全波整流器とは:動作理論を備えた回路

問題を排除するために楽器を試してください





あなたが知っていれば 整流器とは 、次に、負荷抵抗の両端にコンデンサを接続することにより、直流電圧のリップルまたは電圧変動を低減する方法を知っているかもしれません。この方法は、 低電力アプリケーション 、ただし、安定したスムーズなDC電源を必要とするアプリケーションには適していません。これを改善する1つの方法は、他のすべての半サイクル波形ではなく、入力電圧の半サイクルごとに使用することです。これを可能にする回路は、全波整流器(FWR)と呼ばれます。全波整流器の理論を詳しく見てみましょう。半波回路と同様に、この回路の動作は、純粋にDCであるか、特定のDC電圧を持つ出力電圧または電流です。

全波整流器とは何ですか?

ACサイクル全体を脈動DCに変換するために使用される半導体デバイスは、全波整流器として知られています。この回路はi / p AC信号の全波を使用しますが、半波整流器は半波を使用します。この回路は主に、低効率の欠点などの半波整流器の欠点を克服するために使用されます。




全波整流回路

これらの整流器には、それらに比べていくつかの基本的な利点があります 半波整流器 カウンターパート。平均(DC)出力電圧は半波整流器よりも高く、この整流器の出力は半波整流器の出力よりもリップルがはるかに少なく、より滑らかな出力波形を生成します。

全波整流器図

全波整流器図



全波整流器理論

この回路では、波の半分ごとに1つずつ、合計2つのダイオードを使用します。倍数 巻線トランス 二次巻線が共通のセンタータップ接続で2つに均等に分割されているが使用されます。構成により、各ダイオードは、そのアノード端子がトランスの中心点Cに対して正の場合、両方の半サイクル中に出力を生成します。この整流器の利点は、半波整流器の利点と比較して柔軟性があります。

全波整流器理論

全波整流器理論

この回路は、単一の負荷抵抗(RL)に接続された2つのパワーダイオードで構成され、各ダイオードが負荷抵抗に電流を供給します。トランスの点Aが点Aに対して正の場合、ダイオードD1は矢印で示すように順方向に導通します。点BがC点に対してサイクルの負の半分で正の場合、ダイオードD2は順方向に導通し、抵抗Rを流れる電流は波の両方の半サイクルで同じ方向になります。

抵抗Rの両端の出力電圧は、2つの波形のフェーザ和であり、2相回路としても知られています。各ダイオードによって開発された各半波の間のスペースは、現在、他のダイオードによって埋められています。負荷抵抗の両端の平均DC出力電圧は、単一の半波整流回路の2倍になり、損失がないと仮定すると、ピーク電圧の約0.637Vmaxになります。 VMAXは二次巻線の半分の最大ピーク値であり、VRMSはRMS値です。


全波整流器の動作

出力波形のピーク電圧は、各半分に提供される半波整流器の場合と同じです。 トランス巻線 同じRMS電圧を持っています。異なるDC電圧出力を得るには、異なる変圧器比を使用できます。このタイプの整流回路の欠点は、2つの別々であるが同一の二次巻線を備えた特定の電力出力用のより大きなトランスが必要なため、このタイプの全波整流回路はFWブリッジ整流回路と比較してコストがかかることです。

全波整流器の出力波形

全波整流器の出力波形

この回路は、全波整流器の動作の概要を示しています。全波整流回路と同じ出力波形を生成する回路は、全波の回路です。 ブリッジ整流器 。単相整流器は、接続された4つの個別の整流ダイオードを使用します。 閉ループ 必要な出力波を生成するためのブリッジ構成。このブリッジ回路の利点は、特別なセンタータップ付きトランスを必要としないため、サイズとコストが削減されることです。単一の二次巻線はダイオードブリッジネットワークの一方の側に接続され、負荷はもう一方の側に接続されます。

D1からD4のラベルが付いた4つのダイオードは直列ペアに配置され、各半サイクル期間中に2つのダイオードのみが電流を流します。電源の正の半サイクルが進むと、D1、D2ダイオードが直列に導通し、ダイオードD3とD4が逆バイアスされ、電流が負荷に流れます。負の半サイクルの間、D3とD4のダイオードは直列に導通し、ダイオードD1とD2は逆バイアス構成になっているため、スイッチがオフになります。

負荷を流れる電流は単方向モードであり、負荷の両端に発生する電圧も、前の2つのダイオード全波整流器モデルと同じように一方向電圧です。したがって、負荷両端の平均DC電圧は0.637Vです。各半サイクル中に、電流は1つのダイオードではなく2つのダイオードを流れるため、出力電圧の振幅は入力VMAX振幅より1.4V小さい2つの電圧降下になり、リップル周波数は50Hzの供給周波数100Hzの2倍になります。電源または60Hz電源の場合は120Hz。

