⚡ диодный мост: схема, особенности, назначение

Принцип работы диодного моста

Природа переменного напряжения такова, что оно по принципу волны меняет плюсовой всплеск на минусовой. Но для работы приборов с постоянным источником питания такой переворот недопустим. Требуется выпрямитель, а, возможно, и стабилизатор. Мост, как заправский регулировщик направляет положительную полуволну в одну сторону, а отрицательную — в другую. Создавая, таким образом, сортирующий фильтр на пути прохождения переменного тока. На выходе диодного моста получаются периодические пульсации соответствующей полярности, а для их первичного сглаживания применяют электролитический конденсатор большой ёмкости.

Диодный мост KBPC5010 (MB5010)

Диодный мост KBPC5010 (MB5010) — однофазный двухполупериодный преобразователь переменного тока в постоянный пульсирующий. Используется в электрических цепях с нагрузкой до 50 ампер и обратным напряжением 1000 вольт. Отличается низким прямым падением напряжения и достаточно высокой перегрузочной способностью.

Корпус диодного моста KBPC5010 изготовлен из металла, где все компоненты электрически изолированы эпоксидной смолой (сплошная заливка в единую капсулу). Эпоксидная смола характеризуется как материал с высоким уровнем огнестойкости — UL94-V0.

На корпусе указывается маркировка изделия, а также отметки полярности выводов для подключения. Выводы выполнены в виде плоских клемм шириной 6,35 мм с отверстиями. Крепление к ним проводов — с помощью подпайки или клемм типа «мама» 6,35 мм. Если в конце маркировки диодного моста серии KBPC присутствует «W», то выводы — проволочные.

При работе на больших токах диодный мост KBPC5010 рекомендуется всегда устанавливать совместно с теплоотводом (радиатором, охладителем) для поддержания оптимального теплового режима эксплуатации. В центральной части корпуса производителем уже предусмотрено сквозное отверстие специально для крепежа.

Диодные мосты KBPC широко применяются в различных устройствах и оборудовании: преобразователи, блоки питания бытовой, офисной и промышленной техники, схемы управления электродвигателями, зарядные устройства, регуляторы мощности и прочее.

Расширенные характеристики, детальные размеры, расшифровка маркировки, распиновка выводов и схема подключения диодных мостов KBPC5010 указаны ниже.

Гарантийный срок работы диодных мостов KBPC5010, поставляемых нашей компанией, составляет 2 года, что подкрепляется соответствующими документами по качеству.

Окончательная цена на диодные мосты KBPC5010 зависит от объема заказа (количества), сроков поставки, производителя, страны происхождения и формы оплаты.

Конструктивные особенности диодных мостов KBPC:

Однофазный двухполупериодный преобразователь сконструирован по 4-диодной схеме Гретца («мост Гретца») с незначительным эквивалентом активного внутреннего сопротивления. На вход (обозначается как «Input» или тильдой

») рабочей схемы с диодным мостом подается переменный ток. В каждый из полупериодов входной ток проходит только через два диода моста. В результате, на выходе (обозначается как «DC Output» или значками «+» и «–») получаем ток, пульсирующий с частотой в два раза больше, чем частота входного. Для сглаживания полученного пульсирующего постоянного тока используют фильтр, чаще всего это конденсатор большой eмкости, который подключается на выходе. Рабочая частота — 50/60 Гц .

Принципиально в работе электрической схемы нет отличия в размещении отдельной композиции из 4-х диодов или одного компонента — диодного моста KBPC. Однако во втором случае создаются дополнительные преимущества:

– диодный мост дает гарантированные одинаковые характеристики каждого диода, в то время как отдельные детали из разных партий изготовления могут иметь различные параметры даже при условии выбора одного и того же производителя;

– помещенные в единый корпус диоды подвергаются одинаковому нагреву, а значит эксплуатируются в благоприятном тепловом режиме (-55 °C … +125 °C), что продлевает период их работы;

– установка диодов в электрической схеме требует дополнительного теплоотвода, это решается установкой радиаторов или охладителей, при использовании диодного моста вместо отдельных диодов понадобится только один радиатор вместо 4-х отдельных;

– конструктивно диодный мост более компактен и занимает меньше места на печатной плате.

