Razumevanje mostnih usmernikov: načela, klasifikacije in praktične aplikacije
2024-07-09 10412

Mostični usmernik pretvori izmenični tok (AC) v neposredni tok (DC) skozi mostno strukturo, sestavljeno iz štirih diod.Enosmerna prevodnost diod se uporablja za odpravljanje pozitivnih in negativnih polovičnih ciklov AC v DC v isto smer.Zasnova mostovskega usmernika ne samo izboljša učinkovitost rektifikacije, ampak zagotavlja tudi stabilno DC izhodno napetost.Ta članek bo podrobno razpravljal o delovnem načelu, klasifikaciji in vlogi mostu v praktičnih aplikacijah.

Katalog

Kaj je usmernik?

Usmernik je elektronska naprava, ki se uporablja za pretvorbo izmeničnega toka (AC) v neposredni tok (DC).Običajno se uporablja v napajalnih sistemih in zaznavanje radijskih signalov.Umerniki olajšajo pretvorbo iz AC v DC, tako da izkoristijo enosmerno prevodnost diod, kar omogoča, da tok teče v samo eno smer.Izdelani so lahko iz različnih materialov, vključno z vakuumskimi cevmi, vžigalnimi cevmi, trdnim silikonskim polprevodniškim diodam in živosrebrnimi loki.Naprave, ki opravljajo nasprotno funkcijo (pretvorba DC v AC), se imenujejo pretvorniki.

V pripravljenosti (neprekinjeno napajanje) je treba polniti samo baterijo, zato sistem vključuje polnilnik, vendar ne napaja napajanja.V nasprotju s tem dvojna pretvorba ne samo da polni baterijo, ampak tudi napaja pretvornik, zato se imenuje usmernik/polnilnik.

Glavna funkcija usmernika je pretvorba AC v DC.To stori skozi dva glavna procesa, pretvori AC v DC, nato pa ga filtrira, da zagotovi stabilen DC izhod za obremenitev ali pretvornik in zagotavlja polnilno napetost za baterijo, s čimer delujeta tudi kot polnilnik.

Delovanje nenadzorovanega usmernika vključuje prehod polovice izmeničnega cikla skozi obremenitev, kar ustvari pulzirajoči DC izhod.V nadzorovanem usmerniku se pretok toka upravlja z nadzorom prevodnosti tranzistorja ali druge nadzorovane naprave, kar ima za posledico nadzorovan DC izhod.

Klasifikacija usmernikov

Usmerniki so razvrščeni po različnih standardih.Sledijo skupne metode klasifikacije:

Klasifikacija po metodi popravljanja

Napol-valovni usmernik deluje le v polovici izmeničnega cikla (pozitiven polovični ali negativni polkrog).V drugem pol ciklu ostaja neaktiven.Zato je izhodna napetost sestavljena iz le polovice izmenične valovne oblike.

Polno valovni usmernik se izvaja tako v pozitivnih kot negativnih pol ciklov izmeničnega cikla.To pomeni, da je izhodna napetost pozitivna v obeh pol ciklov cikla.

Klasifikacija usmernika

Diodni usmerniki uporabljajo diode kot glavni napravni element.Običajno se uporabljajo v nizki in srednji moči rektifikacijski vezji.Dioda omogoča samo tok, da teče v eno smer, kar zagotavlja pretvorbo iz AC v DC.

SCR je polprevodniška naprava, ki jo je mogoče natančno nadzorovati, da se vklopi in izklopi.Primerno je za vezje za odpravo z visoko močjo, ki zahtevajo natančen nadzor postopka rekcije.SCR je prva izbira v aplikacijah, ki zahtevajo visoko učinkovitost in visoko regulacijo.

Te klasifikacije nam pomagajo razumeti posebne funkcije in aplikacije različnih vrst usmernikov v različnih elektronskih sistemih.

Slika 1: mostni usmernik

Kako deluje mostni usmernik?

Mostični usmernik se običajno uporablja za pretvorbo izmeničnega toka (AC) v neposredni tok (DC) in je usmerni vezje, ki uporablja enosmerno prevodnost diode.Uporablja štiri diode, razporejene v konfiguraciji mostu, za odpravo pozitivnih in negativnih pol ciklov izmenične moči v konsistenten DC izhod.

Sestavni deli mostu

Sestavni deli mostnih usmernikov so štiri diode (D1, D2, D3, D4);vir napajanja AC (vhod);obremenitveni upor (RL);in filtrirni kondenzator (neobvezno, ki se uporablja za glajenje izhodne napetosti).

Delovno načelo

Delovanje mostovskega usmernika vključuje dva glavna procesa: Pozitivno popravljanje na pol cikla in negativno popravljanje pol cikla.

Slika 2: valovna oblika mostu usmernik-pozitiven pol-cikel in negativni polkrog

Pozitivna popravljanje pol cikla

Polarnost napetosti Med pozitivnim pol cikla izmeničnega vhoda je zgornji konec vhoda pozitiven, spodnji konec pa negativen.Prevodna pot je, da sta diodi D1 in D2 pristranski vnaprej in izvajata toka.Tok teče iz pozitivnega terminala izmeničnega vira, skozi D1, čez obremenitveni upor RL in nazaj do negativnega terminala vira AC prek D2.Izklopljeno stanje je, da sta diodi D3 in D4 obrnjena obrnjena in ostajata izključena.V tem ciklu tok skozi RL teče od leve proti desni.

Negativna popravljanje pol cikla

Polarnost napetosti je, da se v negativnem pol ciklu polarnost izmeničnega vhoda obrne, zaradi česar je zgornji del negativen in spodnji del pozitiven.Prevodna pot je, da sta diodi D3 in D4 pristranska vnaprej in izvajata toka.Tok teče iz negativnega terminala izmeničnega vira, skozi D3, čez obremenitveni upor RL in nazaj do pozitivnega terminala izmeničnega vira skozi D4.Izklopljeno stanje je, da sta diodi D1 in D2 obrnjena obrnjena in ostajata izključena.Kljub preobratu polarnosti tok, ki teče skozi RL, še vedno teče v isto smer (od leve proti desni).

