- Konwerter pełnookresowy
- Zasada systemu pełnego falowania
- Jak zorganizować moc bipolarną
- Jak realizować podwojenie napięcia
- Korzystanie ze wzmacniaczy operacyjnych
- Krótko o zarządzanych przetwornikach
- Prostownik trójfazowy
- Projektowanie
Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Prostownik pełnookresowy jest bardziej popularny niż prostownik półfalowy, wynika to z licznych zalet takiego obwodu. Aby wyjaśnić dokładnie, jaka jest zaleta, należy sięgnąć do teoretycznych podstaw elektrotechniki.
Po pierwsze, weź pod uwagę różnicę między prostownikiem pełnofalowym a prostownikiem półfalowym, w tym celu musisz zrozumieć zasadę działania każdego z nich. Przykłady diagramów przebiegów zapewnią wizualną reprezentację zalet i wad tych urządzeń.
Konwerter pełnookresowy
Poniżej znajduje się typowy schemat podobnego urządzenia z minimum elementów.
Legenda:
- Tr - transformator;
- Zawór DV (dioda);
- C f - pojemność (pełni rolę filtru wygładzającego);
- R n - podłączone obciążenie.
Rozważ teraz przebieg w punktach kontrolnych U 1, U 2 i U n .
Wyjaśnienie:
- w punkcie kontrolnym U 1 wyświetlany jest diagram na wejściu urządzenia;
- U 2 - schemat przed pojemnościowym filtrem wygładzającym;
- U n - oscylogram na ładunku.
Wykres czasowy wyraźnie pokazuje, że po zaworze (diodzie) wyprostowane napięcie jest reprezentowane jako impulsy charakterystyczne składające się z dodatnich półokresów. Gdy pojawia się taki impuls, ładunek filtra pojemnościowego gromadzi się, który jest rozładowywany podczas ujemnego okresu półtrwania, co pozwala nieco wygładzić pulsacje.
Wady tego schematu są oczywiste - jest to niska wydajność ze względu na wysoki poziom pulsacji. Mimo to urządzenia tego typu znajdują zastosowanie w obwodach o niskim poborze prądu.
Zasada systemu pełnego falowania
Rozważ dwie opcje implementacji przetwornika pełnookresowego (prostownika): zrównoważony i nawierzchniowy. Schemat pierwszego pokazano na poniższym rysunku.
Używane przedmioty:
- Tr to transformator, który ma dwa identyczne uzwojenia wtórne (lub jedno z kranem w środku);
- DV 1 i DV 2 - zawory (diody);
- C f - filtr pojemnościowy;
- R n - rezystancja obciążenia.
Dla jasności przedstawiamy tutaj oscylogram w punktach kontrolnych.
- U 1 - kształt fali na wejściu;
- U 2 - wykres przed filtrem pojemnościowym;
- Urządzenie wyjściowe z wykresami.
Ten schemat składa się z dwóch połączonych przetworników półfalowych, to znaczy dwóch oddzielnych źródeł odpowiada za jedno wspólne obciążenie. Wynik działania takiego urządzenia wyraźnie pokazuje wykres U 2 . Pokazuje to, że w procesie wykorzystywane są oba półokresy, co nadało nazwę tym konwerterom.
Przebieg wyraźnie pokazuje zalety takiego urządzenia, a mianowicie następujące fakty:
- częstotliwość tętnienia na wyjściu urządzenia podwaja się;
- redukcja „zanurzeń” między impulsami pozwala na użycie mniejszej pojemności filtrowania;
- konwerter push-pull ma większą wydajność niż półfala.
Rozważmy teraz typ mostu, który pokazano na poniższym rysunku.
Oscylogram urządzenia typu mostowego praktycznie nie różni się od zbalansowanego, więc nie ma sensu go przenosić. Główną zaletą tego schematu jest to, że nie ma potrzeby stosowania bardziej złożonego transformatora.
