Диодный мост

Диодный мост

Одной из важнейших частей электронных приборов питающихся от сети переменного тока 220 вольт является так называемый диодный мост. Диодный мост – это одно из схемотехнических решений, на основе которого выполняется функция выпрямления переменного тока.

Как известно, для работы большинства приборов требуется не переменный ток, а постоянный. Поэтому возникает необходимость в выпрямлении переменного тока.

Например, в составе блока питания, о котором уже заходила речь на страницах сайта, присутствует однофазный полномостовый выпрямитель – диодный мост. На принципиальной схеме диодный мост изображается следующим образом.


Схема диодного моста

Это так называемый однофазный выпрямительный мост, один из нескольких типов выпрямителей, которые активно применяются в электронике. С его помощью производят двухполупериодное выпрямление переменного тока.

В железе это выглядит следующим образом.


Диодный мост из отдельных диодов S1J37

Схему эту придумал немецкий физик Лео Гретц, поэтому данное схемотехническое решение иногда называют «схема Гретца» или «мост Гретца». В электронике данная схема применяется в настоящее время повсеместно. С появлением дешёвых полупроводниковых диодов эту схему стали применять всё чаще и чаще. Сейчас ею уже никого не удивишь, но в эпоху радиоламп «мост Гретца» игнорировали, поскольку она требовала применения аж 4 ламповых диодов, которые стоили по тем временам довольно дорого.

Как работает диодный мост?

Пару слов о том, как работает диодный мост. Если на его вход (обозначен значком «

») подать переменный ток, полярность которого меняется с определённой частотой (например, с частотой 50 герц, как в электросети), то на выходе (выводы «+» и «-») мы получим ток строго одной полярности. Правда, этот ток будет иметь пульсации. Частота их будет вдвое больше, чем частота переменного тока, который подаётся на вход.

Таким образом, если на вход диодного моста подать переменный ток электросети (частота 50 герц), то на выходе получим постоянный ток с пульсациями частотой 100 герц. Эти пульсации нежелательны и могут в значительной степени помешать работе электронной схемы.

Чтобы «убрать» пульсации необходимо применить фильтр. Простейший фильтр – это электролитический конденсатор достаточно большой ёмкости. Если взглянуть на принципиальные схемы блоков питания, как трансформаторных, так и импульсных, то после выпрямителя всегда стоит электролитический конденсатор, который сглаживает пульсации тока.

Обозначение диодного моста на схеме.

На принципиальных схемах диодный мост может изображаться по-разному. Взгляните на рисунки ниже – всё это одна и та же схема, но изображена она по-разному. Думаю, теперь взглянув на незнакомую схему, вы с лёгкостью обнаружите его.

Диодная сборка.

Диодный мост во многих случаях обозначают на принципиальных схемах упрощённо. Например, вот так.

Обычно, такое изображение либо служить для того, чтобы упростить вид принципиальной схемы, либо для того, чтобы показать, что в данном случае применена диодная выпрямительная сборка.

Сборка диодного моста (или просто диодная сборка) – это 4 одинаковых по параметрам диода, которые соединены по схеме мостового выпрямителя и запакованы в один общий корпус. У такой сборки 4 вывода. Два служат для подключения переменного напряжения и обозначаются значком «

». Иногда могут иметь обозначение AC (Alternating Current — переменный ток).

Оставшиеся два вывода имеют обозначения « + » и « — ». Это выход выпрямленного, пульсирующего напряжения (тока).

Диодная сборка выпрямительного моста является более технологичной деталью. Она занимает меньше места на печатной плате. Для робота-сборщика на заводе проще и быстрее установить одну монолитную деталь вместо четырёх. Ещё одним из плюсов такой сборки можно считать то, что при работе все диоды внутри неё находятся в одном тепловом режиме.

Также стоит отметить и то, что сборки, порой, стоят дешевле, чем четыре отдельных диода. Но и в бочке мёда должна быть ложка дёгтя. Минус диодных сборок в том, что если выходит из строя хотя бы один диод, то менять её придётся полностью. Поэтому не лишним будет научиться проверять диодный мост мультиметром.

Думаю понятно, что в случае отдельных диодов нужно просто заменить один неисправный диод, что, соответственно, обойдётся дешевле.

В реальности сборка диодного моста может выглядеть вот так.


