Dioodsildaldi on vooluahel, mis muudab vahelduvvoolu alalisvooluks, kasutades nelja sillale paigutatud dioodi. See töötab nii positiivse kui ka negatiivse tsükli ajal, muutes selle tõhusamaks kui poollaine tüübid. See artikkel selgitab üksikasjalikult selle funktsioone, väljundpingeid, valikut, tõhusust, trafo kasutamist, pulsatsiooni juhtimist ja rakendusi.
CC4. Dioodisilla valik ja hinnangud
Dioodisilla alaldi
Dioodsilla alaldi on vooluahel, mis muudab vahelduvvoolu (AC) alalisvooluks (DC). See kasutab nelja dioodi, mis on paigutatud spetsiaalsesse kujusse, mida nimetatakse sillaks. Selle seadistuse eesmärk on tagada, et elektrivool liiguks alati ühes suunas läbi koormuse.
Vahelduvvoolus muudab vool suunda mitu korda sekundis. Sildalaldi töötab nii selle tsükli positiivse kui ka negatiivse osa ajal. See muudab selle tõhusamaks kui poollaine alaldi, mis töötab ainult tsükli ühe poole jooksul. Tulemuseks on pidev alalisvoolu voog, mida elektroonikaseadmed saavad kasutada.
Dioodsilla alaldi põhifunktsioon
Vahelduvvoolu sisendi positiivse pooltsükli ajal juhivad kaks dioodi ja lasevad voolul läbi koormuse voolata. Kui sisend lülitub negatiivsele pooltsüklile, lülituvad ülejäänud kaks dioodi sisse ja juhivad voolu läbi koormuse samas suunas. See vahelduv juhtivus tagab, et koormus saab alati ühes suunas voolava voolu, mille tulemuseks on pulseeriv alalisvoolu väljund. Kui vooluringile lisatakse kondensaator või filter, silutakse pulseeriv alalisvool, tekitades stabiilsema ja pidevama alalispinge.
Dioodsilla väljundpinged
Keskmine alalisvoolu väljund
Keskmine alalisvoolu väljundpinge, mida tähistab valem
on keskmine pinge, mida mõõdetakse kogu koormuse ulatuses pärast alaldamist. See tähistab pulseeriva väljundi efektiivset alalisvoolu taset ja aitab kirjeldada, kui palju kasutatavat alalisvoolu vooluahel vahelduvvoolust toodab.
RMS-i väärtus
RMS (ruutkeskmine) pinge arvutatakse järgmise valemi abil
RMS on meetod ekvivalentse püsipinge määramiseks, mis annab sama võimsuse kui vahelduvvoolu lainekuju. See annab realistlikuma ülevaate alaldatud signaali kütteefektist või võimsusvõimest, kuna see peegeldab seda, kui palju energiat signaal suudab aja jooksul koormusele edastada.
Tõhus alalisvool diooditilkadega
Praktilistes vooluringides ei ole päris dioodid täiuslikud ja tekitavad pingelangusi. Efektiivset alalisvoolu väljundit, arvestades neid langusi, saab väljendada järgmiselt:
Iga silla juhtiv tee hõlmab kahte dioodi ja mõlemad aitavad kaasa pingelangusele, mis vähendab tegelikku alalisvoolu väljundit.
• Ränidioodide puhul Vf ≈ 0,7 V
• Schottky dioodide puhul Vf ≈ 0,3 V
See vähendab tegelikku alalisvoolu väljundit võrreldes ideaalse juhtumiga.
Dioodisilla valik ja hinnangud
Dioodi valiku tegurid
• Edasivoolu nimiväärtus (If): Dioodi pideva voolu nimiväärtus peaks ületama maksimaalset alalisvoolu koormusvoolu. Valige ohutuse tagamiseks alati 25–50% varuga.
• Liigpingevoolu nimiväärtus (Ifsm): käivitamisel, eriti suurte filtrikondensaatorite laadimisel, seisab diood silmitsi püsivoolust mitu korda suuremate sisselülituspingetega. Kõrge Ifsm-reiting tagab, et diood ei lähe nende impulsside all rikki.
• Pöördpinge tipp (PIV): Iga diood peab vastupidise eelpinge korral vastu pidama maksimaalsele vahelduvvoolu tipptasemele. Üldreegel on valida PIV vähemalt 2–3 korda RMS-i sisendi vahelduvpingest.
• Edasipinge langus (Vf): Madalam Vf tähendab väiksemat energiakadu ja kuumenemist. Schottky dioodidel on väga madal Vf, kuid tavaliselt madalamad PIV-piirid, samas kui ränidioodid on kõrgepingerakenduste jaoks standardsed.
