Как выбрать мостовой выпрямитель
Мостовые выпрямители присутствуют на рынке уже много десятилетий. Очень часто переход от дискретных диодов к интегральным мостовым выпрямителям является следствием необходимости компромисса между габаритами и стоимостью, или другими параметрами. В некоторых случаях компактные размеры и простота монтажа (вместо четырех компонентов на плату устанавливается всего один) являются критически важными параметрами, а в других случаях нет. Кроме того, применять интегральные мостовые выпрямители возможно только при условии, что уровень потребляемой мощности позволяет это сделать. В настоящей статье мы будем полагать, что выбор между дискретными диодами и интегральным выпрямителем сделан в пользу интегрального выпрямителя.
Итак, мы решили использовать интегральный выпрямитель. Какие электрические и механические характеристики необходимо учитывать при выборе конкретной модели выпрямителя, и о каких дополнительных особенностях должен помнить разработчик? В этой статье мы определим самые важные параметры выпрямителей, рассмотрим существующие варианты и дадим некоторые рекомендации того, как следует анализировать характеристики выпрямителей, а также оценивать их качество и стоимость.
Габариты, корпус и мощность
Существуют трехфазные и однофазные мостовые выпрямители, применяемые в соответствующих приложениях. При необходимости можно использовать несколько однофазных мостовых выпрямителей в многофазном приложении. Исходными данными при выборе конкретной модели выпрямителя являются уровень требуемой мощности и площадь свободного места на печатной плате. Эти параметры будут определять габариты и корпусное исполнение выпрямителя.
Как правило, выпрямители, предназначенные для поверхностного монтажа, используются в приложениях с потребляемой мощностью до 70 Вт. Если требуется более высокая мощность, следует выбирать выводные модели с монтажом в отверстия. Выпрямители с SIP-корпусом перекрывают диапазон мощностей 70…1000 Вт.
Для устройств мощностью более 1000 Вт используют выпрямители с клеммными выводами или выпрямители, предназначенные для проводного монтажа.
Выпрямители c клеммными выводами могут устанавливаться в колодки либо распаиваться на печатной плате. На рис. 1 показаны различные варианты выпрямителей, представленные на рынке.
Рис. 1. Стандартные типы корпусов мостовых выпрямителей
Во многих случаях для охлаждения выпрямителей недостаточно конвекции. Чтобы отвести тепло от мощных выпрямителей, их устанавливают на панели. При очень большой нагрузке используют радиаторы.
Чтобы оценить тепловое сопротивление, необходимо обратиться к документации на выпрямитель. При этом следует понимать, что единственный показатель, на который может повлиять производитель мостового выпрямителя это тепловое сопротивление переход-корпус. Разработчик должен обеспечить, чтобы в процессе работы температура кристалла не превышала максимально допустимое значение (обычно 125 °C), однако при проектировании рекомендуется создавать некоторый запас и ограничивать допустимый нагрев на уровне 100 °C. Чтобы оценить, как выпрямитель будет вести себя в конкретном приложении, можно выполнить тепловое моделирование и оценить тепловое сопротивление системы.
Очень часто производители предоставляют трехмерные модели своих интегральных выпрямителей. Это существенно упрощает конструирование устройств, создание посадочных мест и проектирование печатных плат, особенно в тех случаях, когда речь идет об уникальных корпусах, которых нет в библиотеке вашего САПР. Поскольку силовые электронные устройства работают с высокими напряжениями, то они должны соответствовать требованиям отраслевых стандартов, например, по уровню напряжения изоляции. Это же касается и составных частей электронных устройств, в частности, выпрямителей, радиаторов и т. д. Проверьте, что используемые вами компоненты соответствуют требованиям UL. Это является важным условием успешного прохождения испытаний и сертификации.
Рейтинг пускового тока
При выборе выпрямителя следует убедиться, что он способен выдерживать высокие пусковые токи. Автономным устройствам и преобразователям напряжения часто приходится иметь дело со значительными бросками тока при запуске. Это связано с наличием входных конденсаторов, которые заряжаются большим током при включении питания.