Диодная сборка KBL02 на печатной плате


Диодная сборка RS607 на плате компьютерного блока питания

А вот так выглядит диодная сборка DB107S для поверхностного (SMD) монтажа. Несмотря на свои малые размеры, сборка DB107S выдерживает прямой ток 1 A и обратное напряжение в 1000 V.

Более мощные выпрямительные диодные мосты требуют охлаждения, так как при работе они сильно нагреваются. Поэтому их корпус конструктивно выполнен с возможностью крепления на радиатор. На фото – диодный мост KBPC2504, рассчитанный на прямой ток 25 ампер.

Естественно, любую мостовую сборку можно заменить 4-мя отдельными диодами, которые соответствуют нужным параметрам. Это бывает необходимо, когда нужной сборки нет под рукой.

Иногда это вводит новичков в замешательство. Как же правильно соединить диоды, если предполагается изготовление диодного моста из отдельных диодов? Ответ изображён на следующем рисунке.


Условное изображение диодного моста и диодной сборки

Как видим всё довольно просто. Чтобы понять, как нужно соединить диоды, нужно вписать в стороны ромба изображение диода.

На принципиальных схемах и печатных платах диодный мост могут обозначать по-разному. Если используются отдельные диоды, то рядом с ними просто указывается сокращённое обозначение – VD, а рядом ставиться его порядковый номер в схеме. Например, вот так: VD1VD4. Иногда применяется обозначение VDS. Данное обозначение указывается обычно рядом с условным обозначением выпрямительного моста. Буква S в данном случае подразумевает, что это сборка. Также можно встретить обозначение BD.

Где применяется схема диодного моста?

Мостовая схема активно применяется практически в любой электронике, которая питается от однофазной электросети переменного тока (220 V): музыкальных центрах, DVD-проигрывателях, кинескопных и ЖК-телевизорах. . Да где его только нет! Кроме этого, он нашёл применение не только в трансформаторных блоках питания, но и в импульсных. Примером импульсного блока питания, в котором применяется данная схема, может служить рядовой компьютерный блок питания. На его плате легко обнаружить либо выпрямительный мост из отдельных мощных диодов, либо одну диодную сборку.

Вы легко найдёте диодный мост на печатных платах электро-пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) или по-простому «балластах», а также в компактных люминесцентных лампах (КЛЛ).

В сварочных аппаратах можно обнаружить очень мощные диодные мосты, которые крепятся к теплоотводу. Это лишь несколько примеров того, где может применяться данное схемотехническое решение.

Что такое диодный мост и зачем нужен

Переменный ток в бытовой электросети по синусоидальному закону меняет свою полярность 50 раз в секунду. Диодный мост, собранный из четырёх диодов, 25 раз в секунду пропускает одну положительную полуволну. То есть, превращает ток переменного знака амплитудой, имеющей колебательный характер, в ток одного знака, но с удвоенной частотой колебаний амплитуды. Если потребителя это не устраивает, то после выпрямителя ставится сглаживающий фильтр. Ниже представлена принципиальная электрическая схема диодного моста-выпрямителя.

Читайте также  Дрель для сверления бруса

Диодный мост можно собрать из отдельных конструктивно законченных диодов, но можно в промышленных условиях сразу изготовить из кристаллов в виде цельного изделия, пригодного к дальнейшей установке в электронную схему. Такая диодная сборка имеет технологические преимущества над предыдущим вариантом. Она компактней, монтаж моста надёжней, стоимость существенно ниже, чем у четырёх диодов.

ФОТО: youtube.com Диодный мост, собранный из четырёх диодов

ФОТО: youtube.com Диодный мост в виде одного изделия

Однофазный и трёхфазный диодный мост

Существует две основные разновидности выпрямляющих сборок:

  • Однофазный мост. Чаще используется в бытовых электроприборах. Имеет 4 вывода. На два их них подаётся переменное напряжение, т.е. фаза (L) и ноль (N). С двух оставшихся снимается постоянное, т.е. плюс (+) и минус (-).
  • Трёхфазный мост. Встречается в мощных промышленных установках и оборудовании, питающимся от сети 380 вольт. На его вход подаются три фазы (L1, L2, L3). С выхода так же снимается постоянное напряжение. Такие мосты отличаются большими размерами и внушительными токами, которые они способны через себя пропустить.

Что такое диоды

Схема диодной сборки Из приведенного выше рисунка видно, что в мостовую схему входят четыре полупроводниковых элемента диода , порядок соединения которых соответствует встречно-параллельному принципу. Любое преобразование напряжения требует применения диодных мостов.

