Vollweg-Mittelpunktgleichrichter

Wenn wir im Allgemeinen über einphasige Diodengleichrichter sprechen, können Sie mit dem Mittelweggleichrichter geringere Verluste an den Dioden selbst erzielen, da nur zwei Dioden vorhanden sind.

Darüber hinaus werden solche Gleichrichter üblicherweise in Niederspannungsgeräten verwendet, bei denen der Strom durch die Dioden von wesentlicher Bedeutung ist. Daher ist in dieser Hinsicht eine Vollwellen-Mittelpunktschaltung vorteilhafter, da die Energieverluste in den Dioden proportional zum Quadrat sind vom Durchschnittswert des durch sie fließenden Stroms.

Und wenn man Verfügbarkeit und Qualität berücksichtigt Diode Schottky (geringer Vorwärtsspannungsabfall), die heute auf dem Markt weit verbreitet sind, liegt die Entscheidung zugunsten einer Mittelpunktschaltung auf der Hand.

Und wenn es sich um Transformator-Puls-Wandler mit einem Gegentakttransformator (Brücke, Halbbrücke, Gegentakt) handelt, der bei Frequenzen arbeitet, die viel höher sind als die übliche Netzfrequenz, dann bleibt nur die Gleichrichterschaltung mit einem Mittelpunkt übrig und nein andere.

In diesem Artikel konzentrieren wir uns jedoch auf die Berechnung des Gleichrichters in Bezug auf eine niedrige Netzfrequenz von 50 Hz, bei der der gleichgerichtete Strom sinusförmig ist.

Zunächst ist zu beachten, dass der Gleichrichter, der nach diesem Schema aufgebaut ist, einen Transformator mit zwei identischen Sekundärwicklungen oder mit einer Sekundärwicklung, aber mit einem Ausgang in der Mitte (was im Wesentlichen der Fall ist) erfordert das gleiche).

Die in Reihe aus den Halbwicklungen eines solchen Transformators gewonnene Spannung ist eigentlich zweiphasig in Bezug auf den Mittelpunkt, der bei der Gleichrichtung als Nullpunkt fungiert, da hier zwei EMKs gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung gebildet werden. Das heißt, die Spannungen an den Endklemmen der Sekundärwicklung des Transformators, die zu jedem Zeitpunkt seines Betriebs auftreten, sind um 180 Grad phasenverschoben.

Die entgegengesetzten Anschlüsse der Wicklungen w21 und w22 sind mit den Anoden der Dioden VD1 und VD2 verbunden, während die an den Dioden anliegenden Spannungen u21 und u22 gegenphasig sind.

Daher leiten die Dioden nacheinander Strom – jede während ihrer Halbwelle der Versorgungsspannung: Während einer Halbwelle liegt die Anode der Diode VD1 auf positivem Potenzial und der Strom i21 fließt durch sie, durch die Last und durch die Spule (Halbspule) w21, während sich die Diode VD2 im Sperrvorspannungszustand befindet, ist sie gesperrt, sodass kein Strom durch die Halbspule w22 fließt.

Während der nächsten Halbwelle hat die Anode der VD2-Diode ein positives Potenzial und der Strom i22 fließt durch sie, durch die Last und durch die Spule (Halbspule) w22, während sich die Diode VD1 im umgekehrt vorgespannten Zustand befindet. sie ist gesperrt, daher fließt kein Strom durch die Halbspule w21.

Dadurch wird erreicht, dass der Strom durch die Last immer in der gleichen Richtung fließt, also gleichgerichtet wird. Und jede der Hälften der Sekundärwicklung des Transformators wird nur für eine halbe Periode von zwei belastet. Für einen Transformator bedeutet dies, dass es in seinem Magnetkreis nie zu einer Magnetisierung kommt, da die magnetomotorischen Kräfte der Gleichanteile der Wicklungsströme entgegengesetzt gerichtet sind.

Bezeichnen wir die effektive Spannung zwischen dem Mittelpunkt und dem entfernten Anschluss einer der Halbwicklungen als U2. Dann erhält man die durchschnittliche gleichgerichtete Spannung Ud zwischen dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung und dem Verbindungspunkt der Kathoden der Dioden. In diesem Fall beträgt der Durchschnittswert der Spannung in der Last:

Wir sehen, dass der Durchschnittswert der gleichgerichteten Spannung auf die gleiche Weise mit dem Effektivwert zusammenhängt wie der Durchschnittswert des Stroms mit dem Effektivwert des Stroms bei einer nicht gleichgerichteten Sinusspannung.

Der Durchschnittswert des Laststroms wird durch die Formel ermittelt (wobei Rd der Lastwiderstand ist):

Und da der Strom in Reihe durch die Dioden fließt, können Sie jetzt den durchschnittlichen Strom jeder Diode und die Amplitude des Stroms für jede Diode ermitteln. Bei der Auswahl einer Diode für einen solchen Gleichrichter ist darauf zu achten, dass der maximal zulässige Strom der Diode etwas höher ist als der nach dieser Formel ermittelte Wert:

Beim Entwurf eines Vollweg-Mittelpunktgleichrichters ist außerdem zu beachten, dass die Sperrspannung, die an eine gesperrte Diode angelegt wird, während die andere Diode leitet, die doppelte Amplitude der Halbspulenspannung erreicht.Daher muss die maximale Sperrspannung für die ausgewählte Diode immer größer sein als dieser Wert:

Wenn die (korrigierte) Ausgangsspannung Ud angegeben wird, wird der Effektivwert der Spannung U2 der sekundären Halbwicklung wie folgt damit in Beziehung gesetzt (vergleiche mit der ersten Formel):

Darüber hinaus muss bei der Auslegung eines Gleichrichters und der Einstellung der durchschnittlichen Ausgangsspannung Ud, die unter Last erreicht werden soll, der Durchlassspannungsabfall an der Diode Uf hinzuaddiert werden (dieser ist in der Diodendokumentation angegeben). Durch Multiplizieren des halben durchschnittlichen Laststroms mit dem Durchlassspannungsabfall an der Diode erhalten wir die Energiemenge, die zwangsläufig in jeder der beiden Dioden als Wärme abgeführt werden muss:

Bei der Auswahl von Dioden ist es wichtig, dies zu berücksichtigen, um die Leistungsfähigkeit des Diodengehäuses zu beurteilen, ob es so viel Leistung verbrauchen kann und nicht gleichzeitig ausfällt. Bei Bedarf müssen Sie zusätzliche thermische Berechnungen hinsichtlich der Auswahl der Kühlkörper durchführen, an denen diese Dioden angebracht werden.