Как выбрать диоды для выпрямителя

Какие диоды нужны для диодного моста, как правильно подобрать диоды для выпрямления

Порой, когда дело приходится иметь с блоками питания (их ремонтом, сборкой своими руками) сталкиваешься с его выпрямительной частью, которая из переменного напряжения делает постоянное. Эта часть есть не что иное как диодный выпрямительный мост. Для технарей электротехников известно, что это такое и какова функция этого элемента электрических схем. Для непосвященных поясню — большинство электротехники содержат в своих схемах блок питания, который понижает сетевое напряжение 220 вольт в меньшее, что используется устройствами (3, 5, 9, 12, 24 вольта, это наиболее распространенные величины пониженных напряжений). В сети используется переменный ток, а практически все электронные схемы работают на постоянном. Так вот, для преобразования переменного напряжения в постоянное и используется диодный мост.

Выпрямительные диодные мосты бывают готовыми сборками в едином корпусе, а бывают и самодельными, которые спаиваются из четырех одинаковых диодов. А какие диоды нужны для самодельного диодного моста и как правильно подобрать их для выпрямителя? Все достаточно просто. Основными параметрами для выбора диодов на мост являются напряжение (обратное) и сила тока (которую они могут через себя пропускать без перегрева).

Напомню, что диоды при прямом подключении (плюс диода к плюсу прилагаемого напряжения, а минус диода к минусу прилагаемого напряжения) к питанию пропускают через себя электрический ток. В этом режиме (открытом) на них оседает небольшое напряжение в пределах около 0,6 вольт. Как и любые другие проводники они имеют свое внутреннее сопротивление (что и обуславливает это небольшое падение напряжения на них в открытом состоянии). Чем оно больше, тем меньшую силу тока диод способен через себя пропустить. Если же на диод приложить постоянное обратное напряжение (на плюс диода подать минус источника, и на минус диода подать плюс источника), то диод будет работать в режиме запирания. Он не будет через себя пропускать постоянный ток (будет закрыт).

Так вот, есть максимальная величина обратного напряжения, которую диод может выдержать не входя в режим электрического и теплового пробоя. Именно это обратное напряжение и нужно учитывать при выборе диодов на выпрямительный мост. Если на диодный мост будет подаваться напряжение 220 вольт переменного тока, значит диоды моста должны быть рассчитаны на большее напряжение (с запасом не менее 25%). А лучше вовсе брать с достаточно большим запасом. Это убережет полупроводники от попадания на них случайных скачков напряжения, идущие от сети. Сейчас на обычные, небольшие блоки питания ставят диоды серии 1n4007, у которых обратное напряжение равно 1000 вольтам, а долговременный ток они могут выдерживать до 1 ампера (при температуре 75 градусов).

Второй, и пожалуй главной характеристикой выпрямительного диода является сила тока, которую он может пропускать через себя длительное время (без перегрева). Изначально вы должны знать, на какой максимальный ток рассчитан ваш блок питания. И только после этого уже нужно подбирать выпрямительные диоды на мост. К примеру, вы решили сделать себе самодельный регулируемый блок питания с выходным напряжением до 15 вольт и максимальным током в 6 ампер. Следовательно, под такой источник питания нужно брать диоды, рассчитанные на силу тока порядка 10 ампер (плюс определенный запас по току). Ток в 6 ампер как бы относительно немалый. Он будет нагревать диоды выпрямительного моста. Значит под эти диоды, мост еще нужно предусмотреть охлаждающий радиатор.

Напомню, что большинство полупроводниковых компонентов сделаны из кремния, а этот материал имеет максимальную рабочую температуру 150—170 °C. Выход за эти пределы разрушаю полупроводник, в нашем случае диоды диодного моста. Лучше держать температуру диодов в пределах до 75 °C. Поставьте на мост небольшой радиатор и посмотрите не выходит ли температура при максимальной нагрузки блока питания за допустимые пределы.