Если кристалл выпрямителя имеет малый размер, или тепло от него отводится неэффективно, то он не всегда может справиться с перегревом, возникающим при первоначальном броске тока. В результате, при включении питания кристалл может быть поврежден. Поэтому при выборе выпрямителя необходимо учитывать рейтинг пускового тока и при необходимости проконсультироваться с производителем.
Недорогие выпрямители и выпрямители от малоизвестных производителей зачастую имеют меньший размер кристалла по сравнению с дорогими моделями от известных производителей. Небольшой размер кристалла является достоинством, только если речь идет о микропроцессорах или о других интегральных микросхемах со сверхбольшой степенью интеграции (VLSI), однако для силовых компонентов это скорее недостаток. Уменьшение размера кристалла выгодно для производителя, так как это позволяет ему снизить стоимость продукции. Дешевый выпрямитель может некоторое время нормально работать, однако в конечном итоге вероятность отказа для него существенно выше, чем для качественных дорогих моделей.
Таким образом, выбирая выпрямитель, помните, что скупой платит дважды.
Если из-за поломки выпрямителя потребителю придется поменять блок, расположенный в труднодоступном месте, например, на крыше или на башне, тогда затраты на замену могут составить сотни (или даже тысячи) долларов. Очевидно, что в подобных случаях не стоит рисковать и экономить несколько центов на выпрямителе. На рис. 2 показаны средние диапазоны рейтингов тока для различных типов выпрямителей.
Рис. 2. Обзор рейтингов тока для типовых мостовых выпрямителей
Высокое качество – это норма?
Сегодня все считают, что высокое качество – это норма, однако это совсем не так. Если в 80-е и 90-е многие компании делали ставку на качество, то сейчас в отрасли царят совсем другие настроения: «Это самый дешевый компонент? Я могу получить его сегодня и начать зарабатывать деньги?»
При выборе мостового выпрямителя запрашивайте у производителя информацию о качестве и надежности, интересующего вас компонента.
Если мостовой выпрямитель не может выдержать суровые квалификационные испытания и сертификацию согласно AEC-Q, или производитель не предоставляет отчет о надежности, то следует отказаться от использования такого сомнительного компонента.
Поставщики, ориентированные на качество, знают, что автомобильные стандарты задают очень высокую планку надежности. Если электронный компонент отвечает требованиям надежности автомобильных стандартов, это означает, что он, скорее всего, будет отвечать требованиям надежности большинства других стандартов. Именно поэтому производители часто сертифицируют свою продукцию в соответствии с AEC-Q. Например, компания Taiwan Semiconductor (TSC) сертифицирует все свои электронные компоненты согласно автомобильным стандартам и гарантирует уровень надежности на уровне не хуже, чем 4 отказа на миллиард. При таком уровне качества и при условии нормальных условий эксплуатации электронный компонент будет исправно работать десятилетиями.
Прямое падение напряжения и процесс обратного восстановления
После того как определена мощность, средний и пусковой ток мостового выпрямителя, следующим шагом становится определение прямого падения напряжения, требуемого в проектируемом устройстве.
Кроме того, следует выяснить необходимый уровень быстродействия диодов и решить, будет ли достаточно типового времени восстановления 3 мкс (стандартное значение для мостовых выпрямителей общего назначения). Как правило, в большинстве приложений хватает быстродействия мостовых выпрямителей общего назначения. Однако в некоторых специализированных приложениях можно дополнительно повысить эффективность за счет использования быстродействующих диодов или диодов Шоттки.
Рабочее напряжение
Еще одной важной характеристикой мостового выпрямителя является рабочее напряжение. В традиционной двухполупериодной схеме выпрямления выходной конденсатор заряжается до пикового напряжения сети. Амплитудное значение можно рассчитать, умножив входное действующее напряжение на ?2.
