Polnovalni srednji usmernik

Če govorimo o enofaznih diodnih usmernikih na splošno, potem polnovalni usmernik srednje točke omogoča manjše izgube na samih diodah, saj sta diodi samo dve.

Poleg tega se običajno takšni usmerniki uporabljajo v nizkonapetostnih napravah, kjer je tok skozi diode bistvenega pomena.Zato je s tega vidika ugodnejše polvalovno sredinsko vezje, saj so izgube energije v diodah sorazmerne kvadratu povprečne vrednosti toka, ki teče skozi njih.

In če upoštevate razpoložljivost in kakovost Dioda Schottky (nizek padec napetosti naprej), ki so danes široko dostopni na trgu, je izbira v korist srednjega vezja očitna.

In če govorimo o transformatorsko-impulznih pretvornikih s potisnim transformatorjem (most, pol-most, potisni-pull), ki delujejo na frekvencah, ki so veliko višje od običajne omrežne frekvence, potem ostane samo usmerniško vezje s srednjo točko in ne drugo.

Vendar se bomo v tem članku osredotočili na izračun usmernika glede na nizko omrežno frekvenco 50 Hz, kjer je usmerjeni tok sinusoiden.

Najprej je treba opozoriti, da nas v usmerniku, ki je zgrajen po tej shemi, zavezuje transformator z dvema enakima sekundarnima navitjema ali z enim sekundarnim navitjem, vendar z izhodom na sredini (kar je v bistvu enako).

Napetost, dobljena zaporedno iz polnavitij takšnega transformatorja, je pravzaprav dvofazna glede na srednjo točko, ki med rektifikacijo deluje kot ničelna točka, saj se tu tvorita dve EMF, ki sta enaki po velikosti, vendar nasprotni smeri. To pomeni, da so napetosti na končnih sponkah sekundarnega navitja transformatorja, ki nastanejo v katerem koli trenutku njegovega delovanja, fazno premaknjene za 180 stopinj.

Nasprotni sponki navitij w21 in w22 sta povezani z anodama diod VD1 in VD2, medtem ko sta napetosti u21 in u22, ki se uporabljata za diode, v protifazi.

Zato diode prevajajo tok izmenično - vsaka v svojem polciklu napajalne napetosti: v enem polciklu ima anoda diode VD1 pozitiven potencial in tok i21 teče skozi njo, skozi breme in skozi tuljava (poltuljava) w21, medtem ko je dioda VD2 v stanju reverzne prednapetosti, je zaklenjena, zato skozi polovično tuljavo w22 ne teče tok.

V naslednjem polciklu ima anoda diode VD2 pozitiven potencial in tok i22 teče skozi njo, skozi obremenitev in skozi tuljavo (poltuljavo) w22, medtem ko je dioda VD1 v reverzno prednapetem stanju, je zaklenjena, zato tok ne teče skozi poltuljavo w21.

Dosežen rezultat je, da tok teče skozi breme vedno v isti smeri, to pomeni, da je tok usmerjen. In vsaka polovica sekundarnega navitja transformatorja se izkaže, da je obremenjena le za polovico obdobja dveh. Za transformator to pomeni, da v njegovem magnetnem krogu nikoli ne pride do magnetizacije, ker so magnetomotorne sile enosmernih komponent tokov navitij usmerjene nasprotno.

Označimo efektivno napetost med srednjo točko in oddaljenim priključkom enega od polnavitij kot U2. Nato dobimo povprečno popravljeno napetost Ud med srednjo točko sekundarnega navitja in priključno točko katod diod.V tem primeru bo povprečna vrednost napetosti v bremenu:

Vidimo, da je povprečna vrednost popravljene napetosti povezana z efektivno vrednostjo na enak način, kot je povprečna vrednost toka povezana z efektivno vrednostjo toka z neuspravljeno sinusno napetostjo.

Povprečna vrednost obremenitvenega toka se določi po formuli (kjer je Rd upor obremenitve):

In ker tok teče skozi diode zaporedno, lahko zdaj najdete povprečni tok vsake diode in amplitudo toka za vsako diodo. Pri izbiri diode za takšen usmernik je pomembno biti pozoren na dejstvo, da je največji dovoljeni tok diode nekoliko višji od vrednosti, določene po tej formuli:

Pri načrtovanju polnovalne srednje točke usmernika je pomembno tudi vedeti, da povratna napetost, ki se uporablja za zaklenjeno diodo, medtem ko druga dioda prevaja, doseže dvakratno amplitudo napetosti poltuljave.Zato mora biti največja povratna napetost za izbrano diodo vedno večja od te vrednosti:

Ko je podana izhodna (popravljena) napetost Ud, bo efektivna vrednost napetosti U2 sekundarnega polnavitja povezana z njo na naslednji način (primerjaj s prvo formulo):

Poleg tega je treba pri načrtovanju usmernika in nastavitvi povprečne izhodne napetosti Ud, ki jo dobimo pod obremenitvijo, dodati še padec napetosti naprej na diodi Uf (podan je v dokumentaciji diode). Če pomnožimo polovico povprečnega obremenitvenega toka s padcem napetosti naprej na diodi, dobimo količino moči, ki se bo neizogibno morala razpršiti v vsaki od dveh diod kot toplota:

Pri izbiri diod je pomembno to upoštevati, oceniti zmožnosti ohišja diode, ali lahko odvaja toliko moči in pri tem ne odpove. Po potrebi boste morali narediti dodatne toplotne izračune glede izbire hladilnikov, na katere bodo te diode pritrjene.