофазен токоизправител.Това води до по -плавен изход на постоянен ток с по -малко пулсации.

Стабилна постоянен ток

Стабилната постоянен ток е подходяща за електронни устройства, захранвания и зарядни устройства за батерии.Мостовият изправител, комбиниран с филтриращи кондензатори, може да осигури това стабилно захранване.

В идеалния случай изходното напрежение (средна стойност) на мостовия изправител може да бъде изразено като

V_out = (2v_m)/π- (4v_f)/π

Където v_mis пиковото напрежение на входната променлива мощност и v_f е спадът на напрежението на всеки диод.

Пример

Да предположим, че имаме захранване на променлив ток с входно напрежение от 220V (ефективна стойност, RMS) и използваме мостов изправител за коригиране.Спадът на напрежението на диода е 0.7V.

Условия за въвеждане:

Входно напрежение 220V AC (RMS)

Пиково напрежение v_m = 220 × √2 ≈311v

Диоден спад на напрежението V_F = 0.7V

Изчислете изхода:

Средно изходно напрежение V_AVG = (2 × 311)/π- (4 × 0.7)/π ≈198V

По този начин мостовият изправител преобразува променливотоковото напрежение в постояннотоково напрежение близо до 198V.Въпреки че все още има някои колебания, изходът може да бъде допълнително изгладен чрез използване на подходящи филтриращи устройства, за да се осигури стабилно захранване на постоянен ток.След свързване на филтърната верига, средното изходно напрежение е приблизително 1,2 пъти повече от стойността на RMS на входния променлив ток, докато напрежението на натоварване с отворен кръг е около 1,414 пъти по-голямо от стойността на RMS.Това изчисление помага да се определят необходимите компоненти за постигане на стабилен и гладък изход на DC от вход на променлив ток.

Как работят кондензаторите като филтри?

Филтрирането премахва нежеланите сигнални вълни.При високочестотно филтриране сигналите с по-висока честота лесно преминават през веригата към изхода, докато сигналите с по-ниска честота са блокирани.Променливотоковите вериги съдържат напрежение или ток сигнали с различни честоти, не всички от които са необходими.Нежеланите сигнали могат да причинят смущения, които нарушават работата на веригата.За филтриране на тези сигнали се използват различни филтриращи вериги, при които кондензаторите играят ключова роля.Въпреки че поправените сигнали не са променливи сигнали, концепцията е подобна.Кондензатор се състои от два проводника, разделени с изолатор.Във филтриращите вериги кондензаторите съхраняват енергия, за да намалят пулсацията на променлив ток и да подобрят изхода на постоянен ток.

Фигура 4: Диаграма на веригата с висок проход

Как кондензаторите филтрират сигналите

Кондензаторите могат да съхраняват и освободят такса.Когато напрежението се увеличи, кондензаторът зарежда;Когато напрежението намалява, кондензаторът се изхвърля.Тази характеристика изглажда колебанията на напрежението.В веригата на изправител, като мостов изправител, изходното постояннотоково напрежение не е гладко, а пулсиращо.Свързването на филтърна кондензатор с изхода може да изглади тези пулсации.

Фигура 5: мостов токоизправител - диоден модул с пълна вълна

• Положителен половин цикъл: По време на положителния половин цикъл напрежението се увеличава, което води до зареждане на кондензатора.Съхранената електрическа енергия достига максималната си стойност при върха на напрежението.

• Отрицателен половин цикъл: По време на отрицателния половин цикъл напрежението намалява и кондензаторът се изхвърля през товара.Този разряд осигурява ток към натоварването, като предотвратява рязко падането на изходното напрежение и изглажда формата на вълната.

Действието на зареждане и изхвърляне на кондензатора изглажда ректифицираното изходно напрежение до по -постоянно ниво на постояннотоково, намалявайки колебанията на напрежението и пулсацията.

Избор на правилния кондензатор

Размерът на кондензатора на филтъра влияе пряко върху ефекта на филтриране.Най -общо казано, колкото по -голяма е стойността на капацитета, толкова по -добър е ефектът на филтриране, тъй като голям кондензатор може да съхранява повече зареждане и да осигури по -стабилно напрежение.Стойността на капацитета обаче не може да бъде твърде голяма, в противен случай това ще доведе до по -дълго време за стартиране на веригата, увеличаване на обема на кондензатора и увеличаване на разходите.

