Выпрямитель со средней точкой характерные диаграммы

7. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой трансформатора

Напряжения вторичных обмоток трансформатора U₂₁, U₂₂ сдвинуты по фазе относительно средней точки на 180°. Если потенциал анода VD1 положительный, то он открыт,а VD2 – закрыт. При изменении полярности VD1 – закрывается, VD2 – открывается. В нагрузке ток i_н имеет одинаковое направление в оба полупериода.. К закрытому диоду приложено

Недостаток: плохо используется 2-ая обмотка трансформатора (работает лишь одна половина).

Применяется для устройств малой мощности.

8. Мостовая схема выыпрямления однофозного переменного тока. Работа. Временные диаграммы. Расчёт. Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Основным элементом выпрямителей является полупроводниковый диод. Различают однофазные и многофазные выпрямители. Из однофазных выпрямителей наиболее широко применяет­ся мостовая схема, состоящая из четырех диодов (рис. 2)

Два диода (V₁ , V₃ ) образуют катодную группу, другие два диода (V₂ ;V₄) — анодную группу. Провода, соединяющие разноименные электроды, являются входом выпрямителя, а провода, соединяющие одноименные электроды — выходом.

Из диодов катодной группы вступает в работу тот диод, на аноде которого наиболее высокий положительный потенциал, из анодной группы — диод, у которого на катоде находится отрицательный потенциал. Этот принцип справедлив для всех схем выпрямителей. Пусть в течении полупериода (t₁ — t₂) синусоидального напряжения U₂ потенциал у точки «а» положительный, а «в» -отрицательный. Тогда диоды V₁и, V₄ окажутся открытыми, а V₃ и V₂ — закрытыми ,и ток через приемник R_h протекает по цепи: точка'»а»- V₁ — R_h — V₄ — точка «в». В другой полупериод (t₂ – t₃) потенциалы в точках «а» и «в» изменяются на противоположные,’ соответственно меняется и состояние диодов. Ток протекает по цепи: точка «в» — «- V₃ — R_h – V₂ — точка «а*. В результате при переменном напряжении на входе ток через приемник протекает в одном направлении, причем «+»выпрямителя отнимается с катодной группы, а «-» анодной.

Из анализа временных диаграмм (рис)видно, что:

9. Трехфазный однократный выпрямитель. Работа. Временные диаграммы.

Различают неуправляемые и управляемые выпрямительные уст­ройства. В неуправляемых выпрямительных устройствах для преобра­зования синусоидального тока в постоянный применяются полупро­водниковые диоды, в управляемых выпрямительных устройствах.

В трехфазных выпрямителях чаще применяется полумостовая и мостовая схемы (рис. 3,4).

В полумос­товой схеме име­ется только катод­ная группа. Входом выпрямителя являют­ся аноды диодов, а выходом — элек­троды катодной группы ( + ) и нейтральная точка трансформато­ра ( — ).

В полумос­товой схеме име­ется только катод­ная группа. Входом выпрямителя являют­ся аноды диодов, а выходом — элек­троды катодной группы ( + ) и нейтральная точ-ка трансформато­ра (‘»- ).

В момент времени t₁ на аноде диода V1 окажется самый вы­сокий потенциал от фазы α (см. рис. 3,6) поэто­му он откроется. Через открытый диод V1 этот вы­сокий потенциал попадает на като­ды соседних дио­дов V2 и V3 и переводит их в за­крытое состояние. Такое состояние сохраняется в те­чение 1/3 периода ( τ₁-τ₂ ), при этом приемник по­лучает питание от фазы «а» и находится под фазным напряжением. В момент вре­мени t₂ происходит коммутация (переключение) диодов VI на VI и питание к приемнику поступает от фазы «в» и т.д. Таким образом происходит автоматическое подключение при­емника к тем фазам источника, на которых имеется самое высокое положительное напряжение. Из анализа временных диа­грамм следует, что в проводящем состоянии диода 1пр = Iн /3 а при закрытом диод находится под линейным напряжением, при этом наибольшее значение U обр. = U_Amax =√ЗUф.max =2,34 U₂

На рис. 10.14, а показана схема трехфаз­ного выпрямителя. В каждый данный момент времени ток проводит только тот диод, который соединен с выводе той вторичной обмотки трехфазного тран­сформатора (a, b или с), напряжение на которой (и_а, и_ь или и_с) положительное и наибольшее. Кривая изменения вы­прямленного напряжения и_н совпадает с огибающей положительных полуволн напряжений вторичных обмоток (рис. 10.14,5).