Filtriranje

Po odpravljanju izhodna napetost še vedno pulzira DC.Za zgladitev te napetosti in zmanjšanje valovanja se doda filtrirni kondenzator.Filtrirni kondenzator je povezan vzporedno z uporom obremenitve (RL).Ta nastavitev zgladi pulzirajoč DC, zmanjša napetost in zagotavlja stabilnejši izhod.

Mostični usmerni vezje

Most usmernik se izboljšuje na diodnem pol valu.Njegova glavna funkcija je pretvorba izmeničnega toka (AC) v neposredni tok (DC).To stori s štirimi diodami v določeni razporeditvi za odpravo pozitivnih in negativnih pol ciklov vhoda AC v enosmerni DC izhod.

Slika 3: Mostični usmerni vezje

Mostični usmernik pretvori AC v DC z uporabo enosmerne prevodnosti diod.Medtem ko izmenična napetost in tok občasno nadomeščata smeri, DC izhod mostu usmernika vedno teče v eno smer.Mostični usmerniki so učinkovitejši od enofaznih napol valovnih in polnih valov, ker hkrati uporabljajo oba pol cikla izmeničnega cikla.To omogoča bolj gladko, neprekinjeni DC izhod.V aplikacijah, kot so napajalniki, polnilci baterij in različne elektronske naprave, je potrebno stabilno DC napajanje.Mostični usmernik v kombinaciji s filtriranjem lahko zagotovi stabilno DC moč, potrebno za te aplikacije.

Funkcije mostu

Pretvorba AC v DC

Glavna funkcija mostu usmernika je pretvorba vhoda AC v DC izhod.AC napetost in tok tok izmenično, medtem ko napetost DC in tok pretok v konstantni smeri.Diode v mostnem usmerju omogočajo, da tok teče samo v eno smer in tako zagotavlja to pretvorbo.

Izboljšana učinkovitost

Mostični usmernik uporablja tako pozitivne kot negativne pol-cikle izmenične moči.Ta dvojna uporaba izboljša učinkovitost v primerjavi z enofaznim usmernik.Rezultat je, da je bolj gladka DC izhod z manj valovanja.

Stabilna DC moč

Stabilna DC Power je primerna za elektronske naprave, napajalnike in polnilnike baterij.Mostični usmernik v kombinaciji s filtrirnimi kondenzatorji lahko zagotovi to stabilno napajanje.

V idealnem primeru se lahko izhodna napetost (povprečna vrednost) mostu lahko izrazi kot

V_out = (2V_M)/π- (4V_F)/π

Kjer je v_mis največja napetost vhodne izmenične moči in V_F je kapljica napetosti vsake diode naprej.

Primer

Recimo, da imamo napajanje AC z vhodno napetostjo 220 V (učinkovita vrednost, RMS) in za popravljanje uporabimo mostni usmernik.Padec napetosti naprej diode je 0,7 V.

Vhodni pogoji:

Vhodna napetost 220V AC (RMS)

Vrhunska napetost v_m = 220 × √2 ≈311v

DIODE FORTARN TERNATIVNA DEPA V_F = 0,7V

Izračunajte izhod:

Povprečna izhodna napetost v_avg = (2 × 311)/π- (4 × 0,7)/π ≈198V

Na ta način mostni usmernik pretvori izmenično napetost v DC napetost blizu 198V.Čeprav je še vedno nekaj nihanj, lahko izhod še dodatno zgladimo z ustreznimi naprave za filtriranje, da se zagotovi stabilno napajanje DC.Po priključitvi filtrirnega vezja je povprečna izhodna napetost približno 1,2-krat večja od vrednosti RMS vhodnega AC, medtem ko je napetost odprtega kroga približno 1,414-krat večja od vrednosti RMS.Ta izračun pomaga določiti potrebne komponente za doseganje stabilnega in gladkega DC izhoda iz AC vhoda.

Kako kondenzatorji delujejo kot filtri?

Filtriranje odstrani neželene signalne valove.Pri filtriranju z visokim prehodom signali visokofrekvenčni signali zlahka preidejo skozi vezje do izhoda, medtem ko so nižji frekvenčni signali blokirani.AC vezja vsebujejo napetostne ali trenutne signale različnih frekvenc, ki niso potrebni.Neželeni signali lahko povzročijo motnje, ki motijo ​​delovanje vezja.Za filtriranje teh signalov se uporabljajo različna filtrirna vezja, v katerih igrajo kondenzatorji ključno vlogo.Čeprav odpravljeni signali niso AC signali, je koncept podoben.Kondenzator je sestavljen iz dveh vodnikov, ločenih z izolatorjem.V filtrirnih vezjih kondenzatorji shranijo energijo, da zmanjšajo izmenično valovanje in izboljšajo DC izhod.

Slika 4: Diagram vezja filtra z visokim prehodom

Kako kondenzatorji filtrirajo signale

Kondenzatorji lahko shranijo in sprostijo.Ko se napetost poveča, kondenzator polni;Ko se napetost zmanjša, kondenzator izpusti.Ta značilnost gladi nihanja napetosti.V vezju usmernika, kot je mostni usmernik, izhodna DC napetost ni gladka, ampak pulzirajoča.Priključitev kondenzatorja filtra z izhodom lahko gladi te pulzacije.

Slika 5: mostni usmernik - diodni modul s polnim valom

• Pozitiven polovični cikel: Med pozitivnim polovičnim ciklom se napetost poveča, zaradi česar se kondenzator napolni.Shranjena električna energija doseže največjo vrednost pri napetostnem vrhuncu.

• Negativni polovični cikel: Med negativnim polovičnim ciklom se napetost zmanjša in kondenzator se izpušča skozi obremenitev.Ta izpustitev zagotavlja tok do obremenitve, kar preprečuje, da bi izhodna napetost močno padla in gladila valovno obliko.