Емпиричната формула за избор на филтърни кондензатори

C = i/(f × ΔV)

Където c е стойността на капацитета (Farad, F)

I е токът на товара (ampere, a)

F е честотата на мощността (Hertz, Hz)

ΔV е допустимото изходно напрежение (Volt, v)

Ролята на филтърните кондензатори

Когато ректифицираното напрежение се увеличи, филтърният кондензатор зарежда, което води до постепенно нарастване на напрежението.Когато ректифицираното напрежение намалява, филтърният кондензатор изхвърля, осигурявайки постоянен ток и изглажда изходното напрежение.Действието на зареждане и изхвърляне на филтърния кондензатор изглажда регулираното пулсиращо напрежение, намалявайки пулсацията на напрежението и колебанията.Кондензаторите са ефективни за филтриране, тъй като позволяват да преминават променливи сигнали, докато блокират постояннотокови сигнали.AC сигналите с по -високи честоти преминават през кондензатори по -лесно, с по -малко съпротивление, което води до по -ниско напрежение през кондензатора.Обратно, променливотоковите сигнали с по -ниски честоти са изправени пред по -високо съпротивление, което води до по -високо напрежение през кондензатора.За DC кондензаторът действа като отворена верига, токът е нула, а входното напрежение е равно на напрежението на кондензатора.

Филтриране на различни честоти в веригите на токоизправителите

За да разберем как филтърните кондензатори се справят с различни честоти, нека обсъдим накратко разширяването на серията на Фурие.Серията на Фурие разлага не-синусоидални периодични сигнали в сумата от синусоидални сигнали с различни честоти.Например, сложна периодична вълна може да бъде разложена на множество синусоидални вълни с различни честоти.

Фигура 6: Пулсираща вълна

В веригата на изправител изхода е пулсираща вълна, която може да бъде разложена в синусоидални компоненти с различни честоти, използвайки серията на Фурие.Високочестотните компоненти преминават директно през кондензатора, докато нискочестотните компоненти достигат до изхода.

Фигура 7: Диаграма на веригата на кондензаторния филтър

Колкото по -голям е кондензаторът, толкова по -плавен е формата на изходната вълна.По -големите кондензатори съхраняват повече зареждане, осигурявайки по -стабилно напрежение.

Фигура 8: Диаграма за филтриране на кондензатора

При пулсираща вълна на напрежението, когато напрежението падне под напрежението на кондензатора, кондензаторът се изхвърля към товара, предотвратявайки изпускането на изходното напрежение да падне до нула.Това непрекъснато зареждане и изхвърляне изглажда изходното напрежение.

Високи проходи и нискочестотни филтърни вериги

При високочестотен филтър кондензаторът и резисторът са свързани последователно.Високочестотните сигнали имат минимален спад на напрежението при преминаване през кондензатора, което води до по-голям ток и по-високо изходно напрежение през резистора.Нискочестотните сигнали са изправени пред по-голям спад на напрежението през кондензатора, което води до минимално изходно напрежение.При нискочестотен филтър кондензаторът блокира високочестотните сигнали и позволява само ниски честоти да преминат.Високочестотните сигнали имат висок импеданс и минимално изходно напрежение, докато нискочестотните сигнали имат нисък импеданс и по-високо изходно напрежение.

Фигура 9: Филтър с висока и ниска прохода

Видове мостови токоизправители

Мостовите токоизправители се класифицират въз основа на тяхното строителство и приложение.Ето някои общи типа:

Еднофазен мостов изправител

Еднофазният мостов изправител е най-простата форма и често се използва в малко оборудване за захранване.Той има четири диода, които преобразуват еднофазен променлив ток в пулсиращ DC.По време на положителния половин цикъл на променлив ток, диодите D1 и D2 се провеждат, докато D3 и D4 са изключени.По време на отрицателния половин цикъл, D3 и D4 поведение и D1 и D2 са изключени.Това позволява както положителните, така и отрицателните половин цикли на променлив ток да бъдат отстранени в положителен DC.

Фигура 10: Диаграма на токоизправителната форма на пълна вълна с пълна вълна

Трифазен мостов изправител

Трифазни мостови изправители се използват в приложения с по-висока мощност, като промишлено оборудване и големи енергийни системи.Те съдържат шест диода, които преобразуват трифазен променлив ток в по-гладък DC.По време на всеки цикъл на трифасния променлив ток, различни комбинации от диоди се провеждат, като коригират положителните и отрицателните половин цикли в DC.Този метод осигурява по -плавен изход на постоянен ток, подходящ за високи изисквания за мощност.