Выпрямитель со средней точкой характерные диаграммы

Основные определения, термины
и понятия по военно-технической подготовке

• Военно-техническая подготовка
• Тактитка зенитных ракетных войск
• Боевое применение зенитного ракетного комплекса

1.7. Выпрямители

Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

1.7.1. Однополупериодный выпрямитель.

Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами ёмкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 кГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями ёмкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения.

Однополупериодный выпрямитель или четвертьмост является простейшим выпрямителем и включает в себя один вентиль (диод или тиристор).

Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равно нулю. Среднее значение переменного тока по отношению к подведенному действующему составит:

Рис 1. Двухполупериодный выпрямитель с сглаживающим ёмкостным фильтром.

При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствие нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, например, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, (в отсутствие нагрузки), будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, (но не ниже величины средневыпрямленного напряжения переменного тока, если внутреннее сопротивление трансформатора — источника переменного тока — принять равным нулю) и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора.

Соответственно, выбор величины переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора, должен строиться исходя из максимальной допустимой величины подаваемого напряжения, а ёмкость сглаживающего конденсатора — должна быть достаточно большой, чтобы напряжение под нагрузкой не снизилось меньше минимально допустимого. На практике также учитывается неизбежное падение напряжения под нагрузкой — на сопротивлении проводов, обмотке трансформатора, диодах выпрямительного моста, а также возможное отклонение от номинального величины питающего трансформатор напряжения электрической сети.

Рис 2. Входное переменное напряжение (жёлтого цвета) и постоянное выходное напряжение однополупериодного выпрямителя с фильтрующей ёмкостью.

Следует отметить, что в выпрямителях с сглаживающим конденсатором диоды открываются не на весь полупериод напряжения, а на короткие промежутки времени, когда мгновенное значение переменного напряжения превышает постоянное напряжение на фильтрующем конденсаторе (т. е. в моменты вблизи максимумов синусоиды). Поэтому протекающий через диоды (и обмотку трансформатора) ток представляет собой короткие мощные импульсы сложной формы, амплитуда которых значительно превышает средний ток, потребяемый нагрузкой выпрямителя. Этот факт следует учитывать при расчёте трасформатора (вариант расчёта для работы не на активную нагрузку, а на выпрямитель с ёмкостным фильтром), и принимать меры для подавления возникающих импульсных помех.

1.7.3. Мостовая схема выпрямления переменного тока.

Диодный мост — электрическая схема, предназначенная для преобразования («выпрямления») переменного тока в пульсирующий.

На вход (Input) схемы подаётся переменное напряжение (обычно, но не обязательно синусоидальное). В каждый из полупериодов ток проходит только через 2 диода, 2 других — заперты:

Рис 3. Выпрямление положительной полуволны

Рис 4. Выпрямление отрицательной полуволны

Рис 5. Анимация принципа работы

В результате, на выходе (DC Output) получается напряжение, пульсирующее с частотой, вдвое большей частоты питающего напряжения:

Рис 6. Красным — исходное синусоидальное напряжение , зелёным — однополупериодное выпрямление (для сравнения), синим — рассматриваемое двухполупериодное

Преимущества

• Двухполупериодное выпрямление с помощью моста (по сравнению с однополупериодным) позволяет:
• Получить на выходе напряжение с повышенной частотой пульсаций, которое проще сгладить фильтром на конденсаторе.
• Избежать постоянного тока подмагничивания в питающем мост трансформаторе.
• Увеличить его КПД, что позволяет сделать его магнитопровод меньшего сечения.