Sillaalaldite jaoks tavaliselt kasutatavad dioodid
| Diood / moodul | Praegune reiting | Tipppinge |
|---|---|---|
| 1N4007 | 1 A | 1000 V |
| 1N5408 | 3 A | 1000 V |
| KBPC3510 | 35 A | 1000 V |
| Schottky (1N5819) | 1 A | 40 V |
Dioodisilla efektiivsus ja soojusjuhtimine
Kahjude allikad
Täislaine sillas voolab vool korraga läbi kahe dioodi. Iga tilk on tavaliselt 0,6–0,7 V ränidioodide puhul või 0,2–0,4 V Schottky tüüpide puhul. Soojusena kaotatud koguvõimsust saab arvutada:
Kui soojust ei juhita, tõuseb ristmiku temperatuur, mis kiirendab dioodide kulumist ja võib põhjustada katastroofilise rikke.
Soojusjuhtimise strateegiad
• Kasutage madala Vf-ga seadmeid: Schottky dioodid vähendavad märkimisväärselt juhtivuskadu. Kiirtaastumisdioodid sobivad paremini kõrgsageduslike alaldite jaoks.
• Soojuse hajumise meetodid: Kinnitage dioodid või sillamoodulid jahutusradiaatorite külge. Valige sisseehitatud termoteedega metallist korpusega sillaalaldid. Tagage dioodipatjade ümber piisav PCB vase valamine.
• Süsteemitasandi jahutus: õhuvoolu ja ventilatsiooni disain korpustes. Jälgige töötemperatuuri vähendamiskõverate suhtes.
Dioodisilla ja trafo kasutamine
Mähise täielik kasutamine
Keskkraaniga alaldis juhib iga pooltsükli ajal ainult pool sekundaarmähisest, jättes teise poole kasutamata. Seevastu dioodsild kasutab mõlema pooltsükli ajal kogu sekundaarmähist, tagades trafo täieliku kasutamise ja suurema efektiivsuse.
Keskmist kraani pole vaja
Sillaalaldi suur eelis on see, et see ei vaja keskelt keeratavat trafot. See lihtsustab trafode ehitamist. Vähendab vase kasutamist ja kulusid. Muudab alaldi sobivamaks kompaktsete toiteallikate jaoks.
Trafo kasutustegur (TUF)
Trafo kasutustegur (TUF) mõõdab, kui tõhusalt trafo nimiväärtust kasutatakse:
| Alaldi tüüp | TUF-i väärtus |
|---|---|
| Tsentraalse kraaniga täislaine | 0,693 |
| Sild alaldi | 0,812 |
Dioodisilla pulsatsioon ja silumine
Ripple'i olemus
Kui vahelduvvool läbib sillaalaldi, siis nii positiivsed kui ka negatiivsed pooled alalditakse, mille tulemuseks on pidev väljund. Pinge tõuseb ja langeb iga pooltsükliga, tekitades pigem lainetuse kui täiesti tasase alalisvooluliini. Pulsatsioonisagedus on kaks korda suurem kui vahelduvvoolu sisendsagedus:
• 50 Hz vooluvõrk → 100 Hz pulsatsioon
• 60 Hz vooluvõrk → 120 Hz pulsatsioon
Lainetusteguri võrdlus
| Alaldi tüüp | Lainetuse tegur (γ) |
|---|---|
| Poollaine alaldi | 1,21 |
| Tsentraalse kraaniga täislaine | 0,482 |
| Sild alaldi | 0,482 |
Filtritega silumine
| Filtri tüüp | Kirjeldus | Funktsioon |
|---|---|---|
| Kondensaatori filter | Suur elektrolüütkondensaator on ühendatud üle koormuse. | Laeb pingetippude ajal ja tühjeneb languste ajal, siludes alaldatud lainekuju. |
| RC või LC filtrid | RC-filter kasutab takistit-kondensaatorit; LC filter kasutab induktiivpooli-kondensaatorit. | RC lisab lihtsa silumise; LC saab tõhusalt hakkama suuremate vooludega, vähendades paremini pulsatsiooni. |
| Reguleerivad asutused | Võib olla lineaarne või lülitustüüpi. | Tagab stabiilse alalisvoolu väljundi, säilitades konstantse pinge olenemata koormuse kõikumistest. |
Dioodsilla variandid ja rakendused
| Tüüp | Plussid | Miinused |
|---|---|---|
| Standardne dioodsild | Lihtne disain, odav ja laialdaselt kasutatav. | Suurem päripinge kadu (ränidioodidega kokku \~1,4 V). |
| Schottky sild | Väga madal päripinge langus (\~0,3–0,5 V dioodi kohta), kiire lülituskiirus. | Madalamad pöördpinge nimiväärtused (≤ 100 V). |
| Sünkroonsild (MOSFET-põhine) | Ülikõrge efektiivsus minimaalsete juhtivuskadudega, sobib suure vooluga konstruktsioonidele. | Vaja on keerukamat juhtimisahelat ja kõrgemat komponentide maksumust. |
| SCR/juhitav sild | Võimaldab väljundpinge faasinurga juhtimist ja toetab suurt võimsuse käitlemist. | Vajab välist päästikuahelat ja võib tekitada harmoonilisi moonutusi. |
Dioodisilla probleemid, testimine ja tõrkeotsing
Tavalised lõksud
• Dioodi vale suund - põhjustab trafo väljundi puudumise või isegi otsese lühise.