Фигура 11: Трифазен мост напълно контролирана верига на токоизправител

Контролиран мостов изправител

Контролираният мостов изправител използва контролиран от силиций токоизправител (SCR) вместо конвенционален диод за регулиране на изходното напрежение.Чрез контролиране на ъгъла на проводимост на SCR може да се промени средният изход на постоянен ток.Регулирането на ъгъла на изстрелване на SCR контролира времето му за проводимост във всеки цикъл, като по този начин променя средното изходно постояннотоково напрежение.Този тип често се използва в регулируеми захранвания и системи за управление на двигателя с постоянен ток.

Високочестотен мостов изправител

Високочестотните мостови токоизправители се използват в високочестотни захранващи системи и обикновено използват бързи диоди за възстановяване, за да задоволят нуждите на превключване на захранването (SMP).Диодите за бързо възстановяване имат кратко време за обратното възстановяване и могат бързо да реагират на високочестотни превключващи операции, като по този начин подобряват ефективността на коригиране и намаляват загубите и шума.

Монолитен мостов изправител

Монолитни мостови токоизправители интегрират четири диода на токоизправител в един чип или модул, опростявайки дизайна на веригата и се използват главно в малки електронни устройства и адаптери за захранване.Подобно на стандартен мостов изправител, монолитната версия предлага повишена надеждност и по -лесна инсталация, тъй като е интегрирана в един пакет.

Напълно контролиран мостов изправител

Напълно контролиран мостов изправител използва токоизправител на тиристор (SCR) вместо нормален диод.Всеки елемент на изправител е контролируем, което позволява прецизно регулиране на изходното напрежение и ток.Чрез промяна на ъгъла на проводимост на SCR, изходът на токоизправител може да бъде прецизно контролиран.Този токоизправител е идеален за приложения, които изискват фино управление на напрежението, като постояннотокови двигатели и регулируеми захранвания.Способността за промяна на ъгъла на изстрелване на SCR позволява прецизно управление на изхода.

Полуконтролиран мостов изправител

Полуконтролиран мостов изправител комбинира тиристор (SCR) с нормален диод.Обикновено в еднофазни приложения два от противоположните елементи на токоизправител са SCR, докато другите два са диоди.Тази настройка осигурява частична способност за регулиране.Въпреки че само някои от елементите са контролируеми, те осигуряват ограничена регулация на по -ниска цена.Полуконтролираните токоизправители са подходящи за системи, които изискват частично управление и не са променливи на разходите, като малки двигателни устройства и чувствителни към разходите регулируеми захранвания.

Неконтролиран мостов изправител

Неконтролираният мостов токоизправител използва само обикновени диоди, а всички елементи на коригиране са неконтролируеми.Това е най -простият и най -често използван мостов изправител.На този изправител липсва способност за регулиране, не може да регулира изходното напрежение или ток и извършва само основно коригиране.Подходящ е за различни електронни устройства, които изискват стабилно захранване на постоянен ток, като адаптери за захранване и зарядни устройства за батерии.

Приложения на мостови токоизправители

Осигуряване на поляризирано и стабилно постояннотоково напрежение при заваряване

При заваръчно оборудване мостовите токоизправители са в състояние да осигурят стабилно постояннотоково напрежение.Тази стабилност позволява висококачествено заваряване, тъй като захранването пряко влияе върху процеса на заваряване.Токоизправител преобразува променливотоковата мощност в постоянен ток, намалявайки колебанията на тока и осигурявайки стабилна заваръчна дъга, която подобрява здравината и качеството на заварената фуга.Тази стабилност свежда до минимум дефектите на заваряване и подобрява общата точност, особено при заваряване на дъгата.

Фигура 12: мостови изправители, използвани в заваръчната машина

Друга ключова функция на мостовия изправител е да осигури поляризирано постояннотоково напрежение.Това е особено важно в професионалните заваръчни операции, като алуминий или заваряване от неръждаема стомана, където образуването на оксидни слоеве може да повлияе на качеството на заваряването.Поляризираното напрежение намалява окисляването, като гарантира по -чистата повърхност на заваръчната заварка и по -силна фуга.Чрез комбиниране на мостов изправител заваръчното оборудване може да осигури по-стабилен, висококачествен ток, който подобрява целия процес на заваряване.

За допълнително изглаждане на изхода на постоянен ток и намаляване на колебанията на напрежението, мостовите токоизправители често се използват заедно с филтърни кондензатори и регулатори на напрежението.Филтърният кондензатор елиминира пулсациите и прави изходното напрежение по -плавно, докато регулаторът на напрежението гарантира, че изходното напрежение е постоянно, предпазвайки качеството на заваряване от напрежение V ariat йони.Тази комбинация подобрява стабилността на захранването на заваряване и удължава живота на оборудването.