Ukrep za polnjenje in odvajanje kondenzatorja zgladi odpravljeno izhodno napetost na bolj konstantno raven DC, kar zmanjša nihanja napetosti in valovanje.

Izbira pravega kondenzatorja

Velikost filtrirnega kondenzatorja neposredno vpliva na učinek filtriranja.Na splošno je večja vrednost kapacitivnosti, boljši je učinek filtriranja, ker lahko velik kondenzator shrani več naboja in zagotovi bolj stabilno napetost.Vendar vrednost kapacitivnosti ne more biti prevelika, sicer pa bo privedla do daljšega časa zagona vezja, povečanja volumna kapacitorjev in povečanja stroškov.

Empirična formula za izbiro filtrirnih kondenzatorjev

C = i/(f × Δv)

Kjer je C vrednost kapacitivnosti (Farad, F)

I je tok obremenitve (ampere, a)

F je frekvenca moči (Hertz, HZ)

ΔV je dopustno valovanje izhodne napetosti (volt, v)

Vloga filtrirnih kondenzatorjev

Ko se odpravljena napetost poveča, se kondenzator filtra napolni, zaradi česar se napetost postopoma dvigne.Ko se odpravljena napetost zmanjša, se filtrirni kondenzator izpusti, kar zagotavlja enakomeren tok in gladi izhodno napetost.Ukrep za polnjenje in odvajanje filtrirnega kondenzatorja zgladi odpravljeno pulzirajočo napetost, kar zmanjša napetost in nihanja.Kondenzatorji so učinkoviti za filtriranje, ker omogočajo, da se AC signali prehajajo, medtem ko blokirajo DC signale.AC signali z višjimi frekvencami lažje prehajajo skozi kondenzatorje, z manj upora, kar ima za posledico nižjo napetost čez kondenzator.Nasprotno, AC signali z nižjimi frekvencami se soočajo z večjo upornostjo, kar ima za posledico večjo napetost čez kondenzator.Za DC kondenzator deluje kot odprto vezje, tok je nič, vhodna napetost pa je enaka napetosti kondenzatorja.

Filtriranje različnih frekvenc v vezjih usmernikov

Da bi razumeli, kako filtrirni kondenzatorji ravnajo z različnimi frekvencami, na kratko razpravljamo o širitvi serije Fourierja.Fourierjeva serija razgradi nesinusoidne periodične signale v vsoto sinusoidnih signalov različnih frekvenc.Na primer, zapleten periodični val se lahko razgradi v več sinusoidnih valov različnih frekvenc.

Slika 6: pulzirajoči val

V usmernem vezju je izhod pulziran val, ki ga lahko razgradimo v sinusoidne komponente različnih frekvenc z uporabo Fourierjeve serije.Visokofrekvenčne komponente prehajajo neposredno skozi kondenzator, medtem ko nizkofrekvenčne komponente dosegajo izhod.

Slika 7: Diagram vezja filtra kondenzatorja

Večji kot je kondenzator, bolj gladka je izhodna valovna oblika.Večji kondenzatorji hranijo več naboja in zagotavljajo stabilnejšo napetost.

Slika 8: Diagram filtriranja kondenzatorja

V pulzirajočem napetostnem valu, ko napetost pade pod napetost kondenzatorja, kondenzator izpusti do obremenitve, kar prepreči, da bi izhodna napetost padla na nič.To neprekinjeno polnjenje in odvajanje zgladi izhodno napetost.

Filtrična vezja z visokim in nizkim in nizkim pasom

V filtru z visokim prehodom sta kondenzator in upor povezana zaporedno.Visokofrekvenčni signali imajo pri prehodu skozi kondenzator minimalni padec napetosti, kar ima za posledico večji tok in večjo izhodno napetost čez upor.Nizkofrekvenčni signali se soočajo z večjim padcem napetosti po kondenzatorju, kar ima za posledico minimalno izhodno napetost.V filtru z nizkim prehodom kondenzator blokira visokofrekvenčne signale in omogoča samo nizke frekvence.Visokofrekvenčni signali imajo visoko impedanco in minimalno izhodno napetost, medtem ko imajo nizkofrekvenčni signali nizko impedanco in večjo izhodno napetost.

Slika 9: Filtrični vezje z visokim in nizkim prehodom

Vrste mostnih usmernikov

Mostični usmerniki so razvrščeni glede na njihovo gradnjo in uporabo.Tu je nekaj skupnih vrst:

Enofazni mostni usmernik

Enofazni mostni usmernik je najpreprostejša oblika in se pogosto uporablja v majhni opremi za napajanje.Ima štiri diode, ki pretvorijo enofazni AC v pulzirajoč DC.Med pozitivnim polovičnim ciklom AC se diode D1 in D2 izvajata, medtem ko sta D3 in D4 izklopljena.Med negativnim polovičnim ciklom se vedenja D3 in D4 ter D1 in D2 izklopijo.To omogoča, da se pozitivni in negativni polovični cikli AC odpravijo v pozitiven DC.

Slika 10: Enofazni shema polnega vala s polno valom

Trifazni mostni usmernik

Trifazni mostni usmerniki se uporabljajo v večji uporabi energije, kot so industrijska oprema in veliki elektroenergetski sistemi.Vsebujejo šest diod, ki pretvorijo trifazni AC v gladkejši DC.Med vsakim ciklom trifaznega AC se izvajajo različne kombinacije diod, ki odpravljajo pozitivne in negativne polovice cikle v DC.Ta metoda zagotavlja bolj gladek DC izhod, primeren za potrebe po veliki moči.

Slika 11: Trifazni most popolnoma nadzorovan usmerni vezje

Nadzorovani mostni usmernik

Nadzorovani mostni usmernik uporablja silicijev nadzorovani usmernik (SCR) namesto običajne diode za uravnavanje izhodne napetosti.Z nadzorom kota prevodnosti SCR lahko spremenite povprečni DC izhod.Prilagoditev kota streljanja SCR nadzoruje čas prevodnosti v vsakem ciklu in s tem spremeni povprečno izhodno napetost DC.Ta vrsta se pogosto uporablja v nastavljivih napajalnikih in DC motoričnih sistemih.