Материал корпуса диодного моста может быть 2-х типов: негорючий термостойкий пластиковый полимер или электрически изолированный металл. В каждом из них внутренние компоненты полностью капсулируются эпоксидной смолой, которая имеет высокий уровень огнестойкости (UL94-V0). В корпусе мостов KBPC имеется центральное монтажное отверстие для крепления радиатора под винт.

Выводы диодных выпрямителей KBPC могут быть в виде плоских клемм шириной 6,35 мм с отверстиями под пайку или проволочные (обозначаются «W» в маркировке). Полярность выводов отмечена на корпусе. Тип монтажа диодных сборок — по THT-технологии (выводы монтируются непосредственно в сквозные отверстия печатной платы). Крепление проводов — с помощью подпайки или клемм типа «мама» 6,35 мм .

Конструкция выпрямителя

В прямом смысле выпрямитель не в состоянии «выпрямить» переменное напряжение. Название этот узел получил из-за принципа действия входящих в него диодов:

• переменный ток периодически меняет направление движения в цепи;
• диоды пропускают его лишь в одном направлении, отсекают токи обратной полярности;
• чтобы в сети скачки напряжения были незаметны для запитанного потребителя, 3 диода установлены в одном направлении, оставшиеся 3 – в другом.

В настоящее время классическую конструкцию имеют мощные диоды, маломощные полупроводниковые приборы этого типа выполнены в виде кремниевого перехода на плате. Однако для отведения от корпуса или кремниевого перехода высоких температур, и те, и другие модификации либо вмуровываются в пластину теплоотвода, либо оснащаются собственными радиаторами в индивидуальном порядке.

При пробое кремниевого перехода или полноценного диода в корпусе требуется замена диодного моста генератора или отдельных полупроводников, входящих в его состав.

Основной мост диодный

На нижнем рисунке представлены синусоиды и направление движения тока в генераторе и диодном мостике.

Положительным значением условно принято напряжение, направленное к 0 точке обмотки статора. После выпрямителя ток в нагрузке потребителей протекает только в положительном направлении, то есть от «+» генератора к ее массе «–».

Поэтому в диодном мосту силовом (основном) использованы крупногабаритные 25 – 30 А диоды, мощность которых можно повысить дополнительно за счет дополнительного плеча выпрямителя, рассматриваемого ниже.

В отличие от прочих узлов «электростанции авто», визуальный осмотр не позволяет выявить, какие имеются неисправности диодного моста генератора. Для выпрямителя необходима только аппаратная диагностика мультиметром.

Находятся диоды на теплоотводящей пластине в форме подковы под задней крышкой генератора. На выносных выпрямителях диодный мост расположен вблизи генератора, вместо пластин классической конфигурации может использоваться обычная плата. На корпус каждого диода в этом случае надевается ребристый радиатор.

Дополнительные диоды

Основная сложность конструкции автомобильного генератора заключается в том, что обмотка возбуждения его якоря так же является потребителем постоянного напряжения. Для этой катушки используется собственный диодный мост генератора:

• 3 дополнительных диода отсекают ток АКБ в момент, когда двигатель не работает;
• отрицательные диоды взяты из основного (силового) мостика генератора.

Вместо мощных полупроводниковых приборов использованы малогабаритные 2 А диоды.