Вътрешно захранване

Съвременните електронни устройства, включително домакински уреди, оборудване за промишлено управление и комуникационно оборудване, изискват стабилно захранване на постоянен ток, за да работят правилно.Мостовите токоизправители преобразуват променливотоковата мощност от мрежата в постояннотоковата мощност, изисквана от тези устройства, а повечето електронни компоненти и вериги разчитат на DC захранване.

В мостовия изправител четири диода образуват мостова верига за преобразуване на променливотоковата мощност в пулсираща DC мощност.След това филтърният кондензатор изглажда изхода, намалявайки колебанията на напрежението и произвежда по -стабилно захранване на постоянен ток.За устройства, които изискват прецизна мощност, регулаторът на напрежението (като линеен или регулатор на превключване) осигурява постоянно и точно изходно напрежение.Тази настройка подобрява надеждността и живота на оборудването чрез предотвратяване на повреди, причинени от колебанията на напрежението.

В домакинските уреди мостовите токоизправители се използват във вътрешните модули за захранване на устройства като телевизори, озвучителни системи и компютри.Например, в захранването на телевизор, мостовият изправител преобразува променливотоковата мощност в DC мощност, която след това се филтрира и стабилизира, преди да бъде разпределена в телевизионната верига.Това гарантира, че напрежението остава стабилно, въпреки колебанията във външното захранване, като по този начин поддържа качеството на изображението и звука.

Оборудването за промишлено управление има по -високи изисквания за стабилност на захранването поради сложната работна среда.Мостовите токоизправители в тези устройства осигуряват стабилна мощност на постоянен ток и подобряват безопасността и надеждността на системата чрез защитни вериги като пренапрежение и защита от свръхток.Например, в програмируеми логически контролери (PLC) мостовите токоизправители могат да работят стабилно при различни условия.

В комуникационно оборудване като рутери и превключватели мостовите токоизправители могат да осигурят мощност с висока стабилност, ниско ниво.Това гарантира надеждно предаване на сигнала и плавно работа на оборудването.Чрез преобразуване на AC в постоянен ток и приемане на ефективно регулиране на филтрирането и напрежението, мостовите токоизправители поддържат надеждната работа на комуникационното оборудване в сложни мрежови среди.

Вътрешно зарядно устройство

Мостов изправител преобразува променливотоковото захранване в стабилната постоянен ток, необходима за зареждане на батерията в зарядно устройство за батерия.С нарастването на преносимите устройства и електрическите превозни средства надеждните зарядни устройства за батерии станаха от съществено значение.Токоизправителят гарантира, че зарядното устройство осигурява постоянен ток и напрежение, което отговаря на специфичните нужди на различни типове батерии.Този стабилен източник на енергия позволява ефективно зареждане и удължен живот на батерията.

Мостовият изправител обикновено се състои от четири диода, образуващи мостова верига.Той преобразува положителните и отрицателните половин цикли на променливотоковата мощност в пулсираща DC мощност.Въпреки че тази пулсираща DC мощност отговаря на основните изисквания, тя все още се колебае.Следователно, зарядни устройства за батерии обикновено съдържат филтърни кондензатори за изглаждане на напрежението и осигуряване на по -стабилен изход.

Различните батерии изискват специфични напрежения и токове за зареждане.Мостовите токоизправители се комбинират с други модули на веригата, за да отговорят на тези нужди.Например, литиевите батерии изискват прецизно напрежение и контрол на тока, за да се предотврати презареждане и прекалено укриване.Токоизтователят интегрира режимите на зареждане с постоянен ток и постоянно зареждане на напрежението и си сътрудничи с веригата за управление на зареждането, за да осигури прецизно напрежение и ток за оптимизиране на процеса на зареждане.

В допълнение към преобразуването на мощността, мостовите токоизправители могат да защитят и зарядите на батерията.Напрежението на захранването може да изпита моментно пренапрежение или скокове, което може да повреди батерията и зарядното устройство.Токоизправителят образува ефективен защитен механизъм заедно със защитни компоненти като варистори и предпазители.Когато входното напрежение надвишава безопасното ниво, защитната верига бързо отрязва захранването или отклонява излишния ток, за да защити батерията и зарядното устройство.

Мостовите токоизправители се използват не само в зарядни устройства за малки устройства, но и в системи за зареждане на електрически превозни средства с висока мощност.Тези системи могат да се справят с по -висока мощност и ток, а токоизправителите гарантират безопасно и ефективно зареждане с надеждните им показатели.Ефективната технология за регулиране и регулиране на напрежението дава възможност за бързо зареждане и удължаване на живота на батерията на електрическите превозни средства.