Диодных мостов и диодов (под них) существует достаточно большое количество. При выборе сначала в поисковике найдите справочную таблицу диодов и диодных мостов, где указаны основные технические характеристики выпрямителей. Выберите наиболее подходящий компонент с учетом номинального обратного напряжения и силы тока. Если вы поставите на диодный мост диоды с большими номинальными токами и напряжениями, ничего страшного, это будет даже лучше, как бы излишний запас. Но подбирать меньшие или впритык лучше не стоит.

P.S. Кроме основных характеристик (тока и напряжения) диодов, которые будут ставится на диодный мост, еще нужно обращать внимание на частоту, на которой они могут нормально работать. Частота сети в 50 герц является достаточно малой и под нее подойдут практически все диоды. Выше приведенный диод 1n4007 имеет рабочую частоту в 1 мГц. Обращать внимание на частоту актуально для электрических схем, рассчитанных на действительно высокие частоты.

НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ

Как правильно подобрать диодный мост или диоды для выпрямителя, на какие параметры в первую очередь нужно обращать внимание

Как выбрать диоды для выпрямителя

Основное назначение полупроводниковых диодов выпрямление переменного тока. Существуют диоды других назначений, о которых будем говорить позже.

Итак, диоды — это буквально двухэлектродные компоненты. Электроды имеют названия: анод и катод. Типовая графема диода, дополненная графическими пояснениями показана на рисунке 2.1.

Если к диоду приложено прямое напряжение (т.е. анод имеет положительный потенциал относительно катода), то говорят, что диод открыт и через него течёт прямой ток. Если к диоду приложено обратное напряжение (катод имеет положительный потенциал относительно анода), то диод закрыт и в этом режиме протекает обратный ток малого значения.

Основные технические характеристики выпрямительных диодов

В сравнении с рассмотренными ранее пассивными компонентами диод имеет более сложное поведение в электрической цепи. Это поведение описывается вольтамперной характеристикой диода. Рассмотрим ВАХ, справедливую для маломощных диодов (показано на рисунке 2.2).

Из рисунка мы видим, что свойства диода далеки от наших предварительных представлениях о диоде как об идеальном ключе.

При открытом состоянии (правая область оси Х) на диоде выделяется небольшое напряжение, которое не превышает нескольких сотен милливольт и нелинейно зависит от протекающего через диод тока. Ток через открытый диод должен быть ограничен допустимыми значениями.

При подаче на диод обратного напряжения, через него протекает ток, меньший 1 мкА, и он лавинообразно возрастает при значениях в несколько десятков вольт. Это лавинообразное нарастание обратного тока называют тепловым пробоем, состояние, при котором диод выходит из строя – «сгорает».

Таким образом, выпрямительные диоды принято выбирать по двум основным характеристикам: предельному значению прямого тока и предельному значению обратного напряжения.

Значение при расчётах имеет также прямое падение напряжения на диоде. Это напряжение может отличаться на несколько сотен милливольт у разных разновидностей диодов.

Так, например, при прочих равных условиях германиевые диоды (сегодня не выпускаются) имеют меньшее прямое напряжение в сравнении с кремниевыми диодами милливольт на 400. Современные диоды Шотки имеют малое падение напряжение даже при относительно больших токах.

Конструктивные варианты

Конструктивные варианты диодов представлены на рисунке 2.3, таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Таблица характеристик выпрямительного диода BAS70

Предельный прямой постоянный ток, мА

Предельный прямой ток, амплитудное значение, мА

Предельное обратное напряжение, В

Рабочий диапазон температур, ºС

Примеры применения выпрямительных диодов

Использование выпрямительных диодов при создании резервированного источника питания

Типовая схема резервированного питания нагрузки показана на рисунке 2.4.

Схема содержит источник основного питания от сети переменного тока (АС/DC-преобразователь) и резервную батарею. Два навстречу включённых диода (VD1, VD2) запрещают протекание тока от одного источника к другому.