Например, для бытовой сети 230 В (ГОСТ 29322-2014 и IEC 60038:2009), амплитудное значение составит 230 В •?2 ? 325 В (без учета допустимого отклонения ±10 %). Данное значение обычно удваивают, чтобы обеспечить надежный запас, предполагая, что к мосту может быть приложено удвоенное пиковое напряжение 600 В (максимальное напряжение при обрыве нуля).
Однако при прохождении испытаний согласно IEC вам может потребоваться еще более высокий рейтинг напряжения 800 В или 1000 В. Кроме того, в некоторых развивающихся странах параметры электросети вообще слабо нормируются (остерегайтесь экспорта в Индию!). По этой причине большой запас по напряжению может быть большим плюсом.
Последнее замечание заслуживает дополнительного рассмотрения. Сеть переменного тока и другие сети, где используются мостовые выпрямители, часто сталкиваются с переходными процессами и скачками напряжения. Во время тестирования на соответствие стандартам IEC испытуемое устройство будет целенаправленно подвергаться воздействию статических разрядов, синфазных и дифференциальных помех и т. д. Стандарт IEC 61000-4-5 предполагает подачу на вход устройства напряжений 300 В RMS и других помех.
Среди инженеров бытует ошибочное мнение, что для снижения стоимости изделий следует выбирать мостовые выпрямители с минимальным запасом по напряжению. Это распространенная ошибка.
Например, на протяжении десятилетий диоды семейства 1N400X имеют одинаковые электрические характеристики (кроме номинального обратного напряжения) и примерно одинаковую низкую стоимость. С точки зрения цены не важно, выберете вы 1N4001, 1N4007 или другую модель. Так почему бы не применять во всех случаях 1N4007, даже для выпрямления напряжения на вторичной стороне низковольтного трансформатора на 24 В?
То же самое относится и к мостовым выпрямителям. Как правило, стоимость мостовых выпрямителей с более высоким рейтингом напряжения не намного отличается от более низковольтных моделей. Это объясняется достаточно просто. Дело в том, что обычно все модели мостовых выпрямителей изготавливаются из одной пластины кремния с расчетом получения самого высокого рейтинга напряжения. После изготовления изделия проходят дополнительную выборочную проверку. Если по каким-то причинам партия не соответствует требованиям, ее рейтинг напряжения понижается. Таким образом, модели с низким напряжением – это всего лишь партии, которые были отсеяны в процессе тестирования.
Другими словами, мостовой выпрямитель на 50 или 100 В может фактически иметь рейтинг 800 В или даже 1000 В.
Тем не менее, некоторые производители не проводят проверки мостовых выпрямителей после производства, и указывают для них максимальный рейтинг напряжения, что приводит к потенциальным проблемам с надежностью. Клиенты могут избежать неприятных ситуаций, убедившись, что поставщик выполняет выборочное тестирование PAT (part average testing) [1].
Стандартные мостовые выпрямители имеют диапазон рабочих напряжений от 50 до 1000 В и выше. Специальные мостовые выпрямители (на диодах Шоттки, на сверхбыстрых диодах и т. д.) обычно имеют номинальное напряжение от 40 В до 1000 В. При прочих равных условиях следует выбирать мостовой выпрямитель с максимальным рабочим напряжением. Как показывает практика, из-за высокого спроса выпрямитель с более высоким рейтингом напряжения 800 В может стоить даже меньше, чем модели с напряжением 50 или 100 В. При этом ваше устройство будет иметь больший запас прочности, что позволит ему выдерживать неблагоприятные воздействия и сохранять работоспособность в течение долгого времени.
Источник:
- “Secrets Of The Datasheet: What Rectifier Specs Really Mean” by Jos van Loo and Kevin Parmenter, How2Power Today, September 2019.