Вътре в вятърна турбина

В вятърна турбина мостовият изправител преобразува променливотоковата мощност, генерирана от вятъра в DC мощност.Тази DC мощност е основа за последващо преобразуване и съхранение на мощност.Вятърните турбини генерират електричество чрез различни скорости на вятъра, което произвежда нестабилна променлива мощност.Токоизправител ефективно преобразува тази колебателна променлива мощност в по -стабилна DC мощност, която е лесна за съхранение или преобразуване в променлива мощност, съвместима с мрежата.

Фигура 13: мостови изправители, използвани във вятърните турбини

Генераторите на вятърните турбини обикновено генерират трифазна променлива мощност, която след това се преобразува в постоянен ток от мостов изправител.Това преобразуване стабилизира мощността и намалява въздействието на колебанията на напрежението.Посочената DC мощност може да се използва директно в система за съхранение на батерията или преобразувана в променлив ток от инвертор, за да се оптимизира използването на производството на вятърна енергия.

Вътре в вятърната турбина, мостовият изправител, филтърната верига и защитната верига образуват цялостна система за преобразуване и управление на мощността.Филтърната верига изглажда ректифицираната DC мощност, намалява колебанията на напрежението и пулсациите и постига стабилен изход.Защитната верига предотвратява пренапрежението и преобладаващия повреда, гарантирайки безопасността и надеждността на системата.

Поради тежките условия на околната среда като офшорни или планински райони системите за производство на вятърна енергия изискват висока надеждност и издръжливост.Мостовите токоизправители трябва да издържат на такива условия, за да осигурят дългосрочна работа.Висококачествените материали и модерните производствени процеси подобряват издръжливостта и стабилността на токоизправителните модули, подобряват ефективността на системата, намаляват разходите за поддръжка и удължават експлоатационния живот на оборудването.

Прилагането на мостови токоизправители във вятърните турбини позволява ефективно преобразуване и управление на мощността.Тези токоизправители подобряват ефективността на преобразуване на енергия и качеството на мощността, насърчават развитието на възобновяема енергия и намаляват зависимостта от изкопаемите горива.Тъй като чистите енергийни източници като вятърната енергия се превръщат в неразделна част от глобалния енергиен микс, мостовите токоизправители играят ключова роля в тази трансформация.

Откриване на амплитудата на модулиран сигнал

В електронните комуникационни системи е необходимо да се открие амплитудата на модулиран сигнал.Този процес е особено важен при комуникациите на радиочестотната (RF) и обработката на аудио сигнала.Мостовите токоизправители преобразуват променливи сигнали в постояннотокови сигнали, което прави откриването на амплитуда по -лесно и по -точно.Чрез преобразуване на сложни променливотокови сигнали в измерими постоянни напрежения, токоизправителите позволяват прецизно откриване на амплитуда.

Съставен от четири диода в мостова верига, мостовият токоизправител обработва както положителния, така и отрицателния половин цикъл на променлив ток, произвеждайки по -плавен, по -стабилен DC изход.Ректифицираното постояннотоково напрежение е пропорционално на амплитудата на първоначалния сигнал, което позволява точно измерване на амплитудата на модулирания сигнал.

Мостовите токоизправители са от съществено значение в веригите за откриване на амплитуда в рамките на RF приемници и предаватели.Тези вериги наблюдават силата на сигнала в реално време, което позволява необходимите корекции за стабилно и висококачествено предаване на сигнала.Те също са често срещани в аудио устройства, като усилватели и вериги за контрол на силата на звука, където откриването на амплитудата на аудио сигнал позволява динамични корекции на силата на звука за подобрено изживяване на слушане.

За да се подобри точността на откриването на амплитуда, мостовите изправители често се сдвояват с вериги за филтриране и усилване.Филтърната верига изглажда ректифицирания DC сигнал чрез отстраняване на пулсации, докато веригата на усилвателя увеличава амплитудата на сигнала, като по този начин подобрява чувствителността и точността на откриването.Тази комбинация работи с различни модулационни сигнали и честоти, осигурявайки надеждна техническа поддръжка за много приложения.

В допълнение към комуникациите и аудио оборудването, мостовите токоизправители се използват и в радарни системи за откриване на амплитудата на ехо сигнала, помагайки да се определи разстоянието и размера на целта.В медицинското оборудване те помагат за откриването на амплитудата на сигналите за електрокардиограма (ЕКГ), предоставяйки ценни данни за диагностициране на заболявания.