Недостаток схемы проявляется в том случае, когда основной источник энергии отключается и нагрузка питается от резервной батареи. Дело в том, что часть энергии, потребляемой схемой от батареи, рассеивается на диоде. Чем больше падение напряжения на диоде, тем больше потери.

В нашем примере мы предположили, что Uд=0,5В и тогда потери составят 10% мощности, отдаваемой батареей:

т.е. при Uд=0,5 В Рбат= (0,5+4,5)_*Iнагр = 5_*Iнагр

В том случае, когда в нашем распоряжении имеется ВАХ выбранного диода, мы можем получить значение Uд графически. Для этого достаточно построить нагрузочную прямую для рассматриваемой схемы:

Требуемое для расчёта напряжение мы получим в точке пересечения прямой Е-I_*Rнагр и ВАХ диода на совмещённом графике (показано на рисунке 2.5).

Эту точку принято называть рабочей точкой выбранного режима работы диода.

Справедливости ради укажем, что большого выигрыша в точности определения Uд мы здесь не получим, т.к. ВАХ представлена в технических описаниях как усреднённая характеристика с некоторым разбросом, да к тому же эта характеристика сильно зависит от температуры окружающей среды. Этот способ определения Uд мы рассматриваем как вспомогательный и более наглядный. Им мы будем пользоваться и при описании других нелинейных компонентов.

Двухполупериодный выпрямитель

Частая схемотехническая задача – создание из переменного напряжения постоянного для питания электронных схем. Эта задача может быть решена за два этапа: этап выпрямления и этап фильтрации исходного напряжения.

Использование двухполупериодного выпрямителя и емкостного фильтра показано на рисунке 2.6. На схемах показано протекание токов в разные полупериодывходного синусоидального напряжения и формы выходного напряжения как в отсутствии, так и при наличии емкостного фильтра (Cф).

Как мы уже знаем, конденсатор является накопителем энергии, он это делает во время нарастания полуволны входного напряжения и отдаёт энергию в промежутке между соседними выпрямленными полуволнами, когда напряжение спадает до недопустимого по расчёту значения. Форма исходно пульсирующего напряжения при этом несколько сглаживается, однако небольшие пульсации всегда сохраняются. Они возрастают при возрастании тока нагрузки. Для снижения пульсаций необходимо увеличивать ёмкость Cф.

Измерение характеристик диодов

Обычно на практике решаются две задачи: проверяется работоспособность диода (не пробит ли pn-переход) и измеряется напряжение на диоде при некотором (типовом) значении тока через него.

Наиболее удобно это делать с помощью цифрового мультиметра: все современные мультиметры реализуют несложную функцию «измерения прямого напряжения диодов» («прозвонка» диода) (показано на рисунке 2.7).

При этом на дисплее мультиметра высвечивается значение прямого напряжения при некотором тестовом токе, заложенным в схемотехнику мультиметра.

Измерение осуществляется в следующей последовательности: секторный переключатель режимов мультиметра переводится в положение « » и за-тем с соблюдением полярности ко входам мультиметра подключается испытуемый диод.

Примечание – Упрощённая схема измерения прямого напряжения будет показана в подразделе с операционными усилителями.

• Вы здесь:
• Главная
• Обучение
• Техническая учеба АиМ
• Катушки индуктивности: назначение, характеристики, виды. Примеры использования

© 2024 Info KS — техническое обучение персонала на компрессорных станциях газотранспортных предприятий

Закрытый канал телеграм

Канал обучения по профессии Машинист ТК и Сменный инженер (инженер по ЭОГО) от А до Я

✅Всё о конструкции и работе оборудования КС с ГПА-Ц-16

✅Правильная эксплуатация и особенности

✅Внештатные ситуации и способы выхода из них

✅Опросы в виде тестов

✅Возможность задавать вопросы

Выбор диодов для выпрямителей

Диоды для выпрямителей выбираются с запасом 30% по паспортным данным, удовлетворяющим двум следующим условиям:

Здесь /,_1срдоп — допустимый средний выпрямленный ток диода по паспорту; /_дср — средний выпрямленный ток диода в выпрямителе; и_ло6 макс доп — наибольшее допустимое обратное напряжение па диоде но паспорту; (У_{1обр макс} — наибольшее обратное напряжение на диоде в выпрямителе.