Недостатки

• Происходит двойное падение напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямлением (прямое напряжение диода × 2 ≈ 1 В), это иногда нежелательно в низковольтных схемах. Частично этот недостаток может быть преодолен за счет использования диодов Шоттки с малым падением напряжения.
• При перегорании одного из диодов схема превращается в однополупериодную, что может быть не замечено вовремя, и в устройстве появится скрытый дефект.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой — это схема выпрямления переменного тока, в которой используется трансформатор с двумя вторичными обмотками или одной обмоткой с центральным выводом. Каждая половина вторичной обмотки соединена с диодом, а нагрузка подключена между общим выводом трансформатора и общими анодами диодов.

Принцип работы такого выпрямителя заключается в том, что в каждом полупериоде входного синусоидального напряжения один из диодов открывается, а другой закрывается, пропуская ток через нагрузку в одном направлении. Таким образом, на выходе получается двухполупериодное выпрямленное напряжение, имеющее частоту, в два раза большую, чем частота входного напряжения.

Если говорить об однофазных диодных выпрямителях в общем, то двухполупериодный выпрямитель со средней точкой позволяет получить меньшие потери на самих диодах, так как диодов здесь всего два.

К тому же, обычно, подобные выпрямители используются в низковольтных устройствах, где ток через диоды существенен. Следовательно и по данному аспекту двухполупериодная схема со средней точкой более выгодна, поскольку потери энергии на диодах пропорциональны квадрату средней величины протекающего через них тока.

И если учесть доступность и качество диодов Шоттки (с низким прямым падением напряжения), широко представленных на современном рынке, то выбор в пользу схемы со средней точкой очевиден.

А если речь заходит о двухтактных трансформаторных импульсных преобразователях (мостовых, полумостовых, push-pull), работающих на частотах сильно превышающих обычную сетевую, то здесь только и остается схема выпрямителя со средней точкой и никакая другая.

Однако в данной статье мы остановимся на рассмотрении расчета выпрямителя применительно к низкой сетевой частоте 50 Гц, где выпрямляемый ток является синусоидальным.

Прежде всего необходимо отметить, что в выпрямитель который строится по данной схеме, обязывает нас иметь трансформатор с двумя одинаковыми вторичными обмотками, либо с одной вторичной обмоткой, но имеющей вывод посередине (что по сути одно и то же).

Напряжение, получаемое поочередно с полуобмоток такого трансформатора, является фактически двухфазным относительно средней точки, которая выступает нулевой точкой при выпрямлении, поскольку здесь формируются две ЭДС, равные друг другу по величине, но противоположные по направлению. То есть напряжения на крайних выводах вторичной обмотки трансформатора, возникающие в каждый момент его работы, сдвинуты по фазе на 180 градусов.

Противоположные крайние выводы обмоток w21 и w22 подключаются к анодам диодов VD1 и VD2, при этом напряжения u21 и u22, прикладываемые к диодам, находятся в противофазе.

Поэтому диоды проводят ток по очереди — каждый в течение своего полупериода напряжения питания: в течение одного полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD1, и ток i21 течет через него, через нагрузку и через обмотку (полуобмотку) w21, при этом диод VD2 находится в обратносмещенном состоянии, он заперт, поэтому и ток через полуобмотку w22 не течет.

В течение следующего полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD2, и ток i22 течет через него, через нагрузку и через обмотку (полуобмотку) w22, при этом диод VD1 находится в обратносмещенном состоянии, он заперт, поэтому и ток через полуобмотку w21 не течет.

Достигаемый результат заключается в том, что через нагрузку ток течет всегда в одном и том же направлении, то есть ток оказывается выпрямленным. И каждая из половин вторичной обмотки трансформатора получается нагружена лишь в течение одного полупериода из двух. Для трансформатора это означает, что в его магнитопроводе никогда не наступает подмагничивания, так как магнитодвижущие силы постоянных составляющих токов обмоток направлены встречно.

Обозначим действующее напряжение между средней точкой и дальним выводом любой из полуобмоток как U2. Тогда среднее выпрямленное напряжение Ud получается между средней точкой вторичной обмотки и точкой соединения катодов диодов. В этом случае среднее значение напряжения на нагрузке будет равно:

Видим, что среднее значение выпрямленного напряжения соотносится с действующим значением так же, как среднее значение тока соотносится с действующим значением тока при невыпрямленном синусоидальном напряжении.