Преобразуване на високо AC в ниско постояннотоково напрежение

Мостовите токоизправители се използват широко в електрониката на мощността за преобразуване на високо напрежение на променлив ток в ниско постояннотоково напрежение за приложения като адаптери за захранване, индустриално оборудване и различни електронни устройства.Токоизпълнителите гарантират надеждната работа на устройства, които изискват DC захранване с ниско напрежение чрез ефективно преобразуване на високо напрежение от основното захранване.

Мостовият изправител работи, като използва четири диода, за да образува мостова верига, за да коригира двата полу-цикъла на входната променлива мощност и да го преобразува в пулсираща постоянен ток.Въпреки че тази пулсираща постоянен ток съдържа известна пулсация, последващото регулиране на филтрирането и напрежението произвежда стабилна DC мощност с ниско напрежение.Филтърните кондензатори изглаждат колебанията на напрежението, докато регулаторите на напрежението гарантират, че изходното напрежение е прецизно, гарантирайки постоянна работа на устройството.

Мостовите токоизправители не само извършват преобразуване на напрежението, но и защитават веригите.Например, в промишленото оборудване, променливотоковото напрежение може да срещне пренапрежение, когато се преобразува в DC с ниско напрежение.Комбинирането на токоизправители с вериги за защита и предпазители на пренапрежение осигурява безопасност на оборудването.Ако входното напрежение надвишава безопасно ниво, защитната верига бързо отрязва мощността или ограничава тока, за да предотврати повреди.

В адаптерите за захранване мостовите токоизправители са основни компоненти.Например, зарядни устройства за мобилни телефони използват мостови токоизправители, за да преобразуват 220V AC в DC, който след това се филтрира и се оттегля, за да изведе стабилен 5V или 9V DC за зареждане.Този процес гарантира безопасно, ефективно зареждане и удължава живота на батерията.

Промишленото оборудване често изисква захранване с ниско напрежение за захранване за захранване на вътрешни вериги и системи за управление.Мостовите токоизправители превръщат индустриалния променлив ток с високо напрежение в подходящ DC с ниско напрежение, за да гарантират нормалната работа на оборудването като CNC машинни инструменти и системи за управление на двигателя.Разсейването и ефективността на топлината са предизвикателства при преобразуването на променлив ток с високо напрежение в DC с ниско напрежение.Тъй като поправянето генерира топлина, мостовите токоизправители често са оборудвани с радиаторни мивки или са изработени от полупроводникови материали с висока ефективност, за да подобрят производителността и издръжливостта.

Мостов токоизправител срещу полувоен изправител

Мостовите токоизправители и токоизправителите на половин вълна са често срещани типове токоизправители, но те се различават значително в строителството, производителността и приложенията.Разбирането на тези различия може да ви помогне да изберете най -подходящото решение за коригиране за различни приложения.

Мостов изправител

Мостовият изправител е по -ефективен, тъй като преобразува мощността през целия цикъл на променлив ток.Той използва четири диода, подредени в мостова конфигурация, което му позволява да се справи както с положителните, така и отрицателните полуцикли на входа на променлив ток.Тъй като се използва цялото входно напрежение, изходното напрежение е по -високо.Когато свържете мостов изправител, можете веднага да забележите неговата ефективност.Изходното напрежение е по-гладко и по-високо от това на полуверен токоизправител.Тази ефективност е защо мостовите токоизправители се използват във високоефективни захранвания, като адаптери за захранване, заваръчно оборудване и системи за промишлено управление.Стабилният постоянен ток го прави идеален за приложения, които изискват стабилна мощност.

Полувесен токоизправител

Полувесният изправител е по-прост и изисква само един диод за основно коригиране.Той се провежда само по време на положителния полу-цикъл на входа на променлив ток, което позволява на тока да премине само през този период.Отрицателният полу-цикъл е блокиран, което води до пулсиращ DC изход, който съдържа само положителния ток на половин цикъл.Когато използвате токоизправител на половин вълна, ще забележите неговата простота.Лесно е да се настрои, но изходът е по -малко ефективен, с по -ниско напрежение и по -голяма пулсация.Това го прави подходящ за устройства с ниска мощност, които не изискват качество с висока мощност, като прости зарядни устройства и вериги за обработка на сигнали с ниска мощност.

Сравнение и приложение

Ефективност и стабилност: мостовите токоизправители предлагат по -висока ефективност и стабилност.Те използват пълния цикъл на променлив ток, което води до по -плавен изход на постоянен ток с минимална пулсация.Когато се сдвоява с филтрираща верига, пулсацията в изходното напрежение се намалява допълнително, осигурявайки стабилно и гладко DC напрежение.Това ги прави подходящи за приложения, които изискват високо качество на мощността.