Visokofrekvenčni mostni usmernik

Visokofrekvenčni mostni usmerniki se uporabljajo v visokofrekvenčnih energetskih sistemih in običajno uporabljajo hitro obnovitvene diode za potrebe preklopnih napajalnikov (SMP).Diode hitrega obnavljanja imajo kratek čas obratnega okrevanja in se lahko hitro odzovejo na visokofrekvenčne preklopne operacije, s čimer se izboljšajo učinkovitost rektifikacije in zmanjšajo izgube in hrup.

Monolitni mostni usmernik

Monolitni mostni usmerniki integrirajo štiri diode usmernikov v en čip ali modul, ki poenostavijo oblikovanje vezja in se uporabljajo predvsem v majhnih elektronskih napravah in napajalnih adapterjih.Podobno kot standardni mostni usmernik tudi monolitna različica ponuja povečano zanesljivost in lažjo namestitev, saj je vključena v en paket.

Popolnoma nadzorovan mostni usmernik

Popolnoma nadzorovan mostni usmernik uporablja tiristorski usmernik (SCR) namesto običajne diode.Vsak usmerni element je nadzorovan, kar omogoča natančno regulacijo izhodne napetosti in toka.Z spreminjanjem prevodnosti kota SCR je mogoče natančno nadzorovati izhod usmernika.Ta usmernik je idealen za aplikacije, ki zahtevajo nadzorni nadzor napetosti, kot so DC motorni pogoni in nastavljivi napajalniki.Sposobnost spreminjanja kota streljanja SCR omogoča natančno upravljanje izhoda.

Napolno nadzorovan mostni usmernik

Napol nadzorovan mostni usmernik združuje tiristor (SCR) z normalno diodo.Običajno sta v enofaznih aplikacijah dva nasprotna elementa usmernikov SCRS, druga dva pa diode.Ta nastavitev zagotavlja delno regulacijsko sposobnost.Medtem ko so le nekateri elementi nadzorovani, zagotavljajo omejeno regulacijo z nižjimi stroški.Napol nadzorovani usmerniki so primerni za sisteme, ki zahtevajo delni nadzor in niso stroškovno nehote, kot so majhni motorni pogoni in stroškovno občutljivi nastavljivi napajalniki.

Nenadzorovani mostni usmernik

Nenadzorovani mostni usmernik uporablja samo navadne diode, vsi rektifikacijski elementi pa so neobvladljivi.Je najpreprostejši in najpogosteje uporabljen mostni usmernik.Ta usmernik nima regulacijske zmogljivosti, ne more prilagoditi izhodne napetosti ali toka in ne izvaja le osnovnega popravljanja.Primerno je za različne elektronske naprave, ki zahtevajo stabilno DC napajanje, kot so napajalni adapterji in polnilci baterij.

Uporaba mostnih usmernikov

Zagotavljanje polarizirane in stabilne DC napetosti pri varjenju

V varilni opremi lahko mostni usmerniki zagotavljajo stabilno DC napetost.Ta stabilnost omogoča kakovostno varjenje, ker napajanje neposredno vpliva na postopek varjenja.Umernik pretvori AC moč v DC moč, zmanjša nihanja tokov in zagotavlja stabilen varilni lok, ki izboljšuje moč in kakovost varjenega sklepa.Ta stabilnost zmanjšuje napake pri varjenju in izboljša splošno natančnost, zlasti pri varjenju z oblokom.

Slika 12: Mostični usmerniki, ki se uporabljajo v varilnem stroju

Druga ključna funkcija mostu usmernika je zagotoviti polarizirano DC napetost.To je še posebej pomembno pri profesionalnih operacijah varjenja, kot je aluminij ali varjenje iz nerjavečega jekla, kjer lahko tvorba oksidnih plasti vpliva na kakovost zvara.Polarizirana napetost zmanjšuje oksidacijo, kar zagotavlja čistejšo površino zvara in močnejši spoj.S kombiniranjem mostnih usmernikov lahko varilna oprema zagotovi stabilnejši, kakovosten tok, ki poveča celoten postopek varjenja.

Za nadaljnjo zgladitev DC izhoda in zmanjšanje nihanja napetosti se mostni usmerniki pogosto uporabljajo v povezavi s filtrirnimi kondenzatorji in regulatorji napetosti.Filtrirni kondenzator odpravlja valove in izhodno napetost naredi bolj gladko, medtem ko regulator napetosti zagotavlja, da je izhodna napetost konstantna, ki ščiti kakovost varjenja pred napetostjo v ariat ioni.Ta kombinacija izboljša stabilnost napajanja z varilnim napajanjem in podaljša življenjsko dobo opreme.

Notranje napajanje

Sodobne elektronske naprave, vključno z gospodinjskimi aparati, opremo za industrijsko krmiljenje in komunikacijsko opremo, potrebujejo stabilno DC napajanje za pravilno delovanje.Mostični usmerniki pretvorijo izmenično moč iz omrežja v DC moč, ki jo zahtevajo te naprave, večina elektronskih komponent in vezij pa se opira na DC moč.

V mostnem usmerju štiri diode tvorijo mostno vezje za pretvorbo izmenične moči v pulzirajočo dc moč.Nato filtrirni kondenzator zgladi izhod, zmanjša nihanja napetosti in ustvari bolj stabilno DC napajanje.Za naprave, ki zahtevajo natančno moč, regulator napetosti (na primer linearni ali preklopni regulator) zagotavlja konstantno in natančno izhodno napetost.Ta nastavitev izboljša zanesljivost in življenjsko dobo opreme s preprečevanjem poškodb, ki jih povzročajo nihanja napetosti.

