Diodenbrücke: Gerät, Funktionsprinzip, Zweck, Schaltungen

Definition

Eine Diodenbrücke ist eine Schaltungslösung zum Gleichrichten von Wechselstrom. Ein anderer Name ist ein Vollweggleichrichter. Es besteht aus Halbleiter-Gleichrichterdioden oder deren Varianten - Schottky-Dioden.

Das Brückenverbindungsschema geht davon aus, dass mehrere (für eine einphasige Schaltung - vier) Halbleiterdioden vorhanden sind, an die die Last angeschlossen ist.

Es kann aus diskreten Elementen bestehen, die auf eine Platine gelötet sind, aber im 21. Jahrhundert sind verbundene Dioden in einem separaten Gehäuse häufiger. Äußerlich sieht es aus wie jedes andere elektronische Bauteil - Beine werden aus dem Gehäuse einer bestimmten Standardgröße entfernt, um sie mit den Leiterbahnen der Leiterplatte zu verbinden.

Bemerkenswert ist, dass mehrere in einem Gehäuse zusammengefasste Ventile, die nicht nach einer Brückenschaltung geschaltet sind, als Diodenbaugruppen bezeichnet werden.

Diodenbrücken sind je nach Umfang und Anschlussplan:

• einzelphase;
• Drei Phasen.

Die Bezeichnung auf dem Diagramm kann in zwei Versionen erfolgen, welche UGO in der Zeichnung verwendet werden soll, hängt davon ab, ob die Brücke aus einzelnen Elementen zusammengesetzt ist oder eine vorgefertigte verwendet wird.

Funktionsprinzip

Lassen Sie uns verstehen, wie eine Diodenbrücke funktioniert. Zunächst leiten Dioden Strom in eine Richtung. Die Gleichrichtung der Wechselspannung erfolgt durch das einseitige Leiten der Dioden. Durch ihren korrekten Anschluss wird der Last die negative Halbwelle der Wechselspannung in Form einer positiven zugeführt. In einfachen Worten, es kehrt die negative Halbwelle um.

Der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber betrachten wir seine Funktionsweise am Beispiel eines einphasigen Vollweggleichrichters.

Das Funktionsprinzip der Schaltung beruht darauf, dass die Dioden Strom in eine Richtung leiten und lautet wie folgt:

• Dem Eingang der Diodenbrücke wird ein sinusförmiges Wechselsignal zugeführt, beispielsweise 220V aus einem Haushaltsnetzteil (im Anschlussplan ist der Eingang der Diodenbrücke mit AC oder ~ bezeichnet).
• Jede der Halbwellen der sinusförmigen Spannung (Abbildung unten) wird durch ein Paar von Gattern geleitet, die diagonal im Diagramm angeordnet sind.

Die positive Halbwelle wird von den Dioden VD1, VD3 und die negative Hälfte von VD2 und VD4 durchgelassen. Sie können das Signal am Ein- und Ausgang der Schaltung unten sehen.

Ein solches Signal wird als gleichgerichtete Welligkeitsspannung bezeichnet. Um es zu glätten, wird der Schaltung ein Filter mit einem Kondensator hinzugefügt.

Hauptmerkmale

Betrachten wir die Hauptmerkmale von Halbleiterdioden. Lateinische Buchstaben geben ihre Bezeichnung in der englischsprachigen technischen Dokumentation (dem sogenannten Datasheet) an:

• V_U/min - Spitzen- oder maximale Sperrspannung. Bei Überschreiten dieser Spannung wird der pn-Übergang irreversibel zerstört.
• V_{r (rms)} - durchschnittliche Sperrspannung. Normal für die Arbeit, wie U_arr in den Eigenschaften der Haushaltskomponenten.
• ich_Ö - mittlerer gleichgerichteter Strom, gleich wie I_NS aus dem Inland.
• ich_fsm - gleichgerichteter Spitzenstrom.
• V_fm - Der Spannungsabfall der Vorwärtsspannung (im offenen Leitungszustand) beträgt normalerweise 0,6-0,7 V und mehr bei Hochstrommodellen.

Bei der Reparatur von elektronischen Geräten und Netzteilen oder deren Design fragen sich Anfänger: Wie wählt man die richtige Diodenbrücke aus?

