Pełnookresowy prostownik punktu środkowego

Jeśli mówimy ogólnie o jednofazowych prostownikach diodowych, to prostownik pełnookresowy w połowie fali pozwala uzyskać mniejsze straty na samych diodach, ponieważ są tylko dwie diody.

Ponadto prostowniki tego typu są zwykle stosowane w urządzeniach niskonapięciowych, w których istotny jest prąd płynący przez diody.Dlatego pod tym względem korzystniejszy jest pełnookresowy obwód punktu środkowego, ponieważ straty energii w diodach są proporcjonalne do kwadratu średniej wartości przepływającego przez nie prądu.

A jeśli weźmiesz pod uwagę dostępność i jakość Dioda Schottky'ego (niski spadek napięcia w kierunku przewodzenia), które są obecnie powszechnie dostępne na rynku, wybór na korzyść obwodu środkowego jest oczywisty.

A jeśli mówimy o konwerterach transformatorowo-impulsowych z transformatorem przeciwsobnym (mostek, półmostek, przeciwsobny) działającym na częstotliwościach znacznie wyższych niż zwykła częstotliwość sieci, to pozostaje tylko obwód prostownika z punktem środkowym i nie Inny.

Jednak w tym artykule skupimy się na obliczeniach prostownika w odniesieniu do niskiej częstotliwości linii 50 Hz, gdzie prąd prostowany jest sinusoidalny.

Przede wszystkim należy zauważyć, że w prostowniku zbudowanym według tego schematu obliguje nas posiadanie transformatora z dwoma identycznymi uzwojeniami wtórnymi lub z jednym uzwojeniem wtórnym, ale z wyjściem pośrodku (co w zasadzie ten sam).

Napięcie uzyskane szeregowo z półuzwojeń takiego transformatora jest w rzeczywistości dwufazowe w stosunku do punktu środkowego, który działa jako punkt zerowy podczas prostowania, ponieważ powstają tutaj dwa pola elektromagnetyczne o równej wielkości, ale przeciwnych kierunkach. Oznacza to, że napięcia na zaciskach końcowych uzwojenia wtórnego transformatora, które powstają w dowolnym momencie jego pracy, są przesunięte fazowo o 180 stopni.

Przeciwne zaciski uzwojeń w21 i w22 są podłączone do anod diod VD1 i VD2, natomiast napięcia u21 i u22 przyłożone do diod są przeciwfazowe.

Zatem diody po kolei przewodzą prąd - każda w swoim półokresie napięcia zasilającego: podczas jednego półokresu anoda diody VD1 ma potencjał dodatni i przepływa przez nią prąd i21, przez obciążenie i przez cewka (półcewka) w21, podczas gdy dioda VD2 jest w stanie polaryzacji zaporowej, jest zablokowana, stąd prąd nie płynie przez półcewkę w22.

Podczas kolejnego półcyklu anoda diody VD2 ma potencjał dodatni i przepływa przez nią prąd i22, przez obciążenie i przez cewkę (półcewkę) w22, podczas gdy dioda VD1 jest spolaryzowana zaporowo, jest zablokowany, więc prąd nie płynie przez półcewkę w21.

Osiągnięty wynik polega na tym, że prąd przepływa przez obciążenie zawsze w tym samym kierunku, to znaczy prąd jest prostowany. I okazuje się, że każda z połówek uzwojenia wtórnego transformatora jest obciążona tylko przez połowę okresu dwóch. Dla transformatora oznacza to, że magnesowanie nigdy nie występuje w jego obwodzie magnetycznym, ponieważ siły magnetomotoryczne składowych prądu stałego prądów uzwojenia są skierowane przeciwnie.

Oznaczmy skuteczne napięcie między punktem środkowym a dalekim zaciskiem jednego z półzwojów jako U2. Otrzymuje się wówczas średnie napięcie wyprostowane Ud między punktem środkowym uzwojenia wtórnego a punktem połączenia katod diod.W tym przypadku średnia wartość napięcia w obciążeniu będzie wynosić:

Widzimy, że średnia wartość wyprostowanego napięcia jest związana z wartością skuteczną w taki sam sposób, w jaki średnia wartość prądu jest związana z wartością skuteczną prądu przy nieprostowanym napięciu sinusoidalnym.

Średnią wartość prądu obciążenia oblicza się ze wzoru (gdzie Rd jest rezystancją obciążenia):

A ponieważ prąd przepływa przez diody szeregowo, możesz teraz znaleźć średni prąd każdej diody i amplitudę prądu dla każdej diody. Przy doborze diody do takiego prostownika należy zwrócić uwagę na fakt, że maksymalny dopuszczalny prąd diody jest nieco wyższy od wartości ustalonej według wzoru:

Podczas projektowania pełnookresowego prostownika punktu środkowego ważne jest również, aby pamiętać, że napięcie wsteczne przyłożone do zablokowanej diody, podczas gdy druga dioda przewodzi, osiąga dwukrotnie większą amplitudę niż napięcie półcewki.Dlatego maksymalne napięcie wsteczne dla wybranej diody musi być zawsze większe niż ta wartość:

Gdy podane zostanie napięcie wyjściowe (skorygowane) Ud, to wartość skuteczna napięcia U2 półuzwojenia wtórnego będzie odniesiona do niego w następujący sposób (porównaj z pierwszym wzorem):

Ponadto projektując prostownik i ustalając średnie napięcie wyjściowe Ud, jakie powinno być uzyskiwane pod obciążeniem, należy do tego dodać spadek napięcia przewodzenia na diodzie Uf (jest on podany w dokumentacji diody). Pomnożenie połowy średniego prądu obciążenia przez spadek napięcia przewodzenia na diodzie daje nam ilość mocy, która nieuchronnie będzie musiała zostać rozproszona w każdej z dwóch diod w postaci ciepła:

Przy wyborze diod warto wziąć to pod uwagę, ocenić możliwości obudowy diody, czy jest w stanie odprowadzić tak dużą moc i jednocześnie nie zawieść. W razie potrzeby konieczne będzie wykonanie dodatkowych obliczeń termicznych dotyczących doboru radiatorów, do których zostaną dołączone te diody.