V gospodinjskih aparatih se mostični usmerniki uporabljajo v modulih notranjega moči naprav, kot so televizorji, zvočni sistemi in računalniki.Na primer, v napajanju televizorja mostni usmernik pretvori izmenično napajanje v DC Power, ki se nato filtrira in stabilizira, preden se distribuira v TV vezje.To zagotavlja, da napetost ostane stabilna kljub nihanjem zunanjega napajanja, s čimer ohranja kakovost slike in zvoka.

Oprema za industrijsko krmiljenje ima večje zahteve za stabilnost napajanja zaradi zapletenega obratovalnega okolja.Mostični usmerniki v teh napravah zagotavljajo stabilno DC moč in izboljšujejo varnost in zanesljivost sistema z zaščitnimi vezji, kot so pretirana vonja in zaščita pred prenapetostjo.Na primer, v programirljivih logičnih krmilnikih (PLC) lahko mostni usmerniki delujejo stabilno pod različnimi pogoji.

V komunikacijski opremi, kot so usmerjevalniki in stikala, lahko mostni usmerniki zagotavljajo visoko stabilno moč, nizko šum.To zagotavlja zanesljiv prenos signala in gladko delovanje opreme.S pretvorbo AC v DC in sprejemanjem učinkovite regulacije filtriranja in napetosti podpirajo zanesljivo delovanje komunikacijske opreme v zapletenih omrežnih okoljih.

Znotraj polnilnika akumulatorja

Mostični usmernik pretvori napajanje AC v stabilno DC napajanje, potrebno za polnjenje baterije v polnilniku akumulatorja.Z porastom prenosne naprave in električnih vozil so zanesljivi polnilci baterij postali bistveni.Usmeritelj zagotavlja, da polnilnik zagotavlja stalen tok in napetost, ki ustreza posebnim potrebam različnih vrst baterij.Ta stabilen vir napajanja omogoča učinkovito polnjenje in podaljšano življenjsko dobo baterije.

Mostični usmernik običajno sestavljen iz štirih diod, ki tvorijo mostno vezje.Pretvori pozitivne in negativne polovične cikle izmenične moči v pulzirajočo dc moč.Čeprav ta pulzirajoča DC moč izpolnjuje osnovne zahteve, še vedno niha.Zato polnilci baterij običajno vsebujejo filtrirne kondenzatorje, da zgladijo napetost in zagotovijo stabilnejši izhod.

Različne baterije zahtevajo posebne polnilne napetosti in tokove.Mostični usmerniki so kombinirani z drugimi moduli vezja, da zadovoljijo te potrebe.Na primer, litijeve baterije potrebujejo natančno napetost in tok, da preprečijo prekomerno polnjenje in prekomerno polnjenje.Usmernik združuje načine polnjenja s konstantnim tokom in konstantno napetostjo in sodeluje s krmilnim vezjem polnjenja, da zagotovi natančno napetost in tok za optimizacijo postopka polnjenja.

Poleg pretvorbe električne energije lahko mostni usmerniki zaščitijo tudi polnilce baterije.Napajalna napetost lahko doživi trenutno prenapetost ali sunke, ki lahko poškodujejo baterijo in polnilnik.Umernik tvori učinkovit zaščitni mehanizem skupaj z zaščitnimi komponentami, kot so varistorji in varovalke.Ko vhodna napetost presega varno raven, zaščitni vezje hitro zmanjša napajalnik ali preusmeri presežek toka, da zaščiti baterijo in polnilnik.

Mostični usmerniki se ne uporabljajo samo v polnilnikih za majhne naprave, ampak tudi v sistemih za polnjenje električnih vozil z visoko močjo.Ti sistemi lahko upravljajo z večjo močjo in tokom, usmerniki pa zagotavljajo varno in učinkovito polnjenje z njihovimi zanesljivimi zmogljivostmi.Učinkovita tehnologija regulacije in regulacije napetosti omogoča hitro polnjenje in podaljšanje življenjske dobe električnih vozil.

Znotraj vetrne turbine

V vetrni turbini mostni usmernik pretvori izmenično moč, ki jo ustvarja veter, v DC moč.Ta DC moč je osnova za nadaljnjo pretvorbo in shranjevanje moči.Vetrne turbine proizvajajo električno energijo z različnimi hitrostmi vetra, kar proizvaja nestabilno izmenično moč.Umernik učinkovito pretvori to nihajočo izmenično moč v stabilnejšo DC moč, ki jo je enostavno shraniti ali pretvoriti v izmenično moč, združljivo z mrežo.

Slika 13: Mostični usmerniki, ki se uporabljajo v vetrnih turbinah

Generatorji vetrnih turbin običajno ustvarijo trifazno izmenično moč, ki jo nato pretvori v DC moč z mostnim usmernik.Ta pretvorba stabilizira moč in zmanjša vpliv nihanj napetosti.Potrjeno DC napajanje lahko uporabite neposredno v sistemu za shranjevanje baterije ali pretvorite v napajanje iz AC s strani pretvornika, da se optimizira uporaba proizvodnje vetrne energije.

Znotraj vetrne turbine, mostni usmernik, filtrirni vezje in zaščitno vezje tvorijo celovit sistem pretvorbe in upravljanja moči.Filtrirni vezje zgladi odpravljeno DC moč, zmanjša nihanja napetosti in valovanja ter doseže stabilen izhod.Zaščitni vezje preprečuje prenapetost in prekomerno škodo, kar zagotavlja varnost in zanesljivost sistema.

Zaradi težkih okoljskih razmer, kot so obalna ali gorska območja, sistemi za proizvodnjo vetrne energije zahtevajo visoko zanesljivost in trajnost.Mostični usmerniki morajo zdržati takšne pogoje, da se zagotovi dolgoročno delovanje.Kakovostni materiali in napredni proizvodni procesi izboljšujejo trajnost in stabilnost modulov usmernikov, izboljšujejo učinkovitost sistema, zmanjšajo stroške vzdrževanja in podaljšajo življenjsko dobo opreme.

