Диодный мост что делает

Содержание

Диодный мост электрического генератора представляет собой электросхему, в состав которой входят выпрямительные диоды. Она служит для выпрямления переменного напряжения в постоянное. Решить эту задачу может и единичный диод, но схема, собранная из нескольких полупроводников, является более эффективным техническим решением.

Чаще всего в схему моста монтируют диоды Шоттки, но это не единственно возможный вариант. Для этой цели могут использоваться и другие диоды с требуемыми рабочими характеристиками. Схема для одной фазы включает 4 (6, 12) элементов, которые могут впаиваться в плату поодиночке или сборкой. Сборка, объединяющая нужный перечень полупроводников в едином корпусе или на пластине, является технически прогрессивным вариантом.

Диодная сборка обладает рядом преимуществ, по сравнению с использованием одиночных полупроводников:

Подборка компонентов осуществляется в заводских условиях, что обеспечивает их идентичность. При использовании отдельных диодов можно столкнуться с ситуацией, что характеристики полупроводников между собой отличаются. Это может негативно сказаться на функционировании выпрямителя.
Полупроводниковая сборка заливается смолой – компаундом, который обеспечивает надежную защиту от влаги и вибраций.
Все компоненты работают в едином рабочем режиме, что сводит к минимуму выход из строя отдельного полупроводника.
Монтировать сборку гораздо проще, чем отдельные элементы.

У такого решения есть и определенные недостатки. В сборке сложно контролировать рабочие характеристики отдельного полупроводника и нельзя его заменить в случае выхода из строя. Но при правильном выборе элементов и соблюдении технологических правил при производстве сборка служит в течение длительного периода.

Принцип работы диодного моста

Назначение диодного выпрямителя – пропускать электрический ток в одном направлении и не допускать его обратное течение.

Основные этапы работы:

На вход схемы направляется переменный ток с частотой 100 Гц.
Диодный мост пропускает синусоидальный ток в прямом направлении. При этом часть синусоиды, которую схема считает обратной, меняет свой знак на противоположный.
В результате на выходе получают пульсирующий ток с количеством пульсаций, равным удвоенной частоте входящего переменного тока.

Выпрямительный блок генератора с диодным мостом выполняется в виде двух теплоотводящих пластин, изготовленных из сплава на базе алюминия. Пластины могут располагаться отдельно друг от другу или соединяться в общую конструкцию через втулки-изоляторы. В каждую пластину впаивается по 3 пары положительных и отрицательных диодов.

Выпрямитель: диодный мост

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.

Преимущества и недостатки

Кроме диодного моста существуют и другие способы преобразования переменного в постоянный ток. В сравнении с однополупериодным, двухполупериодное выпрямление обладает рядом преимуществ:

И отрицательная, и положительная полуволна синусоиды преобразуются в выходное напряжение, поэтому вся мощность трансформатора используется в наиболее оптимальной степени.
За счет большей частоты пульсации получаемое от диодного выпрямителя напряжение куда проще сглаживать при помощи фильтров.
Использование электроэнергии под нагрузкой уменьшает потери мощности на перемагничивание сердечника, возникающее из-за процессов взаимоиндукции в обмотках питающего трансформатора.
Гармоничное перераспределение кривой электротока и напряжения на выходе – за счет передачи каждого полупериода сразу двумя диодами в мосте, выходной параметр получается куда более равномерным.

К недостаткам диодного моста следует отнести и большее падение напряжения, в сравнении с однополупериодной схемой или выпрямителем с отводом из средней точки. Это обусловлено тем, что ток протекает сразу черед два полупроводниковых элемента и встречает омическое сопротивление от каждого из них. Такой недостаток может оказывать существенное влияние в слаботочных цепях, где доли ампера могут решать значение сигналов, режимы работы агрегатов и т.д. В качестве решения могут применяться диодные мосты с диодами Шотки, у которых падение прямого напряжения относительно ниже.

Еще одним недостатком является сложность определения перегоревшего звена, так как при выходе со строя хотя бы одного диода вся схема будет продолжать работать. Понять, что один из полупроводниковых элементов выпал из цепи можно лишь с помощью измерений, далеко не всегда прибор или схема отреагируют при сбое видимой неисправностью.

Практическое применение

На практике диодный мост имеет довольно широкий спектр применения – это и цифровая техника, блоки питания в персональных компьютерах, ноутбуках, различных устройствах, автомобильных генераторах, питающихся от низкого постоянного напряжения. Помимо этого их можно встретить в системах звуковоспроизведения, измерительной техники, теле- радиовещания, они устанавливаются в ряде различных устройств по всему дому. Для лучшего понимания роли диодного моста в этих приборах мы рассмотрим несколько конкретных схем, в которых он применяется.

Примеры схем с диодным мостом и их описание

Одна из наиболее простых схем с применением диодного моста – это зарядное устройство, применяемое для оборудования, питаемого низким напряжением. Один из таких вариантов рассмотрим на следующем примере

Как видите на рисунке, от понижающего трансформатора Т1 напряжение из переменного 220В преобразуется в переменное на уровне 7 – 9В. После этого пониженное напряжение подается на диодный мост VD, от которого выпрямленное через сглаживающий конденсатор С1 на микросхему КР. От микросхемы выпрямленное напряжение стабилизируется и выдается на клеммы разъема.

