Penyearah titik tengah gelombang penuh

Jika kita berbicara tentang penyearah dioda fase tunggal secara umum, maka penyearah gelombang penuh titik tengah memungkinkan Anda mendapatkan kerugian yang lebih rendah pada dioda itu sendiri, karena hanya ada dua dioda.

Selain itu, biasanya penyearah seperti itu digunakan pada perangkat tegangan rendah di mana arus melalui dioda sangat penting, oleh karena itu, dalam aspek ini, rangkaian titik tengah gelombang penuh lebih menguntungkan, karena kehilangan energi dalam dioda sebanding dengan kuadrat. dari nilai rata-rata arus yang mengalir melaluinya.

Dan ketika Anda mempertimbangkan ketersediaan dan kualitas Dioda Schottky (penurunan tegangan maju rendah) yang tersedia secara luas di pasaran saat ini, pilihan yang mendukung sirkuit titik tengah sudah jelas.

Dan jika kita berbicara tentang konverter pulsa-trafo dengan trafo push-pull (jembatan, setengah jembatan, push-pull) yang beroperasi pada frekuensi yang jauh lebih tinggi daripada frekuensi jaringan biasa, maka hanya rangkaian penyearah dengan titik tengah yang tersisa dan tidak ada lainnya.

Namun, dalam artikel ini kami akan fokus pada perhitungan penyearah sehubungan dengan frekuensi saluran rendah 50 Hz, di mana arus yang diperbaiki adalah sinusoidal.

Pertama-tama, perlu dicatat bahwa dalam penyearah, yang dibangun sesuai dengan skema ini, mengharuskan kita untuk memiliki transformator dengan dua belitan sekunder yang identik atau dengan satu belitan sekunder, tetapi dengan keluaran di tengah (yang pada dasarnya sama).

Tegangan yang diperoleh secara seri dari setengah belitan transformator semacam itu sebenarnya adalah dua fase sehubungan dengan titik tengah, yang bertindak sebagai titik nol selama perbaikan, karena dua EMF sama besarnya tetapi berlawanan arah terbentuk di sini. Artinya, tegangan pada terminal ujung belitan sekunder transformator, yang timbul setiap saat operasinya, digeser fasa sebesar 180 derajat.

Terminal berlawanan dari belitan w21 dan w22 dihubungkan ke anoda dioda VD1 dan VD2, sedangkan tegangan u21 dan u22 yang diterapkan ke dioda berada dalam antifase.

Oleh karena itu, dioda mengalirkan arus secara bergantian - masing-masing selama setengah siklus tegangan suplai: selama satu setengah siklus, anoda dioda VD1 memiliki potensi positif dan arus i21 mengalir melaluinya, melalui beban dan melalui koil (semi-koil) w21, sedangkan dioda VD2 dalam kondisi bias terbalik, dikunci, sehingga tidak ada arus yang mengalir melalui setengah koil w22.

Selama setengah siklus berikutnya, anoda dioda VD2 memiliki potensi positif dan arus i22 mengalir melaluinya, melalui beban dan melalui kumparan (semi-koil) w22, sedangkan dioda VD1 berada dalam keadaan bias balik, terkunci, oleh karena itu arus tidak mengalir melalui setengah kumparan w21.

Hasil yang dicapai adalah arus mengalir melalui beban selalu dalam arah yang sama, yaitu arus diperbaiki. Dan masing-masing bagian dari belitan sekunder trafo ternyata dibebani hanya untuk setengah periode dua. Untuk transformator, ini berarti bahwa magnetisasi tidak pernah terjadi dalam rangkaian magnetiknya karena gaya gerak magnet dari komponen DC arus belitan diarahkan berlawanan.

Mari kita tunjukkan tegangan efektif antara titik tengah dan terminal jauh dari salah satu belitan setengah sebagai U2. Kemudian diperoleh tegangan rata-rata Ud yang diperbaiki antara titik tengah belitan sekunder dan titik sambungan katoda dioda Dalam hal ini, nilai rata-rata tegangan pada beban adalah:

Kita melihat bahwa nilai rata-rata dari tegangan yang diperbaiki terkait dengan nilai rms dengan cara yang sama dengan nilai rata-rata arus yang terkait dengan nilai rms dari arus dengan tegangan sinusoidal yang tidak diperbaiki.

Nilai rata-rata arus beban ditemukan dengan rumus (di mana Rd adalah resistansi beban):

Dan karena arus mengalir melalui dioda secara seri, Anda sekarang dapat menemukan arus rata-rata setiap dioda dan amplitudo arus untuk setiap dioda. Saat memilih dioda untuk penyearah seperti itu, penting untuk memperhatikan fakta bahwa arus maksimum yang diijinkan dari dioda sedikit lebih tinggi dari nilai yang ditetapkan menurut rumus ini:

Saat merancang penyearah titik tengah gelombang penuh, penting juga untuk diingat bahwa tegangan balik yang diterapkan pada dioda yang terkunci sementara dioda lainnya sedang melakukan mencapai dua kali amplitudo tegangan setengah kumparan.Oleh karena itu, tegangan balik maksimum untuk dioda yang dipilih harus selalu lebih besar dari nilai ini:

Ketika tegangan keluaran (diperbaiki) Ud ditentukan, maka nilai efektif tegangan U2 dari belitan setengah belitan sekunder akan dikaitkan dengannya sebagai berikut (bandingkan dengan rumus pertama):

Selain itu, ketika merancang penyearah dan menyetel tegangan keluaran rata-rata Ud untuk diperoleh di bawah beban, perlu ditambahkan penurunan tegangan maju melintasi dioda Uf (diberikan dalam dokumentasi dioda). Mengalikan setengah arus beban rata-rata dengan penurunan tegangan maju melintasi dioda memberi kita jumlah daya yang pasti harus dihamburkan di masing-masing dari dua dioda sebagai panas:

Saat memilih dioda, penting untuk mempertimbangkan hal ini, untuk menilai kemampuan rumahan dioda, apakah dapat menghabiskan begitu banyak daya dan tidak gagal pada saat yang bersamaan. Jika perlu, Anda perlu membuat perhitungan termal tambahan terkait pemilihan heatsink yang akan dipasang dioda ini.