• Alamõõduline kondensaatorifilter - tulemuseks on kõrge pulsatsioon ja ebastabiilne alalisvoolu väljund.
• Ülekuumenenud dioodid - tekivad siis, kui voolutugevus või soojuse hajumine on ebapiisav.
• Halb PCB paigutus - pikad jäljed ja ebapiisav vase pindala suurendavad takistust ja kuumenemist.
Tööriistade tõrkeotsing
• Multimeeter (dioodi testirežiim): mõõdab edasiliikumise langust (~0,6–0,7 V räni puhul, ~0,3 V Schottky puhul) ja kinnitab blokeerimise tagurpidi.
• Ostsilloskoop: visualiseerib pulsatsiooni sisu, tipppinget ja lainekuju moonutusi koormusel.
• IR-termomeeter või termokaamera: tuvastab dioodide, kondensaatorite või jälgede liigse kuumenemise koormuse all.
• LCR-mõõtur: mõõdab filtrikondensaatori väärtust, et kontrollida selle lagunemist aja jooksul.
Dioodsilla rakendused
Toiteallikad
Kasutatakse raadiote, telerite, võimendite ning filtrikondensaatorite ja regulaatoritega seadmete vahelduvvoolu-alalisvoolu toites.
Akulaadijad
Kasutatakse autolaadijates, inverterites, UPS-ides ja avariituledes, et pakkuda akudele juhitavat alalisvoolu.
LED-draiverid
Teisendage vahelduvvool alalisvooluks LED-pirnide, paneelide ja tänavavalgustite jaoks, vähendades kondensaatorite ja draiveritega virvendust.
Mootori juhtimine
Sujuva töö tagamiseks varustage ventilaatorite, väikeste mootorite, HVAC-i ja tööstuslike kontrollerite alalisvoolu.
Järeldus
Dioodsilla alaldi on usaldusväärne viis vahelduvvoolu alalisvooluks muundamiseks. Kasutades täielikku vahelduvvoolutsüklit ja vältides vajadust keskmise kraani järele, tagab see stabiilse alalisvoolu. Õige dioodivaliku, soojuse reguleerimise ja filtreerimisega tagab see tõhusa jõudluse toiteallikates, laadijates, valgustussüsteemides ja mootori juhtimises.
Korduma kippuvad küsimused [KKK]
Mis on ühefaasilistel ja kolmefaasilistel silalalditel?
Ühefaasiline kasutab ühe vahelduvvoolu sisendi jaoks 4 dioodi; kolmefaasiline kasutab 6 dioodi kolme sisendiga, mis annavad sujuvama alalisvoolu ja vähem pulsatsiooni.
Kas silalaldi võib töötada ilma trafota?
Jah, kuid see on ohtlik, kuna alalisvoolu väljund pole vooluvõrgust isoleeritud.
Mis juhtub, kui üks sillaalaldi diood ebaõnnestub?
Lühisdiood võib kaitsmed läbi põleda või trafot kahjustada; Avatud diood paneb vooluringi toimima nagu suure pulsatsiooniga poollaineline alaldi.
Mis on maksimaalne sagedus, mida dioodsild suudab taluda?
Standardsed dioodid töötavad kuni mõne kHz-ni; Schottky ehk kiirtaastumisdioodid käitlevad kümneid kuni sadu kHz.
Kas sillaalaldiid saab paralleelselt ühendada, et saada rohkem voolu?
Jah, kuid nad vajavad tasakaalustamismeetodeid, nagu jadatakistid; vastasel juhul võib vool voolata ebaühtlaselt ja dioodid üle kuumeneda.