Среднее значение тока нагрузки находится по формуле (где Rd – сопротивление нагрузки):

А поскольку ток через диоды течет поочередно, то теперь можно найти средний ток каждого диода и амплитуду тока для каждого диода. Выбирая диод для такого выпрямителя, важно обратить внимание на то, чтобы максимально допустимый ток диода был несколько больше найденного по данной формуле значения:

При проектировании двухполупериодного выпрямителя со средней точкой также важно не забывать о том, что обратное напряжение, прикладываемое к запертому диоду в то время когда другой диод проводит ток, достигает двойной амплитуды напряжения полуобмотки. Поэтому максимальное обратное напряжение для выбираемого диода всегда должно быть больше чем данная величина:

Когда выходное (выпрямленное) напряжение Ud является заданным, то действующее значение напряжения U2 на вторичной полуобмотке будет соотноситься с ним следующим образом (сравните с самой первой формулой):

Кроме того, проектируя выпрямитель и задавая среднее выходное напряжение Ud, которое должно быть получено на нагрузке, необходимо прибавить к нему прямое падение напряжения на диоде Uf (оно приводится в документации на диод). Умножив половину среднего тока нагрузки на значение прямого падения напряжения на диоде, получим величину мощности, которая неизбежно должна будет рассеиваться на каждом из двух диодов в форме тепла:

Выбирая диоды важно это учесть, оценить возможности корпуса диода, сможет ли он рассеять столько мощности и не выйти при этом из строя. При необходимости придется произвести дополнительные тепловые расчеты касательно подбора радиаторов, к которым будут прикреплены данные диоды.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Выпрямитель со средней точкой характерные диаграммы

Выпрямители

Назначение выпрямителя

Выпрямители используются для превращения переменного напряжения в постоянное. Их схемотехника состоит в том, чтобы направить входной переменный ток таким образом, чтобы через выходную нагрузку он протекал только в одном направлении. Выпрямители бывают пассивные и активные. В пассивных выпрямителях используются приборы с односторонней проводимостью – диоды. В активных выпрямителях используются электронные коммутационные элементы (MOSFET, IGBT, биполярные), включаемые по определенному алгоритму с синхронизацией с полярностью входного напряжения. Поэтому они часто называются синхронными выпрямителями.

Часто выпрямитель устанавливается сразу после трансформатора. Это справедливо как для низкочастотных, так и для высокочастотных схем. Поэтому схемотехника выпрямителей будет представлена в связке с трансформатором и пока только с резистивной нагрузкой.

Однополупериодный выпрямитель

Самая простая схема выпрямления (рисунок RECT.1). Всего один диод. В течение положительной полуволны диод открыт и напряжение прикладывается к нагрузке. Соответственно через нагрузку течет ток. Во время отрицательной полуволны диод закрыт, и ток через нагрузку не протекает. В результате максимальная амплитуда напряжения на нагрузке V_R меньше амплитуды входного переменного напряжения V_A на величину V_F – прямого падения напряжения на диоде:

Выходное напряжение имеет форму полусинусоидальных волн (рисунок RECT.2) чередующихся паузами длительностью полпериода. Трансформатор нагружен только в периоды прямой проводимости диода. Максимальное напряжение на диоде равно удвоенному входному максимальному напряжению 2V_A.

— только один диод, минимальная сложность схемы, минимальная стоимость выпрямления;

— высокие пульсации напряжения в нагрузке;

— подмагничивание сердечника трансформатора, неравномерная нагрузка на сеть (относится к низкочастотным трансформаторам, и импульсным двухтактным схемам) вследствие того, что мощность потребляется только в течение половины периода.

— в обратноходовых и прямоходовых однотактных преобразователях;

— в дополнительных цепях питания, имеющих существенном меньшую нагрузку по сравнению с основной.