На рисунке выше приведен пример схемы карманного фонаря, данная модель подключается к бытовой сети 220В через розетку, что представлено соединением разъема Х1 и Х2. Далее напряжение подается на мост VD, а с него уже на микросхему DA1, которая при наличии входного питания сигнализирует об этом через светодиод HL1. После этого напряжение питания приходит на аккумулятор GB, который заряжается и затем используется в качестве основного источника питания для лампы фонарика.

Здесь представлен пример схемы сварочного агрегата, в котором диодный мост устанавливается сразу после понижающего трансформатора для выпрямления электрического тока. Из-за сложности схемы дальнейшее рассмотрение работы устройства нецелесообразно. Стоит отметить, что существуют и другие устройства с еще более сложным принципом работы – импульсные блоки питания, ШИМ модуляторы, преобразователи и т.д.

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.

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

Для чего нужен диодный мост в генераторе автотехники

Это схемотехническое решение используется в электрических схемах автомобилей и мотоциклов. Диодный мост, устанавливаемый на генераторе переменного тока, нужен для преобразования вырабатываемого им переменного напряжения в постоянное. Постоянный ток служит для подзарядки АКБ и питания всех электропотребителей, имеющихся в современном транспорте. Требуемая мощность полупроводников в мостовой схеме определяется номинальным током, вырабатываемым генератором. В зависимости от этого показателя, полупроводниковые приборы разделяют на следующие группы по мощности:

маломощные – до 300 мА;
средней мощности – от 300 мА до 10 А;
высокомощные – выше 10 А.

Для автотехники обычно применяют мосты из кремниевых диодов, способных отвечать эксплуатационным требованиям в широком температурном диапазоне – от -60°C до +150°C.

Принцип работы диодного моста

Основные этапы работы:

На вход схемы направляется переменный ток с частотой 100 Гц.
Диодный мост пропускает синусоидальный ток в прямом направлении. При этом часть синусоиды, которую схема считает обратной, меняет свой знак на противоположный.
В результате на выходе получают пульсирующий ток с количеством пульсаций, равным удвоенной частоте входящего переменного тока.

Виды диодных мостов

Полупроводниковые выпрямители могут предназначаться для одно- и трехфазных сетей. Схемы для электросетей напряжением 220 В состоят из 4 полупроводников, напряжением 380 В – из 6 полупроводниковых элементов. Принцип работы выпрямителей для одно- и трехфазных сетей идентичны.

По мощности диодные мосты разделяют на следующие серии:

малой мощности – значение номинального тока не превышает 0,3 А;
средней – 0,3 А – 10 А;
большой – свыше 10 А.

Одной из важных характеристик диодного выпрямителя является максимально допустимое напряжение, превышение которого может стать причиной выхода схемы из строя.

Как работает диодный мост?

Обозначение диодного моста на схеме.

Разновидности диодных мостов и их маркировка

Диодный мост можно собрать на дискретных диодах. Чтобы соблюсти полярность, надо обратить внимание на маркировку. В некоторых случаях метка в виде рисунка нанесена прямо на корпус полупроводникового прибора. Это характерно для изделий отечественного производства.

Зарубежные (и многие современные российские) приборы маркируются точкой или кольцом. В большинстве случаев так обозначается анод, но гарантии нет. Лучше посмотреть справочник или воспользоваться тестером.

Можно сделать мост из сборки – четыре диода объединены в одном корпусе, а соединение выводов можно выполнить внешними проводниками (например, на печатной плате). Схемы сборок могут быть разнообразными, поэтому для правильного соединения надо смотреть даташиты.

Например, у диодной сборки BAV99S, содержащей 4 диода, но имеющей только 6 выводов, внутри имеется два полумоста, соединенных следующим образом (на корпусе около вывода 1 имеется точка):

Чтобы получить полноценный мост, надо соединить внешними проводниками соответствующие выводы (красным показана трассировка дорожек в случае использования печатного монтажа):

В этом случае переменное напряжение подводится к выводам 3 и 6. Положительный полюс постоянного снимается с вывода 5 или 2, а отрицательный – 4 или 1.

И самый простой вариант – это сборка с готовым мостом внутри. Из отечественных изделий это могут быть КЦ402, КЦ405, существуют мосты-сборки зарубежного производства. Маркировка выводов во многих случаях нанесена прямо на корпус, и задача сводится только к корректному выбору по характеристикам и к безошибочному подключению. Если наружного обозначения выводов нет, придется обратиться к справочнику.

Преимущества и недостатки

Преимущества диодного моста общеизвестны:

отработанные десятилетиями схемы;
простота сборки и подключения;
несложная диагностика неисправности и простота ремонта.

В качестве недостатков надо упомянуть рост габаритов и веса схемы при увеличении мощности, а также необходимости использования радиаторов для мощных диодов. Но с этим сделать ничего нельзя – физику не обмануть. Когда эти условия станут неприемлемыми, надо решать вопрос о переходе к импульсной схеме источника питания. Кстати, мостовое включение диодов может быть использовано и в ней.

Также надо отметить форму выходного напряжения, далекую от постоянной. Для работы с потребителями, предъявляющими требования к стабильности питающего напряжения, надо использовать мост совместно со сглаживающими фильтрами, а при необходимости и стабилизаторами на выходе.