In diesem Fall sind die wichtigsten Parameter für Sie Sperrspannung und -strom. Um beispielsweise eine 220-V-Diodenbrücke auszuwählen, müssen Sie sich Modelle mit einer Nennspannung von mehr als 400 V und dem erforderlichen Strom ansehen, z. B. KBPC106 (oder 108, 110). Seine technischen Eigenschaften:

• maximaler gleichgerichteter Strom - 3A;
• Spitzenstrom (kurzfristig) - 50A;
• Sperrspannung - 600 V (800 V, 1000 V für KBPC108 bzw. 110).

Merken Sie sich diese Eigenschaften und Sie können leicht bestimmen, welche Option Sie aus dem Katalog auswählen möchten.

Gleichrichterschaltungen

Der Gleichrichterstrom in Netzteilen ist der Hauptzweck, unter anderen Komponenten der Schaltung ist ein Eingangsfilter zu unterscheiden, das dem Gleichrichter nachgeschaltet ist - es soll Welligkeiten glätten. Schauen wir uns dieses Thema genauer an!

Zuallererst ist es erwähnenswert, dass eine Diodenbrücke als einphasige Gleichrichterschaltung mit 4 Dioden oder als dreiphasige mit 6 Dioden bezeichnet wird. Amateure bezeichnen dies jedoch oft als Mittelpunktgleichrichterschaltung.

Bei einem Einweggleichrichter werden der Last zwei Halbwellen zugeführt, bei einem Einweggleichrichter eine.

Um Verwirrung zu vermeiden, sollten wir die Terminologie verstehen.

Unten sehen Sie eine einphasige Vollwellenschaltung, deren korrekter Name "Gretz-Schaltung" ist, die am häufigsten unter dem Namen "Diodenbrücke" verstanden wird.

Die Schaltung von Larionov ist eine dreiphasige Diodenbrücke, der Ausgang ist ein Vollwellensignal. Die Dioden darin übertragen Halbwellen und öffnen sich zu Leitungsspannung, d.h. abwechselnd: Diode obere Phase A und untere Diode Phase B, obere Phase B und untere Phase C usw.

Der Vollständigkeit halber sollten Sie über andere Wechselspannungsgleichrichterschaltungen sprechen.

Einweggleichrichter aus 1 Diode in Reihe mit der Last. Es wird in Ballastnetzteilen, Miniaturnetzteilen mit geringer Leistung sowie in Geräten verwendet, die gegenüber dem Welligkeitskoeffizienten anspruchslos sind. Der Last wird nur eine Halbwelle zugeführt.

Vollwelle mit Mittelpunkt - das wird fälschlicherweise als Brücke aus 2 Dioden bezeichnet. Dabei leitet nur eine Diode jede Halbwelle. Sein Vorteil ist ein höherer Wirkungsgrad als der der Gretz-Schaltung aufgrund der geringeren Anzahl von Halbleiter-Gates. Die Verwendung wird jedoch dadurch erschwert, dass ein Transformator mit Mittelpunktabgriff benötigt wird, was sich im Schaltplan widerspiegelt. Er kann nicht zum Gleichrichten der 220V Netzspannung verwendet werden.

Gleichrichter aus Schottky-Baugruppen. Wird in Schaltnetzteilen verwendet, da Schottky-Dioden eine geringere Sperrverzögerungszeit haben, klein Barrierekapazität (schneller Übergang vom offenen in den geschlossenen Zustand) und niedriger Durchlassspannungsabfall (weniger Verluste). Am häufigsten werden Schottkies in Baugruppen mit einer gemeinsamen Anode oder Kathode gefunden, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Daher sind mehrere Baugruppen erforderlich, um die Brückenschaltung zusammenzubauen. Unten ist ein Beispiel von 3 Schottky-Baugruppen mit gemeinsamer Kathode.

Von 4 Baugruppen mit einer gemeinsamen Kathode. Es unterscheidet sich vom vorherigen dadurch, dass es bei gleichen Komponenten einem höheren Strom standhalten kann, da die Schottkys darin parallel geschaltet sind.