Мостовой выпрямитель

Наиболее распространенная двухполупериодная схема выпрямления (рисунок RECT.3).Четыре диода, включенные таким образом, что работают попеременно. В течение положительного полупериода ток проводят диоды VD2 и VD3, в течение отрицательного – VD1 и VD4. Таким образом, мостовой выпрямитель обеспечивает подключение нагрузки к источнику в течение всего периода переменного напряжения. Выходное напряжение имеет форму полусинусоидальных волн, следующих друг за другом (рисунок RECT.4). Амплитуда напряжения на нагрузке меньше амплитуды входного переменного напряжения на величину 2V_F – сумму падения напряжения на диодах, поскольку в мостовой схеме ток проходит через два диода:

Именно поэтому применение мостовой схемы нецелесообразно при низких входных напряжениях (менее 12-15 В) поскольку «все упадет» на диодах.

Максимальное напряжение на диодах равно единичному входному максимальному напряжению V_A.

— малые пульсации напряжения в нагрузке;

— обеспечивает симметричную нагрузку трансформатора (без подмагничивания);

— нет необходимости в использовании хитрого трансформатора со средней точкой.

— четыре диода, определенная сложность схемы,

— высокий относительный уровень потерь (низкий КПД) при малом входном напряжении.

— в выходных выпрямителях двухтактных преобразователей при высоком выходном напряжении (более 15 В);

— в схемах с низкочастотным трансформатором;

— во входной цепи преобразователей с бестрансформаторным входом;

— в дополнительных цепях питания.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой трансформатора

Основная схема выпрямления для малых выходных напряжений (12 В и менее). Особенность схемы состоит в использовании фактически двух выходных обмоток трансформатора, соединённых вместе так, чтобы напряжение на выводах обмоток относительно общей точки было противоположно по фазе (рисунок RECT.5). При этом в течение одного полупериода «работает» обмотка «1» с диодом VD1, а в другом полупериоде «работает» обмотка «2» с диодом VD2. При этом «полусинусоиды» поочередно складываются в результирующее напряжение на нагрузке, имеющее форму полуволн следующих друг за другом, как в мостовом преобразователе (рисунок RECT.6). Амплитуда напряжения на нагрузке меньше амплитуды входного переменного напряжения на величину V_F – прямого падения напряжения на диоде:

В некотором роде этот выпрямитель представляет собой два однополупериодных выпрямителя включенных параллельно друг другу, но питающихся от обмоток находящихся в противофазе. Максимальное напряжение на диодах равно удвоенному входному максимальному напряжению 2V_A.

— малые пульсации напряжения в нагрузке;

— обеспечивает симметричную нагрузку трансформатора (без подмагничивания);

— всего два диода, меньше в двухполупериодных схемах не бывает;

— высокая энергетическая эффективность, в том числе при малых выходных напряжениях.

— использование хитрого трансформатора с отводом от средней точки или соединенных двух обмоток, кроме этого габаритная мощность трансформатора должна быть выше по сравнению с мостовой схемой;

— два диода, сравнительная сложность схемы подключения вследствие необходимости соблюдать фазировку обмоток трансформатора;

— высокий относительный уровень потерь (низкий КПД) при малом входном напряжении.

— в выходных выпрямителях двухтактных преобразователей, в том числе при низком выходном напряжении (более 15 В);

— в схемах с низкочастотным трансформатором;

— в сильноточных и низковольтных цепях.

В реальности амплитуды напряжений обмоток (и их мощности) могут несколько отличаться друг от друга. Это необходимо контролировать экспериментально.

Работа выпрямителей совместно с конденсатором фильтра

Как правило, выпрямители работают в связке с конденсатором фильтра выполняющим функцию буферного накопителя энергии и сглаживающим пульсации напряжения. Эта схема включения выпрямителей имеет свои особенности. Об этом ниже.

Однополупериодный выпрямитель с конденсатором фильтра

Каждый из циклических периодов работы схемы однополупериодного выпрямителя с конденсатором фильтра можно условно разделить на два интервала (рисунок RECT.8):

I – в течение первого интервала когда напряжение источника превышает текущее значение напряжения на конденсаторе, диод находится в прямом смещении и проводит ток который подзаряжает конденсатор фильтра.