全波整流器の種類

これらは、センタータップ付き全波整流器とブリッジ整流器回路の2つの形式で利用できます。全波整流器の各タイプには独自の機能が含まれているため、これらはさまざまなアプリケーションで使用されます。

  • センタータップ全波整流器
  • 全波ブリッジ整流器

センタータップ全波整流器

この種の整流器は、ABが中心点「C」でタップされ、D1、D2などの2つのダイオードが回路の上部と下部に接続されている2次巻線を介したタップ付きトランスで構築できます。信号の整流には、D1ダイオードは2次巻線の上側に現れるAC電圧を使用しますが、D2ダイオードは巻線の下側を使用します。この種の整流器は、熱電子バルブや真空管で広く使用されています。

センタータップFWR

センタータップFWR

センタータップ全波整流回路を以下に示します。回路では、AC電源が有効になると、VinのようなAC電圧が変圧器の2次巻線のABのような2つの端子に流れます。

全波ブリッジ整流回路

ブリッジ整流器の全波整流器は、4つの整流ダイオードで設計できます。センタータップは使用していません。名前が示すように、回路にはブリッジ回路が含まれています。回路内の4つのダイオードの接続は、閉ループブリッジのパターンで行うことができます。この整流器は、センタータップ付きトランスがないため、コストが低く、サイズも小さくなっています。

FWブリッジ整流回路

FWブリッジ整流回路

この回路で使用されるダイオードの名前はD1、D2、D3、D4で、回路に供給される上半周期または下半周期に基づいて、D1とD3またはD2とD4のように4つではなく、2つのダイオードが同時に導通します。

全波整流器と半波整流器の違い

さまざまなパラメータに基づいて、全波整流器と半波整流器の違いについて以下で説明します。これら2つの整流器の違いは次のとおりです。

半波整流器 全波整流器
半波整流器電流は、印加された入力の正の半サイクルの間のみであるため、一方向の特性を示します。全波整流器は、入力信号の両方の半分が同時に動作するため、双方向の特性を示します。
この半波整流回路は、1つのダイオードを使用して構築できますこの全波整流回路は、2つまたは4つのダイオードで構築できます
HWRのトランス使用率は0.287ですFWRのトランス使用率は0.693です。
HWRの基本的なリップル周波数は「f」ですFWEの基本的なリップル周波数は「2f」です
半波整流器のピーク逆電圧は、供給された入力値で高くなります。全波整流器のピーク逆電圧は、供給された入力値の2倍です。
半波整流器の電圧調整は良好です半波整流器の電圧調整が優れています
半波整流器のピーク係数は2ですこの整流器のピーク係数は1.414です
この整流器では、トランスコアの飽和が可能ですこの整流器では、トランスコアの飽和は不可能です
HWRのコストはより少ないですFWRのコストは高い
HWRでは、センタータップは必要ありませんFWRでは、センタータップが必要です
この整流器のリップル係数はもっとこの整流器のリップル係数は小さいです
HWRのフォームファクタは1.57ですFWRのフォームファクタは1.11です
整流に使用される最高効率は40.6%です整流に使用される最高効率は81.2%です
HWRの平均電流値はImav /πです。FWRの平均電流値は2Imav /πです。

全波整流器の特性

全波整流器の特性を以下に説明します。

  • リップルファクター
  • フォームファクタ
  • DC出力電流
  • ピーク逆電圧
  • 負荷電流IRMSの二乗平均平方根値
  • 整流器の効率

リップルファクター

リップル係数は、リップル電圧と純粋なDC電圧の比率として定義できます。これの主な機能は、o / p DC信号内の既存のリップルを測定することであるため、リップル係数に基づいてDC信号を示すことができます。リップル係数が高い場合は、脈動するDC信号が高いことを示しています。同様に、リップル係数が低い場合は、脈動するDC信号が低いことを示します。

Γ=√(VrmsVDC)-1

ここで、γ= 0.48です。

フォームファクタ

全波整流器のフォームファクタは、電流のRMS値とDC出力電流の比率として定義できます。

フォームファクタ=電流のRMS値/ DC出力電流。

全波整流器の場合、フォームファクタは1.11です。

DC出力電流

RLのようなo / p負荷抵抗でのD1とD2のような両方のダイオードの電流の流れは同じ方向です。したがって、o / p電流は両方のダイオードの電流量です

D1ダイオードを介して生成される電流はImax /πです。

D2ダイオードを介して生成される電流はImax /πです。

したがって、o / p電流 (私DC)= 2Imax /π

どこ、

「Imax」は最大DC負荷電流です

ピーク逆電圧(PIV)