Сложност и цена: мостовите токоизправители са по -сложни в строителството и изискват четири диода.Напредъкът в електрониката обаче намали разходите и размера на тези компоненти, което прави мостовите токоизправители по -лесно достъпни.

Простота и ефективност на разходите: Полувесните токоизправители са прости в строителството и с ниска цена, което ги прави изгодни за приложенията, при които високото качество на мощността не е важно.Те са идеални за малки вериги с ниска мощност, като тези в преносими устройства или нискотарифни електроника.Въпреки че имат по -ниска ефективност и по -големи колебания на напрежението, тяхната простота ги прави достъпен избор за някои приложения.

Избор на правилния изправител

Изборът между мостов изправител и токоизправител на половин вълна зависи от специфичните изисквания на приложението.За висока ефективност и стабилен изход мостовият изправител е най -добрият избор.За простота и ниска цена, особено при приложения с ниска мощност, токоизправител на половин вълна може да бъде по-подходящ.

Сравнение на мостовите токоизправители и променливи превключватели

Мостови токоизправители и променливи превключватели играят различни роли в електрониката на мощността.Мостовите токоизправители преобразуват променлив ток (AC) в директен ток (DC), докато превключвателите на променлив ток контролират състоянието на изключване на променливотоковата верига.Разбирането на техните функции и приложения помага за ефективното проектиране и използване на електронни устройства.

Мостов изправител

Мостовият изправител преобразува положителните и отрицателните полуцикли на AC в DC.Това се постига с помощта на четири диода, които се провеждат последователно, като се гарантира, че токът на променлив ток тече в една посока, което води до пулсиращ DC изход.Когато използвате мостови токоизправители, ще забележите колко ефективно те преобразуват AC в DC през целия цикъл.Изходното напрежение е по -високо и по -плавно, особено когато се комбинира с филтърни кондензатори и регулатори на напрежението, което може да намали колебанията и да осигури стабилен постоянен ток.Тези характеристики правят мостовите токоизправители идеални за адаптери за зареждане, заваръчно оборудване и системи за промишлено управление, където се изисква стабилно и надеждно захранване.

Променливи превключватели

Променливотоковите превключватели използват електронни превключващи елементи като тиристори, двупосочни тиристори или твърдо състояние на релета, за да контролират проводимостта и изключването на променливотоковите вериги.С променливи превключватели ще откриете, че те реагират бързо, имат дълъг експлоатационен живот и са много надеждни.Те могат да работят с високи честоти, което ги прави подходящи за приложения, които изискват често превключване, като домашни уреди, осветителни системи и контрол на индустриалната автоматизация.Те ефективно управляват разпределението на мощността, като гарантират, че системите работят безопасно и ефективно.

Комбинирани приложения

В някои системи мостовите токоизправители и променливотоковите превключватели се използват заедно за сложно управление и контрол на мощността.Например, в система за непрекъснато захранване (UPS), мостовият изправител преобразува входната променлива мощност в постоянен ток за съхранение на батерията и използването на инвертора.Променливият превключвател контролира превключването на захранването, като гарантира непрекъсната мощност по време на основна повреда на захранването чрез бързо преминаване към резервен източник на захранване.Тази комбинация използва силните страни на двата компонента, за да осигури стабилно и надеждно решение за мощност.

Дизайнерски съображения

Проектирането и избора на мостов изправител и променлив ток включва различни фактори.За мостов изправител помислете за входното напрежение и спецификациите на тока, ефективността на коригиране, термичното управление и физическия размер.За превключватели на променлив ток обърнете внимание на оценките на напрежението и тока, скоростта на превключване, здравината и електромагнитната съвместимост.Инженерите трябва да изберат правилните компоненти въз основа на специфични изисквания за приложение, за да постигнат оптимална производителност и надеждност.

Заключение

Токоизправителите имат голямо значение в електронните и енергийните системи.Независимо дали става въпрос за токоизправител на половин вълна, токоизправител с пълна вълна или мостов изправител, всички те играят ключова роля в различни сценарии на приложение.Мостовите токоизправители се използват широко във високоефективни захранвания, заваръчно оборудване и системи за промишлено управление поради тяхната висока ефективност и стабилност.Полувесните токоизправители са подходящи за електронни устройства с ниска мощност поради тяхната проста структура и ниска цена.Когато проектират и избират токоизправители, инженерите трябва да вземат цялостни фактори като входно напрежение, спецификации на тока, ефективност на коригиране и термично управление според специфичните изисквания за приложение, за да се осигури оптимална производителност и надеждност.Разработването и прилагането на токоизправители не само подобряват ефективността и стабилността на електронното оборудване, но и насърчават технологичния прогрес и модернизацията на индустрията.