Uporaba mostnih usmernikov v vetrnih turbinah omogoča učinkovito pretvorbo in upravljanje moči.Ti usmerniki izboljšujejo učinkovitost pretvorbe energije in kakovost energije, spodbujajo razvoj obnovljive energije in zmanjšujejo odvisnost od fosilnih goriv.Ker čisti viri energije, kot je vetrna moč, postanejo sestavni del globalne mešanice energije, imajo mostni usmerniki ključno vlogo pri tej preobrazbi.

Zaznavanje amplitude moduliranega signala

V elektronskih komunikacijskih sistemih je treba zaznati amplitudo moduliranega signala.Ta postopek je še posebej pomemben pri komunikaciji med radiofrekvenco (RF) in obdelavi zvočnih signalov.Mostični usmerniki pretvorijo AC signale v DC signale, kar olajša in natančneje zaznavanje amplitude.S pretvorbo kompleksnih AC signalov v merljive DC napetosti omogočajo natančno zaznavanje amplitude.

V mostu, sestavljen iz štirih diod v mostnem vezju, mostni usmernik obdeluje tako pozitivne kot negativne polovične cikle AC, kar ustvarja bolj gladko, stabilnejši DC izhod.Odpravljena DC napetost je sorazmerna z amplitudo prvotnega signala, kar omogoča natančno merjenje amplitude moduliranega signala.

Mostični usmerniki so bistveni v vezjih za odkrivanje amplitude znotraj RF sprejemnikov in oddajnikov.Ta vezja spremljajo trdnost signala v realnem času, kar omogoča potrebne prilagoditve stabilnega in kakovostnega prenosa signala.Pogosti so tudi v zvočnih napravah, kot so ojačevalniki in vezja za nadzor glasnosti, kjer zaznavanje amplitude zvočnega signala omogoča dinamične prilagoditve glasnosti za izboljšano izkušnjo poslušanja.

Za izboljšanje natančnosti zaznavanja amplitude so mostni usmerniki pogosto seznanjeni s filtriranjem in ojačevalnimi vezji.Filtrirni vezje zgladi odpravljeni DC signal z odstranjevanjem valovanja, medtem ko ojačevalnik povečuje amplitudo signala in s tem izboljša občutljivost in natančnost zaznavanja.Ta kombinacija deluje z različnimi modulacijskimi signali in frekvencami, kar zagotavlja zanesljivo tehnično podporo številnim aplikacijam.

Poleg komunikacijske in zvočne opreme se mostni usmerniki uporabljajo tudi v radarskih sistemih za zaznavanje amplitude odmevnega signala, kar pomaga določiti razdaljo in velikost cilja.V medicinski opremi pomagajo zaznati amplitudo signalov elektrokardiograma (EKG), ki zagotavljajo dragocene podatke za diagnosticiranje bolezni.

Pretvorba visoke izmenične v nizko enosmerno napetost

Mostični usmerniki se v elektronski elektroniki pogosto uporabljajo za pretvorbo visoke izmenične napetosti v nizko enosmerno napetost za aplikacije, kot so napajalni adapterji, industrijska oprema in različne elektronske naprave.Usmeritelji zagotavljajo zanesljivo delovanje naprav, ki potrebujejo nizkonapetostno DC napajanje z učinkovito pretvorbo visokonapetostnih AC iz glavnega napajanja.

Most usmernik deluje s štirimi diodami, da tvori mostno vezje za odpravo dveh pol ciklov vhodne izmenične moči in ga pretvori v pulzirajočo DC moč.Čeprav ta pulzirajoča DC moč vsebuje nekaj valovanja, kasnejša regulacija filtriranja in napetosti povzroči stabilno nizkonapetostno DC moč.Filtrirni kondenzatorji zgladijo nihanja napetosti, medtem ko regulatorji napetosti zagotavljajo, da je izhodna napetost natančna, kar zagotavlja dosledno delovanje naprave.

Mostični usmerniki ne izvajajo samo pretvorbe napetosti, ampak tudi ščitijo vezja.Na primer, v industrijski opremi se lahko visokonapetostni AC naleti na prenapetost, ko se pretvori v nizkonapetostno DC.Združevanje usmernikov s pretirano varovanjem zaščitnih tokokrogov in varovalk zagotavlja varnost opreme.Če vhodna napetost presega varno raven, zaščitni vezje hitro zmanjša moč ali omeji tok, da prepreči poškodbe.

V močnih adapterjih so mostni usmerniki bistveni sestavni deli.Na primer, polnilci mobilnih telefonov uporabljajo mostne usmernike za pretvorbo 220V AC v DC, ki se nato filtrira in stopi navzdol, da se za polnjenje oddaja stabilen 5V ali 9V DC.Ta postopek zagotavlja varno, učinkovito polnjenje in podaljša življenjsko dobo baterije.

Industrijska oprema pogosto potrebuje nizkonapetostno napajanje DC v napajanju notranjega vezja in krmilnih sistemov.Mostični usmerniki pretvorijo visokonapetostni industrijski AC v ustrezen nizkonapetostni DC, da se zagotovi normalno delovanje opreme, kot so CNC strojni stroji in sistemi za nadzor motorjev.Odvajanje toplote in učinkovitost sta izzivi pri pretvorbi visokonapetostnih izmeničnih tokov v nizkonapetostno DC.Ker rektifikacija ustvarja toploto, so mostni usmerniki pogosto opremljeni s toplotnimi umivalniki ali izdelanimi iz visoko učinkovitosti polprevodniških materialov za izboljšanje zmogljivosti in trajnosti.

Most usmernik proti napol vala usmernik

Mostični usmerniki in napol valovni usmerniki so običajne vrste usmernikov, vendar se močno razlikujejo po gradnji, zmogljivosti in uporabi.Razumevanje teh razlik vam lahko pomaga izbrati najprimernejšo rešitev za popravljanje za različne aplikacije.