Избыток заряда одного знака заставляет носителей отталкиваться друг от друга, в то время как область с противоположным зарядом стремится притянуть их к себе. В электронике данная схема применяется в настоящее время повсеместно.

Более мощные выпрямительные диодные мосты требуют охлаждения, так как при работе они сильно нагреваются. Во время положительного полупериода положительное напряжение приложено к аноду VD1, а отрицательное — к катоду VD3. В обычной осветительной цепи течет переменный ток, который 50 раз в течение одной секунды меняет свою величину и направление.

Схема диодного моста Это так называемый однофазный выпрямительный мост, один из нескольких типов выпрямителей , которые активно применяются в электронике. Его превращение в постоянный — достаточно часто встречающаяся необходимость. В области соединения материала n- и p-типа существует потенциальный барьер.

Физические свойства p-n перехода

Также в нем будет рассмотрен вопрос, касающийся того, как сделать диодный мост своими руками. Образованный избыток электронов формирует отрицательный заряд, а дырок — положительный. Но самое интересное, что два типа проводимости могут существовать в одном куске полупроводника. Пару слов о том, как работает диодный мост.

Схема и принцип работы диодного моста На данной схеме 4 диода соединенных по мостовой схеме подключены к источнику переменного напряжения В. Диод Раньше, в эпоху стеклянных электронных вакуумных ламп, это была самая простая из ламп.

Если взглянуть на принципиальные схемы блоков питания, как трансформаторных, так и импульсных, то после выпрямителя всегда стоит электролитический конденсатор, который сглаживает пульсации тока. Важно отметить, что ток Iн протекающий через нагрузку Rн, не изменяется по направлению, то есть является постоянным.

Выпрямлению подвергается напряжение, снимаемое со вторичной понижающей обмотки трансформатора Т. При загорании включенного через ограничивающий резистор светодиода можно быть уверенным в том, что на выходе появился постоянный потенциал. В данной схеме, ток протекает от фазы с наибольшим потенциалом, через нагрузку к фазе с наименьшем потенциалом. Потому что анод холодный, а к катоду теперь приложен положительный потенциал, который возвращает выброшенные накалом катода электроны обратно. Однако отдельные образцы современных электронных устройств ваш мобильный, например нуждаются в постоянном или выпрямленном напряжении.
Способы соединения диодных мостов, выпрямителей для увеличения их максимального тока и напряжения

Для чего нужен диодный мост

Как мы должны были понять, диодный мост нужен для того, чтобы сделать из переменного тока постоянный. Это устройство придумал немецкий ученый Леоц Гретц, второе название диодного моста – мостовая схема Гретца.

Принцип действия таков: на вход диодного моста подается переменный электрический ток, а на его выходах появляется постоянный пульсирующий ток. Частота пульсаций зависит от частоты переменного тока.

Если взять стандартное значение частоты для наших широт (50 Гц), то частота пульсаций постоянного тока будет равна 100 Гц. Для того, чтобы сгладить пульсации, ставиться конденсатор – это устройство будет полноценным выпрямителем.

Схема, которая рассматривается в данной статье, применяется в двухфазной сети. Для трехфазной сети применяется другие схемы, которые не будут рассмотрены в этой статье. Выполняется в виде четырех соединённых диодов или диодной сборки. Диодная сборка – это тот же диодный мост, только сделан в одном корпусе. У обоих вариантов исполнения есть свои плюсы и недостатки. Например, в случае неисправности одного из диодов, продеться заменить всю диодную сборку – это ее минус.

При подборе диодного моста или отдельных диодов для него, учитываются следующие характеристики:

  • Обратное напряжение диодов;
  • Обратный ток диодов;
  • Длительно допустимый ток;
  • Максимальная рабочая температура;
  • Рабочая частота (актуально для высокочастотных приборов).

Это основные параметры, по которым подбираются диоды для самостоятельной сборки или диодные мосты. Все зависит от нагрузки, которую вы хотите запитать, но будь то блок питания или зарядное устройство, лучше взять с запасом, нежели впритык.

Это обезопасит ваше устройство. Бывают ситуации, когда диодный мост может сильно нагреваться или даже сгореть. Это происходит из-за высокого тока, которые проходя по диодам нагревает их, либо из-за плохого охлаждения, особенно в мощных устройствах.

