Bộ chỉnh lưu trung điểm toàn sóng

Nếu chúng ta nói về bộ chỉnh lưu điốt một pha nói chung, thì bộ chỉnh lưu toàn sóng điểm giữa cho phép bạn giảm tổn thất trên chính các điốt, vì chỉ có hai điốt.

Ngoài ra, thông thường các bộ chỉnh lưu như vậy được sử dụng trong các thiết bị điện áp thấp, trong đó dòng điện qua điốt là chủ yếu.Do đó, về mặt này, mạch trung điểm toàn sóng có lợi hơn, vì tổn thất năng lượng trong điốt tỷ lệ với bình phương trị trung bình của cường độ dòng điện chạy qua chúng.

Và khi bạn xem xét tính khả dụng và chất lượng Đi-ốt Schottky (sụt điện áp chuyển tiếp thấp) được phổ biến rộng rãi trên thị trường hiện nay, sự lựa chọn có lợi cho mạch trung điểm là hiển nhiên.

Và nếu chúng ta đang nói về bộ chuyển đổi xung biến áp với biến áp kéo đẩy (cầu, nửa cầu, kéo đẩy) hoạt động ở tần số cao hơn nhiều so với tần số mạng thông thường, thì chỉ còn lại mạch chỉnh lưu có điểm giữa và không khác.

Tuy nhiên, trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào tính toán của bộ chỉnh lưu liên quan đến tần số dòng thấp 50 Hz, trong đó dòng chỉnh lưu có dạng hình sin.

Trước hết, cần lưu ý rằng trong bộ chỉnh lưu, được chế tạo theo sơ đồ này, bắt buộc chúng ta phải có một máy biến áp có hai cuộn thứ cấp giống hệt nhau hoặc có một cuộn thứ cấp nhưng có đầu ra ở giữa (về cơ bản là giống nhau).

Điện áp thu được nối tiếp từ nửa cuộn dây của một máy biến áp như vậy thực sự là hai pha đối với điểm giữa, đóng vai trò là điểm không trong quá trình chỉnh lưu, do hai EMF có cường độ bằng nhau nhưng ngược hướng được hình thành ở đây. Nghĩa là, điện áp ở các đầu cuối của cuộn thứ cấp của máy biến áp, phát sinh tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình hoạt động của nó, đều bị lệch pha 180 độ.

Các cực đối diện của cuộn dây w21 và w22 được nối với cực dương của điốt VD1 và VD2, trong khi điện áp u21 và u22 đặt vào điốt ngược pha.

Do đó, các điốt dẫn dòng điện lần lượt - mỗi điốt trong nửa chu kỳ của điện áp cung cấp: trong một nửa chu kỳ, cực dương của điốt VD1 có điện thế dương và dòng điện i21 chạy qua nó, qua tải và qua cuộn dây (bán cuộn dây) w21, trong khi diode VD2 ở điều kiện phân cực ngược, nó bị khóa, do đó không có dòng điện chạy qua nửa cuộn dây w22.

Trong nửa chu kỳ tiếp theo, cực dương của điốt VD2 có điện thế dương và dòng điện i22 chạy qua nó, qua tải và qua cuộn dây (bán cuộn dây) w22, trong khi điốt VD1 ở trạng thái phân cực ngược, nó bị khóa, do đó dòng điện không chạy qua nửa cuộn dây w21.

Kết quả đạt được là dòng điện chạy qua tải luôn cùng chiều, tức là dòng điện đã được chỉnh lưu. Và mỗi nửa của cuộn dây thứ cấp của máy biến áp hóa ra chỉ được tải trong nửa khoảng thời gian của hai. Đối với máy biến áp, điều này có nghĩa là từ hóa không bao giờ xảy ra trong mạch từ của nó vì lực từ động của các thành phần một chiều của dòng điện cuộn dây có hướng ngược lại.

Gọi điện áp hiệu dụng giữa điểm giữa và đầu cực xa của một trong hai nửa cuộn dây là U2. Sau đó, thu được điện áp chỉnh lưu trung bình Ud giữa điểm giữa của cuộn thứ cấp và điểm kết nối của cực âm của điốt, trong trường hợp này, giá trị trung bình của điện áp trong tải sẽ là:

Ta thấy rằng giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu có quan hệ với giá trị hiệu dụng giống như giá trị trung bình của dòng điện có quan hệ với giá trị hiệu dụng của dòng điện có điện áp hình sin chưa chỉnh lưu.

Giá trị trung bình của dòng tải được tính theo công thức (trong đó Rd là điện trở tải):

Và vì dòng điện chạy qua các điốt nối tiếp, nên bây giờ bạn có thể tìm thấy dòng điện trung bình của mỗi điốt và biên độ của dòng điện cho mỗi điốt. Khi chọn một diode cho bộ chỉnh lưu như vậy, điều quan trọng là phải chú ý đến thực tế là dòng điện tối đa cho phép của diode cao hơn một chút so với giá trị được thiết lập theo công thức này:

Khi thiết kế bộ chỉnh lưu trung điểm toàn sóng, điều quan trọng cần nhớ là điện áp ngược đặt vào một đi-ốt bị khóa trong khi đi-ốt kia đang dẫn đạt biên độ gấp đôi điện áp nửa cuộn dây.Do đó, điện áp ngược tối đa cho diode đã chọn phải luôn lớn hơn giá trị này:

Khi điện áp đầu ra (đã hiệu chỉnh) Ud được chỉ định, thì giá trị hiệu dụng của điện áp U2 của nửa cuộn thứ cấp sẽ liên quan đến nó như sau (so sánh với công thức đầu tiên):

Ngoài ra, khi thiết kế bộ chỉnh lưu và đặt điện áp đầu ra trung bình Ud đạt được khi tải, cần phải thêm vào đó điện áp chuyển tiếp giảm trên diode Uf (nó được đưa ra trong tài liệu về diode). Nhân một nửa dòng tải trung bình với điện áp chuyển tiếp giảm trên điốt sẽ cho chúng ta lượng điện năng chắc chắn sẽ bị tiêu tán ở mỗi trong số hai điốt dưới dạng nhiệt:

Khi chọn điốt, điều quan trọng là phải tính đến điều này, để đánh giá khả năng của vỏ điốt, liệu nó có thể tiêu hao nhiều điện năng như vậy mà không bị hỏng đồng thời hay không. Nếu cần, bạn sẽ cần thực hiện các tính toán nhiệt bổ sung liên quan đến việc lựa chọn bộ tản nhiệt mà các điốt này sẽ được gắn vào.