Mostni usmernik

Mostični usmernik je učinkovitejši, saj pretvori moč v celotnem izmeničnem ciklu.Uporablja štiri diode, razporejene v konfiguraciji mostu, kar omogoča, da obvlada tako pozitivne kot negativne polovične cikle izmeničnega vhoda.Ker se uporablja celotna vhodna napetost, je izhodna napetost večja.Ko priključite mostni usmernik, lahko takoj opazite njegovo učinkovitost.Izhodna napetost je gladka in višja od napetosti pol vala.Ta učinkovitost je razlog, da se mostični usmerniki uporabljajo v visokozmogljivih napajalnih napravah, kot so napajalni adapterji, varilna oprema in industrijski nadzor.Stabilen DC izhod je idealen za aplikacije, ki zahtevajo stabilno moč.

Pol valovni usmernik

Napol-valovni usmernik je preprostejši in za osnovno usmerjanje potrebuje samo eno diodo.Vodi le med pozitivnim napol ciklom izmeničnega vhoda, kar omogoča, da tok prehaja le v tem obdobju.Negativni polovični cikel je blokiran, kar ima za posledico pulzirajoči DC izhod, ki vsebuje samo pozitiven tok pol cikla.Ko uporabljate pol valovni usmernik, boste opazili njegovo preprostost.Nastavitev je enostavno, vendar je izhod manj učinkovit, z nižjo napetostjo in večjo valovanje.Zaradi tega je primerno za naprave z nizko močjo, ki ne potrebujejo kakovosti moči, kot so preprosti polnilniki in vezja za obdelavo signalov z nizko močjo.

Primerjava in uporaba

Učinkovitost in stabilnost: mostni usmerniki ponujajo večjo učinkovitost in stabilnost.Uporabljajo celoten izmenični cikel, kar ima za posledico lažji DC izhod z minimalnim valovanjem.Ko je seznanjen s filtrirnim vezjem, se valovanje v izhodni napetosti še dodatno zmanjša, kar zagotavlja stabilno in gladko DC napetost.Zaradi tega so primerne za aplikacije, ki zahtevajo visoko kakovost energije.

Kompleksnost in stroški: mostni usmerniki so bolj zapleteni pri gradnji in potrebujejo štiri diode.Vendar pa je napredek elektronike zmanjšal stroške in velikost teh komponent, zaradi česar so mostni usmerniki lažje na voljo.

Enostavnost in stroškovno učinkovitost: pol valovni usmerniki so preprosti pri gradnji in nizki stroški, zato so koristni za aplikacije, kjer visoka kakovost energije ni pomembna.So idealni za majhna vezja z nizko močjo, kot so tisti v prenosnih napravah ali poceni elektroniki.Čeprav imajo nižjo učinkovitost in večja nihanja napetosti, njihova preprostost omogoča cenovno ugodno izbiro za nekatere uporabe.

Izbira pravega usmernika

Izbira med mostnim usmernik in pol valovnim usmernik je odvisna od posebnih zahtev aplikacije.Za visoko učinkovitost in stabilno proizvodnjo je mostna usmernik najboljša izbira.Za preprostost in nizke stroške, zlasti pri aplikacijah z majhno močjo, je morda bolj primeren pol valovni usmernik.

Primerjava mostnih usmernikov in izmeničnih stikal

Mostični usmerniki in izmenična stikala igrajo različne vloge v napajalni elektroniki.Mostični usmerniki pretvorijo izmenični tok (AC) v neposredni tok (DC), medtem ko AC stikala nadzorujejo stanje vklopa AC vezja.Razumevanje njihovih funkcij in aplikacij pomaga učinkovito oblikovati in uporabljati elektronske naprave.

Mostni usmernik

Mostični usmernik pretvori pozitivne in negativne polovične cikle AC v DC.To dosežemo s štirimi diodami, ki se izvajajo izmenično, pri čemer zagotavlja, da izmenični tok teče v eno smer, kar ima za posledico pulzirajoči DC izhod.Pri uporabi mostnih usmernikov boste opazili, kako učinkovito pretvorijo AC v DC v celotnem ciklu.Izhodna napetost je višja in bolj gladka, zlasti v kombinaciji s filtrirnimi kondenzatorji in regulatorji napetosti, kar lahko zmanjša nihanja in zagotavlja stabilno DC.Zaradi teh značilnosti so mostni usmerniki idealni za električne adapterje, varilno opremo in industrijske krmilne sisteme, kjer je potreben stabilen in zanesljiv napajalnik.

AC stikala

AC stikala uporabljajo elektronske stikalne elemente, kot so tiristorji, dvosmerni tiristorji ali releji v trdnih stanju za nadzor prevodnosti in odklopa AC vezja.Z AC stikala boste ugotovili, da se hitro odzovejo, imajo dolgo življenjsko dobo in so zelo zanesljivi.Delujejo lahko pri visokih frekvencah, zaradi česar so primerne za aplikacije, ki zahtevajo pogosto preklapljanje, kot so domači aparati, svetlobne sisteme in nadzor industrijske avtomatizacije.Učinkovito upravljajo s porazdelitvijo električne energije in zagotavljajo varno in učinkovito delovanje sistemov.

Kombinirane aplikacije

V nekaterih sistemih se za kompleksno upravljanje in nadzor električne energije uporabljajo mostni usmerniki in izmenična stikala.Na primer, v neprekinjenem sistemu napajanja (UPS) mostni usmernik pretvori vhodno izmenično napajanje v DC napajanje za shranjevanje baterije in uporabo pretvornika.AC stikalo nadzoruje preklop napajanja in tako zagotavlja neprekinjeno energijo med glavnim izpadom električne energije, tako da hitro preklopite na varnostni vir napajanja.Ta kombinacija izkorišča prednosti obeh komponent, da zagotavlja stabilno in zanesljivo rešitev moči.

Oblikovanje

Oblikovanje in izbira mostu usmernika in izmenično stikalo vključuje različne dejavnike.Za mostni usmernik razmislite o vhodni napetosti in specifikacijah toka, učinkovitosti popravljanja, toplotnega upravljanja in fizične velikosti.Za izmenična stikala bodite pozorni na napetostne in trenutne ocene, hitrost preklopa, robustnost in elektromagnetno združljivost.Inženirji morajo za dosego optimalne zmogljivosti in zanesljivosti izbrati prave komponente na podlagi posebnih zahtev aplikacije.