ピーク逆電圧またはPIVは、ピーク逆電圧とも呼ばれます。これは、ダイオードが逆バイアス状態で最大電圧に耐えられる場合と定義できます。印加電圧がPIVと比較して高い場合、ダイオードは永久に破壊されます。

PIV = 2Vs最大

DC出力電圧

DC o / p電圧は、負荷抵抗(RL)に現れる可能性があり、次のように与えることができます。 VDC = 2Vmax /π

どこ、

「Vmax」は最大二次電圧です。

RMS

全波整流器の負荷電流の二乗平均平方根値は次のとおりです。

RMS=Im√2

VRMS

全波整流器のo / p負荷電圧の二乗平均平方根値は次のとおりです。

VRMS= IRMS×RL=イム/√2×RL

整流器の効率

整流器の効率は、DC o / p電力とACi / p電力の割合として定義できます。整流器の効率は、ACをDCに効率的に変換する方法を示します。整流器の効率が高い場合は良好な整流器と呼ばれ、効率が低い場合は非効率的な整流器と呼ばれます。

Η=出力(PDC)/入力(P交流

この整流器の効率は81.2%で、半波整流器の2倍です。

利点

ザ・ 全波整流器の利点 以下のものが含まれます。

  • 半波と比較して、この回路はより効率的です
  • この回路は両方のサイクルを使用するため、o / p電力内で損失はありません。
  • 半波整流器と比較して、この整流器のリップル係数は小さいです
  • 両方のサイクルが整流に使用されると、i / p電圧信号内で失われることはありません。
  • 4つの個別のパワーダイオードを使用して全波ブリッジを作成できます。既製のブリッジ整流器コンポーネントは、さまざまな電圧および電流サイズで市販されており、直接はんだ付けできます。 PCB回路基板 またはスペードコネクタで接続します。
  • 全波ブリッジは、出力波形が入力電源の周波数の2倍である一方で、重ね合わされたリップルが少ない、より大きな平均DC値を提供します。したがって、ブリッジ回路の出力に適切な平滑コンデンサを接続して、平均DC出力レベルをさらに高くします。
  • 全波ブリッジ整流器の利点は、特定の負荷に対するACリップル値が小さく、同等の半波回路よりもリザーバまたは平滑コンデンサが小さいことです。リップル電圧の基本周波数は、AC電源周波数100Hzの2倍ですが、半波の場合、電源周波数50Hzとまったく同じです。
  • ブリッジの出力端子に大幅に改良されたπフィルタを追加することにより、ダイオードによってDC電源電圧の上に重畳されるリップル電圧の量を実質的に排除することができます。ローパスフィルタは、同じ値の2つの平滑コンデンサと、それらの両端のチョークまたはインダクタンスで構成され、交流リップル成分に高インピーダンスパスを導入します。
  • 別の方法は、LM78xxなどの既製の3端子電圧レギュレータICを使用することです。ここで、「xx」は正の出力電圧の出力電圧定格を表し、その逆の等価物は、リップルを減らすことができる負の出力電圧のLM79xxです。 1アンペア以上の一定の出力電流を供給しながら70dB以上のデータシート。
  • 直流電圧で動作する部品の直流電圧を取得するための基本部品です。全波整流器プロジェクトとしてのその働きを説明することができます。
  • これは回路の心臓部であり、ダイオードブリッジを使用しています。コンデンサは波紋を取り除くために使用されます。 D.C電圧の要件に基づいています。

短所

ザ・ 全波整流器の欠点 以下のものが含まれます。

  • 回路を設計するために4つのダイオードを使用します
  • この回路は、2つのダイオードの接続を直列に行うことができ、内部抵抗のために2倍の電圧降下を提供するため、小さな電圧を補正する必要がある場合は常に使用されません。
  • 半波に比べると複雑です。
  • ダイオードのピーク逆電圧が高いため、これらは大きく、コストがかかります。
  • この整流器は、マイナー巻線の上にセンタータップを配置するのに複雑です。
  • 各ダイオードはトランスの2次電圧の半分を使用するため、DC o / pはわずかです。

アプリケーション

ザ・ 全波整流器のアプリケーション 以下のものが含まれます。

  • この種の整流器は、主に変調無線信号の振幅を識別するために使用されます。
  • 電気溶接では、分極DC電圧はブリッジ整流器を介して供給することができます
  • ブリッジ整流回路は、電圧を高ACから低DCに変換できるため、さまざまなアプリケーションの電源回路で使用されます。
  • これらの整流器は、LEDやモーターと同様のDC電圧で機能するデバイスに電源を供給するために使用されます。

したがって、これはすべて、全波整流器、回路、動作、特性、長所、短所、およびそのアプリケーションの概要に関するものです。ここにあなたへの質問があります、異なるタイプの整流器は何ですか?