- http://www.how2power.com
Автор: Йос Ван Лу, Кевин Парментер Перевод: Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)
Разделы: Диоды выпрямительные, Диодные мосты
Опубликовано: 13.01.2020
Практическая работа №17 Тема: «Мостовая схема выпрямителя. Расчет схемы мостового выпрямителя по заданной мощности потребителя.» | Учебно-методический материал:
Практическая работа №17
Тема: «Мостовая схема выпрямителя. Расчет схемы мостового выпрямителя по заданной мощности потребителя.»
Цель работы: изучить мостовые схемы выпрямителя, рассчитать схемы мостового выпрямителя по заданной мощности потребителя.
Общие сведения
Данные задачи относятся к расчёту выпрямителей переменного тока, собранных на полупроводниковых диодах.
Рассчитывая выпрямитель, следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток Iдоп, на который рассчитан диод, и величина обратного напряжения Uобр, которую выдерживает диод в непроводящий период.
Выбор диодов для выпрямителей осуществляется по величине тока Iд, протекающего через диод, и максимальному напряжению Uд, которое оказывается приложенным к диоду в непроводящий период. При этом для исключения повреждений диодов должны быть выполнены следующие условия:
Iдоп≥ Iд и Uобр≥ Uд.
Обычно исходными данными для расчёта выпрямителя являются мощность потребителя Рни величина выпрямленного напряжения Uн, при котором работает потребитель энергии. По этим данным расчёт тока потребителя затруднений не вызывает Iн = Рн/ Uн. Вычисленное значение тока берётся за основу при подборе диода по току. Учитывается, что для oднопoлупeриoдного выпрямителя ток через диод равен току потребителя Iд=Iн, для двухполупериодной и мостовой схем выпрямления ток через диод равен половине тока потребителя Iд= 0,5Iн, для трёхфазного выпрямителя – третьей части тока потребителя
Iд= Iн / 3.
Напряжение, действующее на диод в непроводящий период, также зависит от схемы выпрямителя. Для одно- и двухполупериодного (с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора) выпрямителей Uд= 3,14Uн, для мостового выпрямителя Uд=1,57Uн, для трёхфазного выпрямителя Uд= 2,1Uни трёхфазного мостового выпрямителя Uд=1,05Uн. Приведённые соотношения следует использовать при подборе диодов для выпрямителей по напряжению.
В результате расчёта может оказаться, что ток через диод превышает допустимое значение тока Iдопдля заданного типа диода. В этом случае используется параллельное включение диодов в таком числе n, чтобы их суммарный допустимый ток n*Iдоппревышал рассчитанное значение тока Iдчерез диод.
Если в непроводящий период напряжение Uдна диоде превышает допустимое обратное напряжение Uобр, то применяется последовательное включение диодов. При этом число диодов n, должно быть таким, чтобы n*Uобр≥ Uд.
Задание: сделать расчет задач
Отчет должен содержать:
-Тему и цель практической работы;
К задаче:
-Дано;
-Решение;
-Схема;
-Ответ.
Задача №1Составить схему мостового выпрямителя, использовав один из четырёх диодов: Д218, Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя Рн= 300 Вт, напряжение потребителя Uн= 200 B.
- Выписываем из справочника параметры указанныхдиодов:
Д218 Iдоп = 0.1АUобр= 1000В
Д222 Iдоп = 0.4АUобр= 600В
КД202Н Iдоп= 1А Uобр= 500В
Д215Б Iдоп=2А Uобр= 200В
Задача №2Для питания постоянным током потребителя мощностью Рн= 300Вт при напряжении Uн= 20В необходимо собрать схему однополупериодного выпрямителя, использовав имеющиеся стандартные диоды Д142А.
- Выписываем из справочника параметры диодаД142А:
Iдоп =10А Uобр=100В
led – Как определить, какой мостовой выпрямитель использовать
спросил
Изменено 5 лет, 4 месяца назад
Просмотрено 2к раз
\$\начало группы\$
Я попытался выполнить поиск и не смог найти, как определить, какой мостовой выпрямитель использовать в цепи (при условии, что вы знаете нагрузку).
является единственным соображением, что номинал превышает напряжение и ток цепи или может создать проблему, если этот рейтинг слишком высок.