Для лучшего охлаждения и профилактики сгораний диодного моста, рекомендуется использовать радиаторы, которые будут эффективно рассеивать тепло.

Диоды тоже имеют свое сопротивление и на каждом из них падает напряжение. Для высоковольтных аппаратов – это не существенные потери, но для низковольтных приемников (до 12 вольт) такие потери будут существенны.

В этой ситуации в место обычных диодов, в схеме применяется диоды Шоттки. На выпрямителе из таких диодов будет низкое падение напряжения, приемлемое для низковольтной аппаратуры.

Из-за особенностей диодов Шоттки, такие диодные мосты могут работать на сверхвысоких частотах. Но будьте осторожны, при малейшем превышении обратного напряжения, такие диоды выходят из строя.

Состав выпрямительного модуля

Всем, кто хотел бы более подробно ознакомиться с тем, что такое выпрямитель, советуем сделать небольшой исторический экскурс. Начнем с того, что прародителем выпрямительного моста считается изобретенная немецким ученым Л. Гретцем схема, собираемая на основе 4-х элементов (диодные сборки).

Обратите внимание! Эти устройства более известны под профессиональным названием «мостики Гретца» или двухполупериодный выпрямитель.

Такие сборки из четырех диодов со временем получили название мостовых схем, которые стали использоваться в качестве универсальных выпрямительных модулей.

Классический диодный мост схема которого представлена ниже, содержит в своем составе включенные определенным образом выпрямительные диоды.

Схема диодной сборки

Из приведенного выше рисунка видно, что в мостовую схему входят четыре полупроводниковых элемента (диода), порядок соединения которых соответствует встречно-параллельному принципу. Одна пара этих приборов включена в проводящем направлении, а другая – имеет обратное включение.

Читайте также  Теплопроводность металлов

Выпрямитель для сварки

По этой причине, при проведении сварных работ своими руками, требуется выпрямитель для сварочного аппарата, позволяющий в некоторой мере сгладить мощные перепады сетевого напряжения.

Особенность выпрямителей

Многие сварочные аппараты требуют доработки, заключающейся в применении специальных выпрямителей. Для их изготовления часто применяют диоды, способные пропускать напряжение исключительно в одну сторону.

Изначально для усовершенствования сварки мастера использовали диодные схемы из четырех диодов на радиолампах. Но данная технология была слишком сложной и дорогой. В наши дни силовые диоды стали доступными по стоимости, поэтому активно используются в сварных операциях.

[box type=”info”]На заметку! Подбирайте такие электрические элементы, которые обладают высоким качеством, и следите за тем, чтобы фактический ток в цепи был меньшим, чем заданный по номиналу. Тогда аппарат прослужит без поломок максимально длительное время.[/box] Электрическая схема выпрямителя для сварки.

Схема для такого приспособления не отличается особой сложностью: она состоит из проводников, пропускающих электрический поток и направленных в актуальную сторону.

Если быть более точным, то два элемента общей схемы соединены последовательно и направлены друг к другу, а еще два ‒ располагаются один за другим. Первые из них проводят ток в выбранном направлении, вторые ‒ не позволяют току вернуться.

Выпрямители на диодах характеризуются разной мощностью, поэтому вид электрода необходимо подбирать с учетом этого параметра. Чем выше мощность, тем более толстый электрод потребуется.

На промышленном производстве требуется применить мощную аппаратуру, которая позволит выполнять сварные соединения без каких-либо пауз. Для бытового использования подойдут менее мощные выпрямители для сварки.

Применение в сварке

Диодную схему можно собрать из отдельных диодов или приобрести монолитную конструкцию с разными параметрами. Первый вариант менее предпочтителен, чем второй. Но при сгорании одного диода не требуется менять все четыре элемента, как в случае монолитной конструкции.

Если применить такие агрегаты для переориентации сварки на работу с постоянным током, можно добиться расширения ее функциональных возможностей.

Применение выпрямителя из диодов поможет:

  • устранить перебои напряжения в сети;
  • упростить задачу розжига электрической дуги в условиях номинального и пониженного напряжения;
  • увеличить тепловой режим при длительной работе сварочного аппарата.

На заметку! С помощью выпрямителя из диодов для сварочного аппарата можно поддерживать электрическую дугу на стабильном уровне, что позволяет повысить эстетические качества созданных своими руками сварных соединений на металлических конструкциях.

Выпрямитель для сварки собирается по мостовой схеме, но при этом важно учесть, что корпус агрегата находится под напряжением.