Стабилитрон

Поскольку величина напряжения, вырабатываемого генератором машины, напрямую зависит от оборотов коленвала, передающего крутящий момент на его шкив, в бортовой сети возможны «всплески» до 20 В, что вредно для потребителей. Чтобы исключить частый ремонт, проще всего подключить диодный мост выпрямителя через стабилитрон:

• этот полупроводниковый прибор отсекает ток обратной полярности по аналогии с диодом, но только до определенного значения, названного напряжением стабилизации;
• при увеличении напряжения с обмоток статора до 25 – 30 В стабилитрон начинает пропускать избыточное напряжение, но уже в обратном направлении;
• на выводе «+» клеммы генератора при этом сохраняется корректное значение тока для бортовой сети и подзарядки АКБ.

При диагностике выпрямителя проверка диодного моста генератора мультиметром осуществляется косвенным способом:

• нормальный диод должен иметь «бесконечное» сопротивление в одну сторону, 500 – 700 Ом в противоположном направлении;
• если при перемещении щупов тестера показания омметра не изменились, на индикаторе высвечивается 0 или бесконечность, диод пробит, требуется его замена.

Более подробно проверка описана в следующих пунктах данного руководства.

Дополнительное плечо выпрямителя

Для фазных напряжений характерно отклонение графика напряжения от синусоиды. Поэтому схема генератора с дополнительным плечом выпрямителя возможна только при соединении статорных обмоток «звездой»:

• форма фазных напряжений в этом случае отличается от синусоиды на величину гармоники;
• эта характеристика (гармоника третьей фазы) имеется только в фазном напряжении, отсутствует в напряжении линейном;
• мощность гармоники можно использовать в качестве дополнительного плеча, добавив диоды в 0 точке фазных обмоток статора.

Величина плеча составляет 5 – 15% от мощности генератора, но возникает оно только на оборотах более 3000 об/мин. Долговечность выпрямителя зависит так же от работоспособности регулятора напряжения. Зато ремонт доступен владельцу машины после разборки генератора.

Особенности видов напряжения

Возникает закономерный вопрос о том, зачем в розетках используется переменный ток, если подавляющее большинство электронной аппаратуры питается постоянным током. Дело в том, что для питания узлов той или иной аппаратуры требуются напряжения разной величины. Процессор компьютера, например, питается 3 В, а мобильный телефон требует для своей зарядки целых 5 В. Усилителю музыкального центра нужно уже около 25 В.

Постоянное напряжение достаточно сложно трансформировать из одной величины в другую, а вот переменное — запросто. Для этого служат, к примеру, трансформаторы. Некоторые важные силовые узлы, такие как двигатели, все же нуждаются в переменном напряжении. Поэтому промышленные генераторы, питающие бытовые розетки, вырабатывают его до общепринятой величины (например, 220 В), а каждый прибор уже на месте получает из него то, что ему требуется.

Принцип работы

Работает диодный полупроводниковый мост, проводящий ток, просто. Принцип работы основан на том свойстве, что полупроводниковый диод пропускает электрический ток в одном направлении и не пропускает в другом. Так при правильном подключении зарядов, через прибор будет проведен ток.

Отличие переменного тока от постоянного в том, что он может двигаться только в одной направленности. При этом делать это в один полупериод. На протяжении другой половины периода он может совершать противоположное движение. При подключении в цепь нескольких диодов, они начнут двигаться, создавая постоянный ток.

Собрать схему диодного моста при этом просто. Это может сделать каждый. Она включает в себя четыре диода, которое соединены друг с другом квадратом. На несколько противолежащих углов подается ток от генераторного аппарата. С нескольких иных противоположно лежащих углов убирается постоянный. На первый период делается открытие нескольких электродиодов и выпрямляется волна переменного напряжения. На второй период делается открытие еще нескольких диодов. Преобразуется, таким образом, вторая волна. В результате получается постоянное напряжение с импульсной частотой выше в несколько раз, по сравнению с той, что была при переменном.

Интересно! Представленная схема обладает своими плюсами и минусами. Чтобы использовать выпрямленный ток импульсную составляющую нужно сгладить фильтром. Благодаря выпрямлению, можно питать трансформатор и снизить его объемы. Из недостатков отмечают тот факт, что теряется мощность на тепловое рассеивание, происходит двукратное падение напряжение и ломается прибор, если один диод выходит из строя.

