Usměrňovače s násobičem napětí

Usměrňovač je zařízení pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný, jakož i pro stabilizaci a regulaci usměrněného napětí.

Ve schématu na Obr. 1 a transformátor nemá dvounapěťové zesilovací vinutí se středním bodem, ale zároveň plné usměrnění vlny usměrňovač zdvojnásobí napětí.

Během prvního půlcyklu se přes diodu D1, jejíž napětí je přímé, nabíjí kondenzátor C1 přibližně na amplitudové napětí sekundárního vinutí. Během druhé půlperiody bude propustné napětí na diodě D2 a kondenzátor C2 se přes ni nabije stejným způsobem.

Kondenzátory C1 a C2 jsou zapojeny do série a celkové napětí na nich se přibližně rovná dvojnásobku amplitudového napětí transformátoru. Na každé diodě bude stejné maximální zpětné napětí. Současně s nabíjením kondenzátorů C1 a C2 dochází k jejich vybíjení přes zátěž R, v důsledku čehož klesá napětí v kondenzátorech.

Čím nižší je zatěžovací odpor R, to znamená, čím větší je zatěžovací proud a čím nižší je kapacita kondenzátorů C1 a C2, tím rychleji se vybíjejí a tím je na nich nižší napětí. Proto je nemožné prakticky zdvojnásobit napětí. S kapacitou kondenzátoru alespoň 10 μF a zatěžovacím proudem ne větším než 100 mA lze získat napětí, které je 1,7 nebo dokonce 1,9krát vyšší, než udává transformátor.

Rýže. 1. Usměrňovací obvody s dvojnásobným (a) a čtyřnásobným (b) napětím

Výhodou obvodu je, že kondenzátory vyhlazují zvlnění v usměrněném proudu.

Usměrňovací obvody s násobičem napětí lze použít libovolněkrát. Na Obr. 1b znázorňuje obvod, který ztrojnásobuje napětí a má čtyři diody a čtyři kondenzátory. V lichých půlcyklech se kondenzátor C1 nabíjí přes diodu D1 téměř na špičkovou hodnotu napětí transformátoru Et. Nabitý kondenzátor C1 je sám zdrojem.

Proto i v půlcyklech, pro které bude polarita napětí transformátoru obrácená, se kondenzátor C2 nabije přes diodu D2 na přibližně dvojnásobek napětí 2Em. Toto napětí je maximální hodnota celkového napětí sériově zapojeného transformátoru a kondenzátoru C1.

Obdobně se kondenzátor C3 nabíjí v lichých půlcyklech přes diodu D3 také na napětí 2Em, což je celkové napětí sériově zapojených C1, transformátoru a C2 (je třeba mít na paměti, že napětí C1 a C2 na sebe působí).

Podobně dále zjistíme, že kondenzátor C4 se bude nabíjet i půlcykly přes diodu D4.Opět k napětí 2Em což je součet napětí C1, C3, transformátoru a C2. Kondenzátory jsou samozřejmě nabíjeny na specifikovaná napětí postupně během několika půlcyklů po zapnutí usměrňovače. Výsledkem je, že z kondenzátorů C1 a C4 můžete získat čtyřnásobné napětí 4Et.

Současně s kondenzátory C1 a C3 můžete získat trojnásobné napětí ZET. Přidáme-li do obvodu více kondenzátorů a diod zapojených podle stejného principu, pak z řady kondenzátorů C1, C3, C5 atd. získáme napětí, která se zvýší lichým počtem (3, 5, 7 , atd. n.), a z řady kondenzátorů C2, C4, C6 atd. bude možné získat napětí zvýšená o sudý počet krát (2, 4, 6 atd.).

Při zapnutí zátěže se kondenzátory vybijí a napětí na nich se sníží.Čím nižší je odpor zátěže, tím rychleji se kondenzátory vybijí a napětí na nich bude klesat. Proto s nedostatečně velkými odpory zatížení se použití takových schémat stává iracionálním.

V praxi taková schémata poskytují efektivní násobení napětí pouze při nízkých zatěžovacích proudech. Samozřejmě můžete získat vyšší proudy, pokud zvýšíte kapacitu kondenzátorů. Výhodou výše uvedeného schématu je schopnost získat vysoké napětí bez vysokonapěťového transformátoru. Kromě toho musí mít kondenzátory provozní napětí pouze 2Em, bez ohledu na to, kolikrát je napětí násobeno, a každá dioda pracuje při maximálním zpětném napětí pouze 2Em.