II – в течение второго интервала, который начинается когда напряжение источника становится меньше напряжения на только что подзаряженном конденсаторе фильтра, при этом к диоду приложено обратное напряжение и он не проводит ток. В этом интервале напряжение на фильтрующем конденсаторе плавно уменьшается в результате разряда током нагрузки. Величина обратного напряжения приложенного к диоду складывается из напряжения на конденсаторе V_C и напряжения источника (обратная полуволна). Таким образом, в точке максимума к диоду фактически прикладывается удвоенное напряжение источника.

Резюме: Подзаряд конденсатора фильтра происходит только один раз в течение всего периода. К диоду прикладывается удвоенное напряжение питания выпрямителя.

Мостовой выпрямитель с конденсатором фильтра

В данном случае каждый из циклических периодов работы схемы однополупериодного выпрямителя с конденсатором фильтра можно условно разделить на четыре интервала (рисунок RECT.10):

I – в течение первого интервала текущее значение напряжения источника (положительная полуволна) превышает напряжение на конденсаторе, диоды VD2, VD3 в открыты прямом смещении и ток источника подзаряжает конденсатор фильтра. При этом к диодам VD1, VD4 прикладывается обратное напряжение равное V_A (которое в этот период достигает своего максимума):

V_F – прямого падения напряжения на диоде.

II – в течение второго интервала, который начинается когда напряжение источника становится меньше напряжения на подзаряженном конденсаторе фильтра к диодам VD2, VD3прикладывается запирающее напряжение. В этот период все диоды моста находятся в закрытом состоянии и напряжение между ними перераспределятся по закону (рисунок RECT.10):

Напряжение на фильтрующем конденсаторе V_C плавно уменьшается в результате разряда током нагрузки.

III – в течение третьего интервала в момент когда напряжение отрицательной полуволны превышает напряжение на конденсаторе, другая пара диодов VD1, VD4 открывается и снова подзаряжается конденсатор фильтра. При этом уже к другой паре диодов VD2, VD3 прикладывается обратное напряжение равное V_A (которое в этот период достигает своего максимума).

IV – в течение четвертого интервала, который начинается когда напряжение источника становится меньше напряжения на подзаряженном конденсаторе фильтра к диодам VD2, VD3прикладывается запирающее напряжение. В этот период все диоды моста находятся в закрытом состоянии и напряжение между ними перераспределятся по закону (рисунок RECT.10):

В течение интервала напряжение на фильтрующем конденсаторе плавно уменьшается в результате разряда током нагрузки.

Резюме: Подзаряд конденсатора фильтра происходит два раза в течение всего периода. Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к диоду равно амплитуде напряжения питания выпрямителя.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой с конденсатором фильтра

Аналогично мостовому выпрямителю каждый из циклических периодов работы схемы однополупериодного выпрямителя с конденсатором фильтра можно условно разделить на четыре интервала (рисунок RECT.12):

I – в течение первого интервала текущее значение напряжения V_A1 верхней обмотки превышает напряжение на конденсаторе, диод VD1 в открыт и к конденсатор фильтра подзаряжается. При этом диоду VD2 прикладывается обратное напряжение сумме напряжений обмотки трансформатора V_A2 (которое в этот период достигает своего максимума) и напряжения на конденсаторе V_C:

II – в течение второго интервала, который начинается когда напряжение на верхней обмотке становится меньше напряжения на подзаряженном конденсаторе фильтра C_F к диоду VD1 прикладывается запирающее напряжение. В этот период оба диода находятся в закрытом состоянии и напряжение между ними перераспределятся по закону (рисунок RECT.12):

В течение интервала напряжение на конденсаторе фильтра плавно уменьшается в результате разряда током нагрузки.

III – в течение третьего интервала аналогично интервалу I когда текущее значение напряжения V_A2 верхней обмотки превышает напряжение на конденсаторе, диод VD2открывается и конденсатор фильтра подзаряжается. К диоду VD1 прикладывается обратное напряжение сумме напряжений обмотки трансформатора V_A1 (которое в этот период достигает своего максимума) и напряжения на конденсаторе V_C:

IV – в течение четвертого интервала, который начинается когда напряжение на нижней обмотке V_A2 становится меньше напряжения на подзаряженном конденсаторе фильтра к диоду VD2 прикладывается запирающее напряжение. В этот период оба диода находятся в закрытом состоянии и напряжение между ними перераспределятся по закону (рисунок RECT.12):

В течение интервала напряжение на конденсаторе фильтра плавно уменьшается в результате разряда током нагрузки.