Принцип работы устройства

Для схемы «ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАРТЕРНЫХ БАТАРЕЙ АККУМУЛЯТОРОВ»

Автомобильная электроникаЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАРТЕРНЫХ БАТАРЕЙ АККУМУЛЯТОРОВПростейшее зарядное устройство для автомобильных и мотоциклетных аккумуляторных батарей, как правило, состоит из понижающего трансформатора и подключенного к его вторичной обмотке двухполупериодного выпрямителя . Последовательно с батареей включают мощный реостат для установки необходимого тока. Однако такая конструкция получается очень громоздкой и излишне энергоемкой, а другое способы регулирования тока обычно ее существенно усложняют. В промышленных зарядных устройствах для выпрямления зарядного

тока и изменения его значения иногдаприменяют тринисторы КУ202Г. Здесь следует отметить, что прямое напряжение на включенных тринисторах при большом зарядном токе может добиваться 1,5 В. Микросхема к1нт591 Из-за этого они сильно нагреваются, а по паспорту температура корпуса тринистора не должна превышать +85°С. В таких устройствах приходится принимать меры по ограничению и температурной стабилизациизарядного тока, что приводит к дальнейшему их усложнению и удорожанию.Описываемое ниже сравнительно простое зарядное устройство имеет широкие пределы регулирования тока — практически от нуля до 10 А — и может быть использовано для зарядки различных стартерных батарей аккумуляторов на напряжение 12 В. В основу (см. схему) положен симисторный регулятор, опубликованный в , с дополнительно введенными маломощным диодны…

Назначение

Ниже приводятся основные области применения диодов, на примере которых становится понятно их основное назначение:

1. Диодные мосты представляют собой 4, 6 или 12 диодов, соединенных между собой, их количество зависит от типа схемы, которая может быть однофазной, трехфазной полумостовой или трехфазной полномостовой. Они выполняют функции выпрямителей, такой вариант чаще всего используется в автомобильных генераторах, поскольку внедрение подобных мостов, а также использование вместе с ними щеточно-коллекторных узлов, позволило в значительной степени сократить размеры данного устройства и увеличить степень его надежности. Если соединение выполнено последовательно и в одну сторону, то это повышает минимальные показатели напряжения, которое потребуется для отпирания всего диодного моста.
2. Диодные детекторы получаются при комбинированном использовании данных приборов с конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы было можно выделить модуляцию с низкими частотами из различных модулированных сигналов, в том числе амплитудно-модулированной разновидности радиосигнала. Такие детекторы являются частью конструкции многих бытовых потребителей, например, телевизоров или радиоприемников.
3. Обеспечение защиты потребителей от неверной полярности при включении схемных входов от возникающих перегрузок или ключей от пробоя электродвижущей силой, возникающей при самоиндукции, которая происходит при отключении индуктивной нагрузки. Для обеспечения безопасности схем от возникающих перегрузок, применяется цепочка, состоящая из нескольких диодов, имеющих подключение к питающим шинам в обратном направлении. При этом, вход, которому обеспечивается защита, должен подключаться к середине этой цепочки. Во время обычного функционирования схемы, все диоды находятся в закрытом состоянии, но если ими было зафиксировано, что потенциал входа ушел за допустимые пределы напряжения, происходит активация одного из защитных элементов. Благодаря этому, данный допустимый потенциал получает ограничение в рамках допустимого питающего напряжения в сумме с прямым падением показателей напряжение на защитном приборе.
4. Переключатели, созданные на основе диодов, используются для осуществления коммутации сигналов с высокими частотами. Управление такой системой осуществляется при помощи постоянного электрического тока, разделения высоких частот и подачи управляющего сигнала, которое происходит благодаря индуктивности и конденсаторам.
5. Создание диодной искрозащиты. Используются шунт-диодные барьеры, которые обеспечивают безопасность путем ограничения напряжения в соответствующей электрической цепи. В совокупности с ними применяются токоограничительные резисторы, которые необходимы для ограничения показателей электрического тока, проходящего через сеть, и увеличения степени защиты.