Části usměrňovače

Diody se volí podle jejich hlavních parametrů: maximální usměrněný proud I0max a omezující zpětné napětí Urev. V případě přítomnosti kondenzátoru na vstupu filtru by efektivní hodnota napětí sekundárního vinutí transformátoru U2 ve všech obvodech usměrňovače, kromě můstkového obvodu, neměla překročit — 35 % hodnoty Urev. V celovlnném obvodu s nulovým bodem se napětí U2 vztahuje k polovině vinutí. V můstkovém obvodu by y nemělo překročit 70 % hodnoty Urev.

Pro korekci vyšších napětí se příslušný počet diod zapojí do série.

Když jsou germaniové a křemíkové diody zapojeny do série, je s nimi nutně manipulováno s odpory o stejném odporu v řádu desítek nebo stovek kiloohmů (obr. 2). Pokud se tak nestane, pak v důsledku značného rozptylu zpětného odporu diod je zpětné napětí mezi nimi nerovnoměrně rozloženo a je možný průraz diody. A v přítomnosti bočníkových rezistorů je zpětné napětí prakticky rovnoměrně rozděleno mezi diody.

Paralelní zapojení diod za účelem získání velkých proudů je nežádoucí, protože vlivem rozprostření parametrů a charakteristik jednotlivých diod budou proudem zatěžovány nerovnoměrně. Pro vyrovnání proudů se v tomto případě zapojují vyrovnávací odpory do série s jednotlivými diodami, jejichž odpory se volí empiricky.

U usměrňovacích transformátorů má primární vinutí obvykle několik sekcí přepínajících na síťové napětí 110, 127 a 220 V.

Rýže. 2. Sériové zapojení polovodičových diod

Rýže. 3.Způsoby nastavení napětí

Sekundární vinutí je dimenzováno na požadované napětí. S celovlnným obvodem má středový výstup. Pro snížení rušení ze sítě v usměrňovacích transformátorech napájejících přijímače je mezi primární a sekundární vinutí umístěna stínící cívka, jejíž jeden konec je připojen ke společnému záporu.

Tlumivky pro filtr mají zpravidla v jádru diamagnetická mezera k odstranění magnetické saturace, což vede ke snížení indukčnosti. Odpor indukční cívky vůči stejnosměrnému proudu se obvykle rovná několika desítkám nebo stovkám ohmů. Část usměrněného napětí dopadá na něj a na zvyšovací vinutí transformátoru.

Pro automatické vypnutí usměrňovače v případě nouze je v obvodu síťového vinutí instalován vypínač a pojistka. Pokud se například rozbije filtrační kondenzátor, dojde ke zkratu v obvodu usměrněného proudu. Primární proud bude výrazně vyšší než normálně a pojistka se přepálí. Bez něj může transformátor shořet. Navíc je takový zkrat velmi nebezpečný pro diodu, která může být zničena přehřátím příliš velkým proudem.

Někdy je primární vinutí transformátoru vyrobeno s výstupy pro různá napětí, např. 190, 200, 210, 220 a 230 V, takže pomocí přepínače bylo možné udržet přibližně konstantní napětí usměrňovače pomocí spínač při kolísání síťového napětí (obr. 3, a).Dalším způsobem regulace je zařazení regulačního autotransformátoru, který má výstupy pro různá napětí a spínač.

Zapnout regulační autotransformátor umožňuje při snížení síťového napětí přivádět normální napětí na primární vinutí výkonového transformátoru (obr. 3, b) Existují i ​​speciální nastavovací autotransformátory pro síťové napětí 127 a 220 V, umožňující plynulé nastavení napětí od 0 až 250 V.

Při práci s usměrňovačem, zejména pokud dává vysoké napětí, je třeba přijmout opatření, protože zranění osoby napětím několika set voltů je životu nebezpečné.

Obr. 4. Zapnutí děliče pro tři různá napětí

Všechny vysokonapěťové části usměrňovače musí být chráněny před náhodným dotykem. Nikdy se nedotýkejte žádné části usměrňovače v provozu. Všechna připojení nebo změny v obvodu usměrňovače se provádějí, když je usměrňovač vypnutý a filtrační kondenzátory jsou vybité. Na usměrněné napětí je vhodné zařadit neonku jako indikátor (ukazatel) vysokého napětí. Jeho záře indikuje přítomnost vysokého napětí.

Neonová lampa se zapíná omezovacím odporem s odporem několika desítek kiloohmů. Přítomnost konstantní zátěže ve formě takové lampy chrání filtrační kondenzátory před přepětím. K tomu druhému může dojít, pokud usměrňovač běží na volnoběh. Bez zátěže nedochází uvnitř usměrňovače k ​​žádnému poklesu napětí, a proto bude napětí na filtračních kondenzátorech maximální.

Přečtěte si také: Napěťová rezonance