Често задавани въпроси [FAQ]

1. Какви са предимствата на мостовия изправител?

Висока ефективност: мостовите токоизправители преобразуват и двете половини на променливотоковия цикъл в DC, което ги прави по-ефективни от токоизправителите на половин вълна, които използват само половината от цикъла на променлив ток.Това означава, че се губи по -малко енергия и се доставя повече мощност на товара.

По-високо изходно напрежение: Тъй като мостовите токоизправители използват пълната форма на променлив ток, полученото изходно напрежение на постоянен ток е по-високо в сравнение с токоизправителите на половин вълна.Това води до по -стабилно захранване.

Намалена пулсация: Процесът на коригиране на пълна вълна произвежда по-плавен изход на постоянен ток с по-малко пулсации (колебания) в сравнение с поправки на полувността.Този по -плавен изход е от решаващо значение за чувствителните електронни устройства.

Надеждно и издръжливо: Използването на четири диода в конфигурация на моста осигурява по -добра надеждност и издръжливост.Дори ако един диод се провали, веригата все още може да функционира, макар и с намалена ефективност.

Няма нужда от трансформатор с центрове: За разлика от токоизправителите с пълна вълна, които изискват трансформатор, който е с централ, мостовите токоизправители не се нуждаят от това, което прави дизайна по-прост и често по-евтин.

2. Защо четири диода се използват в мостови токоизправители?

Поправяне на пълна вълна: Основната причина за използването на четири диода е постигането на пълна вълна.Това означава, че се използват както положителните, така и отрицателните половини на променливотоковия цикъл, което повишава ефективността и изходното напрежение на изправител.

Контрол на посоката: Диодите са подредени в мостова конфигурация, която насочва потока на тока.По време на положителния полу-цикъл на входа на променлив ток, два от диодите се провеждат и позволяват на тока да премине през товара в една посока.По време на отрицателния полу-цикъл другите два диода провеждат, но те все още насочват тока през товара в същата посока.Това гарантира последователен изход на постоянен ток.

Използване на напрежението: Използвайки четири диода, мостовият изправител може да използва цялото променливо напрежение, като увеличи максимално ефективността на преобразуване на мощността.Всяка диодна двойка редува провежда, като гарантира, че товарът винаги вижда еднопосочен ток.

3. Какви са недостатъците на мостовите токоизправители?

Капка на напрежението: Всеки диод в мостовия изправител въвежда малък спад на напрежението (обикновено 0,7 V за силиконови диоди).С четири диода това води до общ спад на напрежението от около 1,4V, като леко намалява изходното напрежение.

Сложност: Веригата на мостовия токоизправител е по-сложна от обикновения токоизправител на половин вълна, тъй като изисква четири диода вместо един.Това може да увеличи сложността на дизайна и монтажа на веригата.

Загуба на мощност: Спадът на напрежението през диодите също се превръща в загуба на мощност, което може да бъде значително при приложения с висок ток.Това намалява общата ефективност на захранването.

Генериране на топлина: Загубата на мощност в диодите води до генериране на топлина, което може да изисква допълнителни мерки за охлаждане, като радиаторни мивки, за да се предотврати прегряване, особено в приложения с висока мощност.

4. Какво се случва, ако поставите DC в мостов изправител?

Без ректификация: мостовият изправител е проектиран да преобразува AC в постоянен ток, като позволява на тока да премине през диодите в една посока.Ако приложите DC към входа, диодите няма да превключват или коригират тока, тъй като DC вече е еднопосочен.

Спадане на напрежението: DC ще премине през два диода наведнъж (по един във всеки крак на моста), причинявайки спад на напрежението приблизително 1,4V (0,7V на диод).Това означава, че изходното напрежение на постоянен ток ще бъде малко по -ниско от входното постоянен ток.

Генериране на топлина: Токът, преминаващ през диодите, ще генерира топлина поради разсейването на мощността (p = i²R).Тази топлина може да стане значителна, ако входният ток е висок, потенциално уврежда диодите или изисква мерки за разсейване на топлина.

Възможно претоварване: Ако приложеното постояннотоково напрежение е значително по -високо от номиналното напрежение на диода, то може да причини разрушаване на диода, което води до повреда на веригата.Трябва да се спазват правилните оценки на напрежението, за да се избегне повреда.