Von den 2 Schottky-Baugruppen eine mit gemeinsamer Anode und eine mit gemeinsamer Kathode. Lernen Was ist Anode und Kathode?, können Sie in unserem separaten Artikel.

So löten und verbinden

Es ist nicht schwer, die Schaltungen zu studieren und zu kennen. Die Hauptschwierigkeiten treten auf, wenn ein Anfänger beschließt, eine Diodenbrücke mit eigenen Händen zu löten. Um einen Gleichrichter von 4 sowjetischen Kopien des Typs kd202 zu löten, verwenden Sie die folgende Abbildung.

Um eine Diodenbrücke aus modernen diskreten Dioden wie 1n4007 mit geringem Stromverbrauch (und anderen - sie sehen alle gleich aus und unterscheiden sich nur in der Größe) zusammenzustellen, sehen Sie sich die folgende Abbildung genau an.

Wenn Sie es jedoch nicht aus Einzelteilen zusammenbauen, sondern eine vorgefertigte Brücke verwenden, sehen Sie unten, wie Sie es richtig an den Stromkreis anschließen.

Anfänger werden auch daran interessiert sein, sich ein Video zur Herstellung eines einfachen 12-V-Netzteils anzusehen:

Umfang und Zweck

Am häufigsten werden Diodenbrücken in Netzteilen verwendet. Bei Transformatornetzteilen werden sie an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen

In Impulsstromversorgungen - an den Eingang des 220-V-Netzes. In diesem Fall werden der elektronische Steuerkreis und der Stromkreis der USV aus einer gleichgerichteten und geglätteten (nicht immer) Netzspannung (erreicht etwa 300-310 Volt) gespeist.

An den Anschlüssen der Sekundärwicklung des Schaltnetzteils liegt eine hochfrequente Wechselspannung an. Um es zu begradigen, werden Baugruppen aus Doppel-Schottky-Dioden installiert. In dieser Hinsicht wird häufig eine Mittelpunktgleichrichterschaltung verwendet.

In Autos und Motorrädern werden dreiphasige Diodenbrücken verwendet, die nach dem Larionov-Schema mit drei zusätzliche Ventile, da ein Drehstrom zur Versorgung des Bordnetzes verwendet wird Generator. Die Brücke im Generator hat die Form eines Kreissektors und ist an seinem hinteren Teil installiert.

Die Ausnahme sind einige moderne Toyota-Autos und andere Marken, die einen 6-Phasen-Generator verwenden, um eine Zwölfpuls-Gleichrichterschaltung mit 12 Ventilen zu implementieren. Dies dient dazu, die Welligkeit zu reduzieren und den Ausgangsstrom zu erhöhen.

Überprüfungsmethoden

Ein Multimeter im Diodentestmodus eignet sich am besten zum Testen einer Diodenbrücke.

Dazu müssen Sie den Eingangskurzschluss klingeln, dann den Ausgang (die Diodenbrücke muss ausgelötet werden).

Ohne direkt auf der Platine zu löten, können Sie den Spannungsabfall an den Diodenübergängen messen. Dazu müssen Sie die Pinbelegung der Brücke bestimmen, normalerweise wird sie direkt auf dem Gehäuse angegeben, was wir oben besprochen haben.

Der Multimeter-Bildschirm sollte Zahlen in Vorwärtsrichtung im Bereich von 500-800 mV und umgekehrt anzeigen - über 1500 und bis unendlich (abhängig von der spezifischen Komponente und dem Messgerät). Das gleiche kann im Ohmmeter-Modus durchgeführt werden, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Dieser Vorgang wird im Artikel "Wie überprüft man eine Diodenbrücke?“, wo wir neben der Testmethode auch über die Symptome einer Fehlfunktion gesprochen haben. Sehen Sie sich auch das Video zum Testen eines einphasigen Gleichrichters und einer Diodenbrücke eines Autogenerators an:

Damit ist unsere ausführliche Erläuterung abgeschlossen. Wir hoffen, Sie verstehen jetzt, wozu eine Diodenbrücke dient und was sie in einem Stromkreis tut. Wenn Sie Fragen haben, stellen Sie diese in den Kommentaren unter dem Artikel!

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