Zaključek

Usmerniki so zelo pomembni v elektronskih in napajalnih sistemih.Ne glede na to, ali gre za napol valovni usmernik, polno valovni usmernik ali mostni usmernik, vsi igrajo ključno vlogo v različnih scenarijih uporabe.Mostični usmerniki se zaradi visoke učinkovitosti in stabilnosti pogosto uporabljajo v visokozmogljivih napajalnih napravah, varilni opremi in industrijskih krmilnih sistemih.Napol-valovni usmerniki so zaradi svoje preproste strukture in nizkih stroškov primerni za elektronske naprave z majhno močjo.Pri načrtovanju in izbiri usmernikov morajo inženirji celovito upoštevati dejavnike, kot so vhodna napetost, trenutne specifikacije, učinkovitost popravljanja in upravljanje toplote v skladu s posebnimi zahtevami uporabe, da bi zagotovili optimalno delovanje in zanesljivost.Razvoj in uporaba usmernikov ne samo izboljšata učinkovitost in stabilnost elektronske opreme, ampak tudi spodbujata tehnološki napredek in industrijsko nadgradnjo.

Pogosto zastavljena vprašanja [FAQ]

1. Kakšne so prednosti mostu usmernika?

Visoka učinkovitost: mostni usmerniki pretvorijo obe polovici izmeničnega cikla v DC, zaradi česar sta učinkovitejša od usmernikov na pol vala, ki uporabljajo le polovico izmeničnega cikla.To pomeni, da je zapravljeno manj energije in v tovora se dovaja več energije.

Večja izhodna napetost: Ker mostni usmerniki uporabljajo celotno izmenično valovno obliko, je nastala DC izhodna napetost večja v primerjavi s usmerniki na pol vala.To vodi do močnejšega napajanja.

Zmanjšano valovanje: Postopek popravljanja v celoti ustvari bolj gladko DC izhod z manj valovanja (nihanja) v primerjavi s popravljanjem pol vala.Ta bolj gladek izhod je ključnega pomena za občutljive elektronske naprave.

Zanesljiva in trpežna: uporaba štirih diod v konfiguraciji mostu zagotavlja boljšo zanesljivost in trajnost.Tudi če ena dioda ne uspe, lahko vezje še vedno deluje, čeprav z zmanjšano učinkovitostjo.

Ni potrebe po sredinskem transformatorju: za razliko od polno valovnih usmernikov, ki potrebujejo sredinski transformator, mostni usmerniki tega ne potrebujejo, zaradi česar je zasnova enostavnejša in pogosto cenejša.

2. Zakaj se štiri diode uporabljajo v mostnih usmernicah?

Popolno valovanje: Glavni razlog za uporabo štirih diod je doseganje polnega vala.To pomeni, da se uporabljajo tako pozitivne kot negativne polovice izmeničnega cikla, kar poveča učinkovitost in izhodno napetost usmernika.

Nadzor smeri: Diode so razporejene v konfiguraciji mostu, ki usmerja pretok toka.Med pozitivnim napol ciklom izmeničnega vhoda se dve diodi prenašata in omogočata, da tok prehaja skozi obremenitev v eno smer.Med negativnim pol cikla se drugi dve diodi izvajata, vendar še vedno usmerjata tok skozi obremenitev v isto smer.To zagotavlja dosleden DC izhod.

Uporaba napetosti: Z uporabo štirih diod lahko mostni usmernik uporabi celotno izmenično napetost in poveča učinkovitost pretvorbe moči.Vsak par diode se izmenično izvaja in zagotavlja, da obremenitev vedno vidi enosmerni tok.

3. Kakšne so slabosti mostnih usmernikov?

Padec napetosti: Vsaka dioda v mostnem usmerju vnese majhen padec napetosti (običajno 0,7 V za silikonske diode).S štirimi diodami to povzroči skupni padec napetosti približno 1,4 V, kar nekoliko zmanjša izhodno napetost.

Kompleksnost: vezje mostu je bolj zapleteno kot preprost usmernik na pol vala, ker potrebuje štiri diode namesto enega.To lahko poveča kompleksnost zasnove in sestavljanja vezja.

Izguba energije: Padec napetosti čez diode pomeni tudi izgubo energije, kar je lahko pomembno pri aplikacijah z visokim tokom.To zmanjšuje splošno učinkovitost napajanja.

Ustvarjanje toplote: Izguba energije v diodah povzroči nastajanje toplote, kar lahko zahteva dodatne hladilne ukrepe, kot so toplotni umivalniki, da se prepreči pregrevanje, zlasti pri uporabi z veliko močjo.

4. Kaj se zgodi, če DC vstavite v mostni usmernik?

Brez popravljanja: mostni usmernik je zasnovan tako, da pretvori AC v DC, tako da tok omogoča prehod skozi diode v eno smer.Če na vhod nanesete DC, diode ne bodo preklopile ali odpravile toka, saj je DC že enosmerni.

Padec napetosti: DC bo prešel skozi dve diodi hkrati (po eno v vsaki nogi mostu), kar povzroči padec napetosti približno 1,4 V (0,7 V na diodo).To pomeni, da bo izhodna DC napetost nekoliko nižja od vhodne napetosti DC.

Generacija toplote: Tok, ki prehaja skozi diode, bo povzročil toploto zaradi razprševanja energije (p = i²r).Ta toplota lahko postane pomembna, če je vhodni tok visok, kar lahko poškoduje diode ali zahteva ukrepe za odvajanje toplote.

Možna preobremenitev: Če je uporabljena DC napetost bistveno večja od nazivne napetosti diode, lahko povzroči razpad diode, kar vodi do okvare vezja.Če se izognete poškodbam, je treba upoštevati ustrezne napetostne ocene.