Wideo: Mostek prostowniczy o pełnej fali
Konwertery wykorzystujące półprzewodnikowy mostek diodowy są szeroko stosowane zarówno w elektrotechnice (na przykład w spawarkach, w których prąd znamionowy może osiągnąć do 500 amperów), jak i elektronice radiowej jako źródle dla obwodów niskoprądowych.
Zauważ, że oprócz półprzewodnika można użyć diod próżniowych - kenotronów (poniżej znajduje się przykład schematu takiego urządzenia).
W rzeczywistości przedstawiony schemat jest klasyczną implementacją zrównoważonego przetwornika pełnookresowego. Do tej pory diody próżniowe praktycznie nie były używane, zostały one zastąpione odpowiednikami półprzewodnikowymi.
Jak zorganizować moc bipolarną
Łącząc zbalansowany obwód i chodnik, można uzyskać konwerter, który zapewni dwubiegunową moc wyjściową o wspólnym (zero) punkcie. Co więcej, dla jednego będzie negatywny, a dla drugiego pozytywny. Takie urządzenia są szeroko stosowane w PD dla radia cyfrowego.
Jak realizować podwojenie napięcia
Poniżej znajduje się diagram, który pozwala na otrzymanie na wyjściu napięcia urządzenia, dwa razy większego niż oryginał.
Charakterystyczne dla takiego urządzenia jest to, że dwa kondensatory są ładowane w różnych półokresach, a ponieważ są rozmieszczone szeregowo, w rezultacie całkowite napięcie będzie dwukrotnie większe niż „Rn” w porównaniu z wejściem.
W konwerterze z takim mnożnikiem można zastosować transformatory z niższym napięciem wtórnym.
Korzystanie ze wzmacniaczy operacyjnych
Jak wiadomo, w diodach charakterystyka prądowo-napięciowa jest nieliniowa, tworząc jednofazowy precyzyjny (precyzyjny) prostownik pełnookresowy na chipie OU, możliwe jest znaczne zmniejszenie błędu. Ponadto możliwe jest stworzenie konwertera, który pozwala ustabilizować prąd na obciążeniu. Przykład takiego urządzenia pokazano poniżej.
Na rysunku pokazano najprostszy stabilizator prądu. Zastosowana jednostka OU jest źródłem sterowanym napięciem. Ta implementacja pozwala zapewnić, że prąd na wyjściu konwertera nie zależy od utraty napięcia przy obciążeniu Rn i mostka diodowego D1-D4.
Jeśli wymagana jest stabilizacja napięcia, obwód konwertera może być nieco skomplikowany przez dodanie do niego diody Zenera. Jest połączony równolegle do pojemności wygładzającej.
Krótko o zarządzanych przetwornikach
Często konieczne jest kontrolowanie napięcia na wyjściu konwertera bez zmiany wejścia. W tym celu wykorzystanie sterowanych zaworów będzie optymalne, przykład takiej realizacji przedstawiono poniżej.
Prostownik trójfazowy
Rozważaliśmy różne implementacje jednofazowych konwerterów pełnookresowych, ale podobne urządzenia są używane dla źródeł trójfazowych. Poniżej na przykład pokazano urządzenie utworzone zgodnie ze schematem Larionowa.
Jak widać na powyższym wykresie, implementacja mostkowego obwodu między parami faz pozwala na niewielkie pulsacje na wyjściu. Dzięki temu wydajność filtrowania może być znacznie zmniejszona, a nawet bez niego.
Projektowanie
Obliczenie nawet prostego przekształtnika pełnookresowego jest trudnym zadaniem. Można go znacznie uprościć za pomocą specjalnego oprogramowania. Zalecamy, aby zatrzymać wybór w programie Electronics Workbench, który umożliwia wykonanie schematycznego modelowania analogowych i cyfrowych urządzeń elektrycznych.
Symulując w tym programie prostownik pełnookresowy, można uzyskać wizualną wizję jego działania. Wbudowane formuły pozwalają obliczyć maksymalne napięcie wsteczne dla diod, optymalną pojemność kondensatora oziębiającego itp.