Gleichrichter mit Spannungsvervielfacher

Ein Gleichrichter ist ein Gerät zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom sowie zur Stabilisierung und Regelung einer gleichgerichteten Spannung.

Im Diagramm von Abb. 1, und der Transformator verfügt nicht über eine Doppelspannungs-Boost-Wicklung mit Mittelpunkt, sondern gleichzeitig Vollweggleichrichtung Der Gleichrichter verdoppelt die Spannung.

Während der ersten Halbwelle wird der Kondensator C1 über die Diode D1, an der eine Gleichspannung anliegt, etwa auf die Amplitudenspannung der Sekundärwicklung aufgeladen. Während der zweiten Halbwelle liegt die Durchlassspannung an der Diode D2 und der Kondensator C2 wird auf die gleiche Weise darüber geladen.

Die Kondensatoren C1 und C2 sind in Reihe geschaltet und die Gesamtspannung an ihnen entspricht ungefähr dem Doppelten der Amplitudenspannung des Transformators. An jeder Diode liegt die gleiche maximale Sperrspannung an. Gleichzeitig mit dem Laden der Kondensatoren C1 und C2 werden diese über die Last R entladen, wodurch die Spannung in den Kondensatoren abnimmt.

Je niedriger der Lastwiderstand R, also je größer der Laststrom und je geringer die Kapazität der Kondensatoren C1 und C2, desto schneller entladen sie sich und desto geringer ist die Spannung an ihnen. Daher ist es praktisch unmöglich, die Spannung zu verdoppeln. Mit einer Kondensatorkapazität von mindestens 10 μF und einem Laststrom von maximal 100 mA kann eine Spannung erreicht werden, die 1,7 oder sogar 1,9 Mal höher ist als die vom Transformator abgegebene Spannung.

Reis. 1. Gleichrichterschaltungen mit verdoppelter (a) und vervierfachter (b) Spannung

Der Vorteil der Schaltung besteht darin, dass die Kondensatoren Welligkeiten im gleichgerichteten Strom glätten.

Gleichrichterschaltungen mit Spannungsvervielfacher können beliebig oft eingesetzt werden. In Abb. 1b zeigt eine Schaltung, die die Spannung verdreifacht und über vier Dioden und vier Kondensatoren verfügt. In ungeraden Halbwellen wird der Kondensator C1 über die Diode D1 fast bis zum Spitzenwert der Spannung des Transformators Et aufgeladen. Der geladene Kondensator C1 ist selbst eine Quelle.

Selbst in Halbperioden, in denen die Polarität der Transformatorspannung umgekehrt wird, wird der Kondensator C2 daher über die Diode D2 auf etwa das Doppelte der Spannung 2Em aufgeladen. Diese Spannung ist der Maximalwert der Gesamtspannung des in Reihe geschalteten Transformators und Kondensators C1.

Ebenso wird der Kondensator C3 in ungeraden Halbzyklen durch die Diode D3 ebenfalls auf eine Spannung von 2Em aufgeladen, was der Gesamtspannung des in Reihe geschalteten C1, des Transformators und C2 entspricht (es ist zu beachten, dass die Spannungen von C1 und C2 wirken aufeinander).

Wenn wir weiter darüber nachdenken, stellen wir fest, dass der Kondensator C4 sogar Halbzyklen über die Diode D4 lädt.Nochmals zur Spannung 2Em, die die Summe der Spannungen von C1, C3, dem Transformator und C2 ist. Natürlich werden die Kondensatoren nach dem Einschalten des Gleichrichters schrittweise über mehrere Halbwellen auf die angegebenen Spannungen aufgeladen. Infolgedessen können Sie aus den Kondensatoren C1 und C4 eine vierfache Spannung 4Et erhalten.

Gleichzeitig mit den Kondensatoren C1 und C3 können Sie einen ZET mit dreifacher Spannung erhalten. Wenn wir der Schaltung weitere nach dem gleichen Prinzip geschaltete Kondensatoren und Dioden hinzufügen, ergeben sich aus einer Reihe von Kondensatoren C1, C3, C5 usw. Spannungen, die sich um ein ungerades Vielfaches (3, 5, 7) erhöhen usw. n.) und aus einer Reihe von Kondensatoren C2, C4, C6 usw. Es wird möglich sein, Spannungen zu erhalten, die um ein gerades Vielfaches (2, 4, 6 usw.) erhöht sind.

Beim Einschalten der Last entladen sich die Kondensatoren und die Spannung an ihnen sinkt. Je niedriger der Lastwiderstand, desto schneller entladen sich die Kondensatoren und die Spannung an ihnen sinkt. Daher wird die Verwendung solcher Schemata bei unzureichend großen Lastwiderständen irrational.

In der Praxis bieten solche Schemata nur bei niedrigen Lastströmen eine effektive Spannungsvervielfachung. Natürlich kann man höhere Ströme erzielen, wenn man die Kapazität der Kondensatoren erhöht. Der Vorteil des obigen Schemas besteht in der Möglichkeit, Hochspannung ohne Hochspannungstransformator zu erhalten. Darüber hinaus müssen die Kondensatoren eine Betriebsspannung von nur 2Em haben, egal wie oft die Spannung vervielfacht wird, und jede Diode arbeitet bei einer maximalen Sperrspannung von nur 2Em.