Использование диодов в электронике на сегодняшний день весьма широко, поскольку фактически ни одна современная разновидность электронного оборудования не обходится без этих элементов.

Подключение к трансформатору

Устрοйства, пοтребляющие бοльшοй тοκ, οбычнο питаются οт сети 220 В. Напрямую прибοры подключить невозможно, пοсκοльκу напряжение для элеκтрοнных схем требуется небοльшοе, а тοκ – пοстοянный. Тοгда применяют сетевοй адаптер.

Напряжение пοнижается с пοмοщью трансфοрматοра, κοтοрый сοздает гальваничесκую развязκу между первичнοй и втοричнοй питающими цепями. За счет этοгο снижается οпаснοсть удара элеκтричесκим тοκοм и защищается аппаратура при пοявлении в схеме κοрοтκοгο замыκания.

Сοвременные адаптеры в бοльшинстве случаев рабοтают пο упрοщеннοй бестрансфοрматοрнοй схеме без гальваничесκοй развязκи, где лишнее напряжение пοглοщается на κοнденсатοре.

Блοκ питания сοстοит из двух мοдулей, где первый – этο пοнижающий трансфοрматοр, а втοрοй – диοдный мοст, преοбразующий οдин вид напряжения в другοй. Пοдбирается пοдхοдящий трансфοрматοр. Первичная οбмοтκа нахοдится с пοмοщью тестера. Ее сοпрοтивление дοлжнο быть самым бοльшим. Путем прοзвοнκи мультиметрοм в режиме измерения сοпрοтивления нахοдятся нужные κοнцы. Затем нахοдятся другие пары и делается марκирοвκа.

На первичную οбмοтκу пοдается 220 В. Тестер перевοдится в режим измерения переменнοгο напряжения, затем измеряется U на οстальных οбмοтκах. Следует выбрать или намοтать οдну на 10 В. Важнο, чтοбы напряжение не былο 12 В, пοсκοльκу пοсле емκοстнοгο фильтра οнο увеличивается на 18 %.

Трансфοрматοр пοдбирается пοд нужную мοщнοсть, пοсле чегο берется запас на 25 %. 4 диοда сκручиваются в диοдный мοст, а κοнцы прοпаиваются. Затем схема сοединяется, на выхοд пοдκлючается κοнденсатοр на 25 В и 2200 мκф (элеκтрοлит). Прοверяется рабοта устройства.

Сделать диодный мост можно самостоятельно, если внимательно изучить принцип работы устройства. Если все правила подключения и изготовления будут соблюдены, то работать мостик будет обязательно.

6 » Максимальный импульсный ток

Этот пункт логичнее было указать вторым, но я его опустил по причине упорядочивания по важности характеристик диода. Итак, первым пунктом у нас было максимальный долговременный ток, то есть ток, величина которого постоянна во времени. Импульсный ток уже характеризует амплитудное значение силы тока

Во времени это ток может меняться, и в некоторые моменты времени быть равен нулю. Поэтому общая мощность, которая будет оседать на диоде при прохождении через него импульсного тока будет меньше, чем та, которая была бы при долговременном токе. К примеру, для диода 1N4007 при длительности импульса 3.8 мс величина тока равна 30 ампер. И тут мы видим ощутимую разницу. Если при длительном токе диод может выдерживать до 1 ампера, то при импульсном это значение увеличилось аж в 30 раз

Импульсный ток уже характеризует амплитудное значение силы тока. Во времени это ток может меняться, и в некоторые моменты времени быть равен нулю. Поэтому общая мощность, которая будет оседать на диоде при прохождении через него импульсного тока будет меньше, чем та, которая была бы при долговременном токе. К примеру, для диода 1N4007 при длительности импульса 3.8 мс величина тока равна 30 ампер. И тут мы видим ощутимую разницу. Если при длительном токе диод может выдерживать до 1 ампера, то при импульсном это значение увеличилось аж в 30 раз.

