Plnovlnný středový usměrňovač

Pokud mluvíme o jednofázových diodových usměrňovačích obecně, pak středový celovlnný usměrňovač umožňuje dosáhnout nižších ztrát na samotných diodách, protože diody jsou pouze dvě.

Navíc se obvykle takové usměrňovače používají v nízkonapěťových zařízeních, kde je podstatný proud diodami, proto je v tomto ohledu výhodnější celovlnný středový obvod, protože energetické ztráty v diodách jsou úměrné čtverci průměrné hodnoty proudu, který jimi protéká.

A když vezmete v úvahu dostupnost a kvalitu Schottkyho dioda (nízký pokles napětí v propustném směru), které jsou dnes na trhu široce dostupné, je volba ve prospěch obvodu středního bodu zřejmá.

A pokud se bavíme o transformátorovo-pulsních měničích s push-pull transformátorem (můstek, polomůstek, push-pull) pracujícím na frekvencích mnohem vyšších, než je obvyklá frekvence sítě, tak zůstane pouze obvod usměrňovače se středním bodem a ne jiný.

V tomto článku se však zaměříme na výpočet usměrňovače ve vztahu k nízkému kmitočtu vedení 50 Hz, kde je usměrněný proud sinusový.

Nejprve je třeba poznamenat, že v usměrňovači, který je postaven podle tohoto schématu, nás zavazuje mít transformátor se dvěma stejnými sekundárními vinutími nebo s jedním sekundárním vinutím, ale s výstupem uprostřed (což je v podstatě stejný).

Napětí získané sériově z polovičních vinutí takového transformátoru je ve skutečnosti dvoufázové vzhledem ke středu, který při usměrnění působí jako nulový bod, protože zde vznikají dva EMF stejné velikosti, ale opačného směru. To znamená, že napětí na koncových svorkách sekundárního vinutí transformátoru, která vznikají v kterémkoli okamžiku jeho provozu, jsou fázově posunuta o 180 stupňů.

Protilehlé vývody vinutí w21 a w22 jsou připojeny k anodám diod VD1 a VD2, zatímco napětí u21 a u22 přivedené na diody jsou v protifázi.

Diody tedy vedou proud střídavě - každá během svého půlcyklu napájecího napětí: během jednoho půlcyklu má anoda diody VD1 kladný potenciál a protéká jí, zátěží a proudem i21. cívka (polocívka) w21, zatímco dioda VD2 je ve stavu zpětného předpětí, je zablokována, a proto neprotéká žádný proud přes poloviční cívku w22.

Během dalšího půlcyklu má anoda diody VD2 kladný potenciál a protéká jí, zátěží a cívkou (polocívkou) w22 proud i22, přičemž dioda VD1 je v obráceném předpětí, je uzamčena, proto proud neteče polocívkou w21.

Dosaženým výsledkem je, že proud protéká zátěží vždy ve stejném směru, to znamená, že proud je usměrněn. A každá z polovin sekundárního vinutí transformátoru se ukáže být zatížena pouze na polovinu periody dvou. Pro transformátor to znamená, že v jeho magnetickém obvodu nikdy nedochází k magnetizaci, protože magnetomotorické síly stejnosměrných složek proudů vinutí směřují opačně.

Efektivní napětí mezi středním a vzdáleným terminálem jednoho z polovičních vinutí označme jako U2. Poté se získá průměrné usměrněné napětí Ud mezi středním bodem sekundárního vinutí a bodem připojení katod diod.V tomto případě bude průměrná hodnota napětí v zátěži:

Vidíme, že průměrná hodnota usměrněného napětí souvisí s efektivní hodnotou stejným způsobem, jako je průměrná hodnota proudu vztažena k efektivní hodnotě proudu s neupraveným sinusovým napětím.

Průměrná hodnota zatěžovacího proudu se zjistí podle vzorce (kde Rd je odpor zátěže):

A protože proud protéká diodami v sérii, můžete nyní zjistit průměrný proud každé diody a amplitudu proudu pro každou diodu. Při výběru diody pro takový usměrňovač je důležité věnovat pozornost skutečnosti, že maximální přípustný proud diody je o něco vyšší než hodnota stanovená podle tohoto vzorce:

Při navrhování celovlnného středového usměrňovače je také důležité pamatovat na to, že zpětné napětí aplikované na uzamčenou diodu, zatímco druhá dioda je vodivá, dosahuje dvojnásobku amplitudy napětí poloviční cívky.Proto musí být maximální zpětné napětí pro zvolenou diodu vždy větší než tato hodnota:

Když je specifikováno výstupní (korigované) napětí Ud, pak efektivní hodnota napětí U2 sekundárního polovičního vinutí k němu bude vztažena následovně (srovnej s prvním vzorcem):

Při návrhu usměrňovače a nastavení průměrného výstupního napětí Ud, které se má získat při zátěži, je navíc nutné k němu přičíst propustný úbytek napětí na diodě Uf (je uveden v dokumentaci diody). Vynásobením poloviny průměrného zatěžovacího proudu dopředným poklesem napětí na diodě získáme množství energie, která bude nevyhnutelně muset být rozptýlena v každé ze dvou diod jako teplo:

Při výběru diod je důležité to vzít v úvahu, posoudit schopnosti pouzdra diody, zda dokáže rozptýlit tolik výkonu a zároveň neselhat. V případě potřeby budete muset provést dodatečné tepelné výpočty týkající se výběru chladičů, ke kterým budou tyto diody připojeny.