Резюме: Подзаряд конденсатора фильтра происходит два раза в течение всего периода. Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к диоду равно удвоенной амплитуде напряжения на обмотке V_A1, V_A2.

Расчет емкости конденсатора при заданном уровне пульсаций напряжения на выходе мостового выпрямителя с конденсатором фильтра

Напряжение на входе и выходе мостового выпрямителя имеет вид, представленный на рисунке RECT.13 [Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. Бас А.А., Миловзоров В.П., Мусолин А.К. М.: Радио и Связь, 1987. 160 с.]. Там же представлены формы импульсов тока через диоды и тока нагрузки.

Видно, что энергия, запасаемая в конденсаторе фильтра передается в нагрузку в течение времени:

θ – угол в радианах (часть периода) в течение которого осуществляется заряд конденсатора.

Количество переданной энергии равно:

P – мощность, потребляемая нагрузкой.

С другой стороны, количество переданной энергии также равно:

V_{C_max} – максимальное напряжение на конденсаторе фильтра;

ΔV_С – абсолютные значения пульсаций напряжения на конденсаторе фильтра;

C_f – емкость конденсатора фильтра.

Приравнивая эти выражения для количества переданной энергии получим:

То можно выразить емкость конденсатора, обеспечивающую заданный уровень пульсаций:

или в другом виде:

При малом уровне пульсаций можно полагать, что:

I_{load_rms} – среднеквадратичное значение тока нагрузки;

V_{out_ rms} – среднеквадратичное значение напряжения на нагрузке.

Или сокращая множители в числителе и знаменателе получаем выражения для расчета емкости конденсатора фильтра С_f обеспечивающий заданный уровень пульсаций ΔV_С (при условии синусоидальной форме напряжения):

V_{C_max} – максимальное напряжение на конденсаторе фильтра;

ΔV_С – абсолютные значения пульсаций напряжения на конденсаторе фильтра;

I_{load_rms} – действующее (среднеквадратичное) значение тока нагрузки;

Здесь максимальное напряжение на конденсаторе фильтра V_{C_max} меньше амплитуды входного переменного напряжения V_A на величину падения напряжения на выпрямителе V_rect:

Соотношения для расчета емкости конденсатора для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой с конденсатором фильтра аналогично.

Расчет амплитуды импульсов тока при заданном уровне пульсаций напряжения на выходе мостового выпрямителя с конденсатором фильтра

Оценим амплитуду импульсов тока через диоды мостового выпрямителя.

Длительность импульса тока Δt_θ составляет:

Принимаем, что амплитуда пульсаций тока незначительна и ток через нагрузку можем считать постоянным и равным среднему току нагрузки I_{load_avg}, тогда заряд, протекающий через нагрузку в течение половины периода равен:

Форма импульсов тока через выпрямительные диоды хорошо аппроксимируется треугольником с высотой равной амплитудному значению тока I_{VD_max} и шириной основания равной длительности Δt_θ . Тогда заряд, протекающий через диоды за полупериод равен:

Из равенства электрического заряда проходящего через диоды полумоста Q_VD и заряда проходящего через нагрузку Q_load в течение полупериода следует соотношение:

Откуда следует выражение для определения амплитуды импульсов тока:

Подставляя в которое выражение для длительности импульса тока Δt_θ получаем:

V_{C_max} – максимальное напряжение на конденсаторе фильтра;

ΔV_С – абсолютные значения пульсаций напряжения на конденсаторе фильтра;

I_{load_avg} – среднее значение тока нагрузки;

Расчет по данным соотношениям имеет погрешность порядка 20-30 % (но в большую сторону, то есть с запасом).

Соотношения для расчета пульсаций напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя со средней точкой с конденсатором фильтра аналогично.