В условиях примера 1.3.1 выберите диоды для ОПВ из табл. 1.3.3.

Таблица 133

Предельные допустимые параметры диодов

Выпрямители. Как и почему?

Итак, дорогие мои, мы собрали нашу схемку и пришло время ее проверить, испытать и нарадоваться сему счастью. На очереди у нас — подключение схемы к источнику питания. Приступим. На батарейках, аккумуляторах и прочих прибамбасах питания мы останавливаться не будем, перейдем сразу к сетевым источникам питания. Здесь рассмотрим существующие схемы выпрямления, как они работают и что умеют. Для опытов нам потребуется однофазное (дома из розетки) напряжение и соответствующие детальки. Трехфазные выпрямители используются в промышленности, мы их рассматривать также не будем. Вот электриками вырастете — тогда пожалуйста. Источник питания состоит из нескольких самых важных деталей: Сетевой трансформатор — на схеме обозначается похожим как на рисунке, Выпрямитель — его обозначение может быть различным. Выпрямитель состоит из одного, двух или четырех диодов, смотря какой выпрямитель. Сейчас будем разбираться. а) — простой диод.
б) — диодный мост. Состоит из четырех диодов, включенных как на рисунке.
в) — тот же диодный мост, только для краткости нарисован попроще. Назначения контактов такие же, как у моста под буквой б). Конденсатор фильтра. Эта штука неизменна и во времени, и в пространстве, обозначается так: Обозначений у конденсатора много, столько же, сколько в мире систем обозначений. Но в общем они все похожи. Не запутаемся. И для понятности нарисуем нагрузку, обозначим ее как Rl — сопротивление нагрузки. Это и есть наша схема. Также будем обрисовывать контакты источника питания, к которым эту нагрузку мы будем подключать. Далее — пара-тройка постулатов.
— Выходное напряжение определяется как Uпост = U*1.41. То есть если на обмотке мы имеем 10вольт переменного напряжения, то на конденсаторе и на нагрузке мы получим 14,1В. Примерно так.
— Под нагрузкой напряжение немного проседает, а насколько — зависит от конструкции трансформатора, его мощности и емкости конденсатора.
— Выпрямительные диоды должны быть на ток в 1,5-2 раза больше необходимого. Для запаса. Если диод предназначен для установки на радиатор (с гайкой или отверстие под болт), то на токе более 2-3А его нужно ставить на радиатор.

Так же напомню, что же такое двуполярное напряжение. Если кто-то подзабыл. Берем две батарейки и соединяем их последовательно. Среднюю точку, то есть точку соединения батареек, назовем общей точкой. В народе она известна так же как масса, земля, корпус, общий провод. Буржуи ее называют GND (ground — земля), часто ее обозначают как 0V (ноль вольт). К этому проводу подключаются вольтметры и осциллографы, относительно нее на схемы подаются входные сигналы и снимаются выходные. Потому и название ее — общий провод. Так вот, если подключим тестер черным проводом в эту точку и будем мерить напряжение на батарейках, то на одной батарейке тестер покажет плюс1,5вольта, а на другой — минус1,5вольта. Вот это напряжение +/-1,5В и называется двуполярным. Обе полярности, то есть и плюс, и минус, обязательно должны быть равными. То есть +/-12, +/-36В, +/-50 и т.д. Признак двуполярного напряжения — если от схемы к блоку питания идут три провода (плюс, общий, минус). Но не всегда так — если мы видим, что схема питается напряжением +12 и -5, то такое питание называется двухуровневым, но проводов к блоку питания будет все равно три. Ну и если на схему идут целых четыре напряжения, например +/-15 и +/-36, то это питание назовем просто — двуполярным двухуровневым.