Поэтому при установке диодного моста на радиатор, важно изолировать агрегат от иных элементов схемы, от корпуса сварочного аппарата, соседних диодов. А это чревато определенными неудобствами для сварщика: нужно использовать более крупный по размеру корпус сварки.

Выпрямитель тока для сварочных работ.

Как следствие, аппарат получается тяжелым и громоздким.

Чтобы уменьшить габариты сварки, можно подобрать выпрямительный прибор ВЛ200 с другой полярностью, объединив полупроводники на два парных радиатора. Но еще лучше, установить в едином корпусе сварки мощные, но при этом максимально компактные диодные мосты.

Такое решение обойдется сварщику в несколько раз дешевле, нежели покупка диодов В200. Деталь по размеру не больше, чем спичечный коробок. Она имеет площадку для установки радиатора, работает на максимальном, прямом токе ‒ 30-50 А.

Важно! Если в процессе выполнения сварных работ потребовался более мощный мост, стоит воспользоваться параллельным подключением мостовых сборок. Главное понимать, что при таком решении надежность конструкции будет ниже, чем при одиночных мощных диодах.

Если говорить о схемах полупроводникового типа с устройством выпрямителя, важно отметить следующее:

  1. Лучшие показатели имеет трехфазная система, позволяющая использовать мощность сети до 380 В.
    Ее применяют на промышленных предприятиях, где важно создать длительный непрерывный сварной процесс без пауз для соединения больших по размеру металлических деталей: ворот, контейнеров, хозяйственных металлических сооружений и т.п.
  2. Система с одной фазой подходит для бытового использования, когда сварной процесс длится короткий промежуток времени, и нет необходимости в более длительной сварке.

Установка

Если планируется установить параллельную схему соединения диодных мостов, важно учесть некоторый разброс по параметрам каждого диода. Подбирать элементы нужно так, чтобы оставался некоторый запас прочности. Тогда можно получить компактный диодный мост для сварочного аппарата.

Диодные сборки можно разместить на одном радиаторе, но для повышения показателей теплоотдачи их монтируют через теплопроводящую пасту. Актуальное количество таких схем для выпрямителя определяется требуемым сварочным током: стандартное количество 3-5 сборок.

Проводники стоит соединять с контактами при помощи пайки, и иначе в местах контакта потери мощности, или соединение сильно нагревается. При необходимости выполнить сварные операции, выпрямитель подключается к аппарату для сварки.

Чем можно заменить диодный мост-сборку

Вместо диодного моста, собранного в одном корпусе, можно впаять в схему 4 кремниевых выпрямительных диода или 4 полупроводника Шоттки. Однако вариант диодной сборки более эффективен, благодаря:

  • меньшей площади, занимаемой сборкой на схеме;
  • упрощению работы сборщика схемы;
  • единому тепловому режиму для всех четырех полупроводниковых устройств.

Различные варианты сборки диодного моста

У такого схемотехнического решения есть и минус – в случае выхода из строя хотя бы одного полупроводника придется заменять всю сборку.

Применение на практике

Для примера, рассмотрим инверторный аппарат TELWIN Force 165. Во входном выпрямителе используются диодные сборки GBPC3508. Выпрямительный мост GBPC3508 может работать с током 35 А, обратное напряжение – 800 В.

С ним вместе идет обязательно сглаживающий фильтр из конденсаторов большой емкости. Кроме этого имеется фильтр электромагнитной совместимости, который не пропускает помехи от инвертора в бытовую сеть.

На выходе инвертора используются мощные сдвоенные диоды с общим катодом. Они имеют высокое быстродействие в отличие от диодов расположенных на входе устройства.

Благодаря малому времени восстановления, менее 50 наносекунд, приборы успевают переключать высокочастотный ток на выходе вторичной обмотки.

В данном приборе используются сдвоенные диоды марок STTH6003CW, FFH30US30DN или VS-60CPH03, рассчитаны на прямой ток 30 ампер на один прибор (60 ампер на оба) и обратное напряжение 300 вольт.

Устанавливаются на радиатор. Для защиты полупроводников от перегрузки используется RC фильтр. Схема управления требует стабильный источник питания без бросков напряжения.

Для этого в приборе предусмотрены стабилитроны или уже готовый интегральный стабилизатор, которые обеспечивают стабильное питание на микросхемах управления. В результате получается компактное устройство, позволяющее качественно варить металл.