В частности, я создаю набор светодиодных индикаторов питания для использования с прототипом испытательного стенда электроники. У меня есть три входа, которые могут быть любой комбинацией V+ и V-. Я хочу использовать 2 мостовых выпрямителя, чтобы исправить полярность, чтобы пройти через светодиод и указать мощность на входе 1 и 2, 2 и 3 или 1 и 3. Мое максимальное напряжение будет 15 В постоянного тока, а мой максимальный ток будет 20 мА.
Если я выберу выпрямитель с высоким номинальным напряжением и током, не будет ли в конечном итоге падать слишком большое напряжение на последовательных диодах, что приведет к видимому свечению светодиода?
Я предоставил свою принципиальную схему, потому что она немного понятнее.
- светодиод
- диоды
- постоянный ток
- мост-выпрямитель
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Для обеспечения долговременной надежности стандартно используются компоненты, рассчитанные на вдвое больший параметр, чем у компонента.
Например, если пиковое входное напряжение составляет 15 В, используйте мост, рассчитанный как минимум на 30 В; 50 В – обычное значение. Ток для одного светодиода не проблема, но если нагрузка 1 А, попробуйте использовать диоды или мост, рассчитанный на 2 А.
Обычно использование чего-то еще более переоцененного не является электронной проблемой; если у вас пылятся на полке мосты на 200 В, и они физически помещаются в доступном пространстве, используйте их. Да, прямое напряжение Vf будет немного больше, но при 20 мА увеличение составит милливольты.
\$\конечная группа\$
0
\$\начало группы\$
Ключевым параметром для любого выпрямителя является пиковый повторяющийся ток, потому что 120 раз в секунду двухполупериодный мост испытывает выбросы в конденсатор, расположенный ниже по потоку.
\$\конечная группа\$
1
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
ac – Как выбрать лучший диод для двухполупериодного диодного выпрямителя, который обеспечивает максимальную эффективность и минимальные потери мощности
спросил
Изменено 2 года, 2 месяца назад
Просмотрено 1к раз
\$\начало группы\$
Я хочу сделать мостовой выпрямитель, который может преобразовывать переменный ток 230 Вэфф 50 Гц в полностью выпрямленный постоянный ток, но я не знаю, какой именно диод использовать для моей схемы.
В частности, я хочу использовать диоды Шоттки из-за их повышенной эффективности и минимальных потерь мощности, но все комбинации диодов, которые я пробовал до сих пор, не работали.
Вот моя текущая схема, где я использую диод Шоттки MBR40250G, так как он на 250 В.
обновление
здесь я увеличил значение конденсатора со 100u до 430u и это мой выход
- обновление 2*
здесь я обновил синусоидальное напряжение до 100Vrms
окончательное обновление
Пока ставь авто. Нет триггера = нет изображения
обновления. Помните об этом при использовании реального прицела.
Пока ставь авто. Нет триггера = нет изображения
обновления. Помните об этом при использовании реального прицела.Обратите внимание, что синусоида 230 В среднеквадратичного значения имеет пиковую амплитуду 325 В, что соответствует постоянному току. Соответственно оценивайте компоненты. Ваш симулятор может учитывать или не учитывать разбивку. Настоящая жизнь всегда будет.
ОБНОВЛЕНИЕ: Похоже, ваш симулятор учитывает это, поскольку источник 100 В (среднеквадратичное значение) дает вам ожидаемые 141 В постоянного тока, а источник 230 В (среднеквадратичное значение) дает вам 250 В постоянного тока (напряжение пробоя ваших диодов), а не ожидаемые 325 В постоянного тока.
Также остерегайтесь в реальной жизни… настоящий прицел будет иметь общее заземление (то есть зажим заземления зонда) с сетью 230 В, что вызовет короткое замыкание в обход ваших диодов и может взорвать прицел, если напряжение 230 В не будет пропущено через изоляцию. трансформатор или вы используете дифференциальные или изолированные датчики.