Gleichrichterteile

Dioden werden nach ihren Hauptparametern ausgewählt: maximaler gleichgerichteter Strom I0max und begrenzende Sperrspannung Urev. Bei Vorhandensein eines Kondensators am Eingang des Filters sollte der Effektivwert der Spannung der Sekundärwicklung des Transformators U2 in allen Gleichrichterkreisen mit Ausnahme der Brückenschaltung 35 % des Wertes von Urev nicht überschreiten. Bei einer Nullpunkt-Vollwellenschaltung bezieht sich die Spannung U2 auf die halbe Wicklung. In der Brückenschaltung sollte y 70 % des Urev-Wertes nicht überschreiten.

Zur Korrektur höherer Spannungen werden entsprechend viele Dioden in Reihe geschaltet.

Wenn Germanium- und Siliziumdioden in Reihe geschaltet werden, werden sie zwangsläufig mit Widerständen mit demselben Widerstandswert in der Größenordnung von mehreren zehn oder hundert Kiloohm manipuliert (Abb. 2). Geschieht dies nicht, wird die Sperrspannung aufgrund einer erheblichen Streuung des Sperrwiderstands der Dioden ungleichmäßig zwischen ihnen verteilt und es kann zu einem Durchbruch der Diode kommen. Und bei Vorhandensein von Shunt-Widerständen wird die Sperrspannung praktisch gleichmäßig auf die Dioden aufgeteilt.

Eine Parallelschaltung von Dioden zur Erzielung großer Ströme ist unerwünscht, da diese aufgrund der Streuung der Parameter und Eigenschaften der einzelnen Dioden ungleichmäßig mit Strom belastet werden. Um die Ströme auszugleichen, werden in diesem Fall Ausgleichswiderstände mit einzelnen Dioden in Reihe geschaltet, deren Widerstandswerte empirisch gewählt werden.

Bei Gleichrichtertransformatoren besteht die Primärwicklung meist aus mehreren Abschnitten, die auf 110, 127 und 220 V Netzspannung schalten.

Reis. 2. Reihenschaltung von Halbleiterdioden

Reis. 3.Möglichkeiten zur Spannungsanpassung

Die Sekundärwicklung ist auf die erforderliche Spannung ausgelegt. Bei einer Vollwellenschaltung verfügt es über einen Mittelpunktausgang. Um Störungen durch das Netzwerk in den Gleichrichtertransformatoren, die die Empfänger versorgen, zu reduzieren, wird zwischen der Primär- und Sekundärwicklung eine Abschirmspule platziert, deren eines Ende mit einem gemeinsamen Minuspol verbunden ist.

Drosseln für den Filter befinden sich in der Regel im Kern diamagnetischer Spalt um die magnetische Sättigung zu beseitigen, die zu einer Verringerung der Induktivität führt. Der Widerstand der Induktorspule gegenüber Gleichstrom beträgt normalerweise mehrere zehn oder hundert Ohm. Ein Teil der gleichgerichteten Spannung fällt auf ihn und auf die Aufwärtswicklung des Transformators.

Im Stromkreis der Netzwicklung sind ein Schalter und eine Sicherung eingebaut, um den Gleichrichter im Notfall automatisch abzuschalten. Wenn beispielsweise der Filterkondensator kaputt ist, kommt es zu einem Kurzschluss im Gleichstromkreis. Der Primärstrom wird deutlich höher als normal und die Sicherung wird durchbrennen. Ohne sie kann der Transformator durchbrennen. Zudem ist ein solcher Kurzschluss sehr gefährlich für die Diode, die durch Überhitzung mit zu viel Strom zerstört werden kann.

Manchmal ist die Primärwicklung des Transformators mit Ausgängen für unterschiedliche Spannungen ausgestattet, beispielsweise 190, 200, 210, 220 und 230 V, so dass mit Hilfe des Schalters eine annähernd konstante Spannung des Gleichrichters aufrechterhalten werden konnte Schalter bei Schwankungen der Netzspannung (Abb. 3, a).Eine andere Möglichkeit zur Regelung besteht darin, einen regelnden Spartransformator mit Ausgängen für verschiedene Spannungen und einen Schalter einzubauen.

Anmachen regulierender Spartransformator ermöglicht bei Absinken der Netzspannung die Versorgung der Primärwicklung des Leistungstransformators mit normaler Spannung (Abb. 3, b). Für die Netzspannung 127 und 220 V gibt es auch spezielle Einstell-Spartransformatoren, die eine stufenlose Spannungsanpassung ermöglichen 0 bis 250 V.

Beim Arbeiten mit einem Gleichrichter, insbesondere wenn dieser Hochspannung liefert, müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, da eine Verletzung einer Person bei einer Spannung von mehreren hundert Volt lebensgefährlich ist.

Feige. 4. Einschalten eines Teilers für drei verschiedene Spannungen

Alle Hochspannungsteile des Gleichrichters müssen vor unbeabsichtigtem Berühren geschützt werden. Berühren Sie niemals Teile des Gleichrichters im Betrieb. Alle Verbindungen oder Änderungen an der Gleichrichterschaltung werden vorgenommen, wenn der Gleichrichter ausgeschaltet ist und die Filterkondensatoren entladen sind. Es ist sinnvoll, an der gleichgerichteten Spannung eine Neonlampe als Anzeige (Zeiger) der Hochspannung anzubringen. Sein Leuchten zeigt das Vorhandensein von Hochspannung an.

Die Neonlampe wird durch einen Begrenzungswiderstand mit einem Widerstandswert von mehreren zehn Kiloohm eingeschaltet. Das Vorhandensein einer konstanten Last in Form einer solchen Lampe schützt die Filterkondensatoren vor Überspannungsdurchschlag. Letzteres kann passieren, wenn der Gleichrichter im Leerlauf läuft. Ohne Last gibt es keinen Spannungsabfall im Gleichrichter und daher ist die Spannung an den Filterkondensatoren maximal.

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