Ну а теперь к делу. 1. Мостовая схема выпрямления.
Самая распространенная схема. Позволяет получить однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Схема обладает минимальными пульсациями напряжения и несложная в конструкции. 2. Однополупериодная схема.
Так же, как и мостовая, готовит нам однополярное напряжение с одной обмотки трансформатора. Разница лишь в том, что у этой схемы удвоенные пульсации по сравнению с мостовой, но один диод вместо четырех сильно упрощает схему. Используется при небольших токах нагрузки, и только с трансформатором, намного большим мощности нагрузки, т.к. такой выпрямитель вызывает одностороннее перемагничивание трансформатора. 3. Двухполупериодная со средней точкой.
Два диода и две обмотки (или одна обмотка со средней точкой) будут питать нас малопульсирующим напряжением, плюс ко всему мы получим меньшие потери в сравнении с мостовой схемой, потому что у нас 2 диода вместо четырех. 4. Мостовая схема двуполярного выпрямителя.
Для многих — наболевшая тема. У нас есть две обмотки (или одна со средней точкой), мы с них снимаем два одинаковых напряжения. Они будут равны, пульсации будут малыми, так как схема мостовая, напряжения на каждом конденсаторе считается как напряжение на каждой обмотке помножить на корень из двух — всё, как обычно. Провод от средней точки обмоток выравнивает напряжения на конденсаторах, если нагрузки по плюсу и по минусу будут разными. 5. Схема с удвоением напряжения.
Это две однополупериодные схемы, но с диодами, включенными по разному. Применяется, если нам надо получить удвоенное напряжение. Напряжение на каждом конденсаторе будет определяться по нашей формуле, а суммарное напряжение на них будет удвоенным. Как и у однополупериодной схемы, у этой так же большие пульсации. В ней можно усмотреть двуполярный выход — если среднюю точку конденсаторов назвать землей, то получается как в случае с батарейками, присмотритесь. Но много мощности с такой схемы не снять. 6. Получение разнополярного напряжения из двух выпрямителей.
Совсем не обязательно, чтобы это были одинаковые блоки питания — они могут быть как разными по напряжению, так и разными по мощности. Например, если наша схема по +12вольтам потребляет 1А, а по -5вольтам — 0,5А, то нам и нужны два блока питания — +12В 1А и -5В 0,5А. Так же можно соединить два одинаковых выпрямителя, чтобы получить двуполярное напряжение, например, для питания усилителя. 7. Параллельное соединение одинаковых выпрямителей.
Оно нам дает то же самое напряжение, только с удвоенным током. Если мы соединим два выпрямителя, то у нас будет двойное увеличение тока, три — тройное и т.д. Ну а если вам, дорогие мои, всё понятно, то задам, пожалуй, домашнее задание. Формула для расчета емкости конденсатора фильтра для двухполупериодного выпрямителя:
Для однополупериодного выпрямителя формула несколько отличается:
Двойка в знаменателе — число «тактов» выпрямления. Для трехфазного выпрямителя в знаменателе будет стоять тройка. Во всех формулах переменные обзываются так:
Cф — емкость конденсатора фильтра, мкФ
Ро — выходная мощность, Вт
U — выходное выпрямленное напряжение, В
f — частота переменного напряжения, Гц
dU — размах пульсаций, В Для справки — допустимые пульсации:
Микрофонные усилители — 0,001. 0,01%
Цифровая техника — пульсации 0,1. 1%
Усилители мощности — пульсации нагруженного блока питания 1. 10% в зависимости от качества усилителя. Эти две формулы справедливы для выпрямителей напряжения частотой до 30кГц. На бОльших частотах электролитические конденсаторы теряют свою эффективность, и выпрямитель рассчитывается немного не так. Но это уже другая тема. Источник: www.radiokot.ru

none Опубликована: 2005 г. 0 4

Вознаградить Я собрал 0 3

Оценить статью

• Техническая грамотность