Видео по этой теме:

P.S. Это и были основные характеристики диодов, которые будут работать в диодном мосте, на которые нужно обращать внимание при выборе. Хотя если свести к еще большей простоте, то для обычных трансформаторных блоков питания важны две характеристики, это максимальный длительный ток и обратное напряжение (первый и второй пункт в моей статье). Все остальные параметры обычно у современных диодов достаточно велики и их более чем достаточно для всех диодных мостов, которые могут быть использованы для простых блоков питания

Все остальные параметры обычно у современных диодов достаточно велики и их более чем достаточно для всех диодных мостов, которые могут быть использованы для простых блоков питания.

Вынос диодного мостика генератора

Частый ремонт узла выпрямителя неизбежен при экстремальной эксплуатации внедорожника – преодоление рек, «грязевые ванны» авто на рыбалке и охоте. Поэтому данная категория автовладельцев решает проблему кардинально, вынося выпрямитель заодно с реле регулятором напряжения в отдельный узел, повыше под капотом.

Например, на нижнем фото показан диодный мост автомобильного генератора внутри корпуса фильтра воздушного.

Рис. 14 Выносной диодный мост в корпусе фильтра

Основными нюансами тюнинга в данном случае являются:

• корпус фильтра предохраняет электронику от влаги;
• полностью решена проблема охлаждения;
• повышена ремонтопригодность узла, не нужно разбирать генератор;
• усилены клеммы, использован провод большего сечения;
• термоусадочный материал не подвергался высокотемпературной обработке, поэтому жгут внутри него сохранил мягкость;
• использован мост на 8 диодах 90 А.

При необходимости выносной узел можно смонтировать внутри салона, например, за пассажирским сиденьем.

Принцип работы диодного моста

Природа переменного напряжения такова, что оно по принципу волны меняет плюсовой всплеск на минусовой. Но для работы приборов с постоянным источником питания такой переворот недопустим. Требуется выпрямитель, а, возможно, и стабилизатор. Мост, как заправский регулировщик направляет положительную полуволну в одну сторону, а отрицательную — в другую. Создавая, таким образом, сортирующий фильтр на пути прохождения переменного тока. На выходе диодного моста получаются периодические пульсации соответствующей полярности, а для их первичного сглаживания применяют электролитический конденсатор большой ёмкости.

Специалисты рекомендуют знать, как обжать витую пару в восемь жил.

Проверка радиоприбора

Чтобы проверить мост, понадобится взять цифровой прибор и переключить его в режим прозвонки диодов. На мультиметре этот режим соответствует символу диода. К тестеру подключается щуп чёрного цвета в гнездо COM, а красного в V/Ω. Суть проверки заключается в прозвонке переходов. Если за вывод № 1 принять положительный электрод устройства, за № 2 и 3 — входы для переменного сигнала, а за № 4 — отрицательный выход, то тестирование можно выполнить в следующем порядке:

1. Чёрным щупом дотрагиваются до первого вывода, а красным до третьего. На экране тестера должно загореться трёхзначное число, обозначающее сопротивление перехода. При смене полярности на табло должна появиться единица (бесконечность).
2. Красным щупом дотрагиваются до третьего вывода, а чёрным — до четвёртого. Тестер должен показать бесконечность, а при смене полярности должно появиться трёхзначное число.
3. К первой ноге подключается чёрный провод, а ко второй — красный. Прибор должен показать сопротивление перехода, при смене полярности — обрыв.
4. К третьему выводу подключается красный провод, к четвёртому — чёрный. Переход звониться не должен. При смене положения проводов тестер должен показать сопротивление.

Если все четыре пункта выполняются, то можно считать, что выпрямитель собран правильно и находится в работоспособном состоянии. При этом таким способом можно проверить любой полупроводниковый мост.