یکسوساز پل دیودی

مقدمه :

یکسوساز :

در پست قبل در مورد اصول کار یکسوساز و یکسوساز نیم موج و پارامترهای اساسی آن در سایت ایران پاور به طور کامل آشنا شدیم.حال در این پست میخواهیم شما را با یکسوساز پل دیودی و عملکرد و پارامتر های آن آشنا کنیم .

 

یکسوساز پل دیودی :

پل دیودی یا یکسوساز پل، مداری است که با تغییردادن پلاریته تغذیه ورودی آن، پلاریته خروجی آن تغییر نمی‌کند و معمولاً برای یکسوسازی جریان متناوب و به دست آوردن جریانِ مستقیمِ تمام‌موج استفاده می‌شود. این مدار نسبت به یکسوسازهای تمام موجی که از ترانسفورماتور سه‌سر بهره می‌برند هزینه و وزن کمتری دارد.

پل‌های دیودی را می‌توان برای ورودی‌های چندفاز متناوب مانند ورودی سه‌فاز گسترش داد. برای نمونه در یک یکسوساز نیم‌موج سه‌فاز از سه دیود و در یک یکسوساز تمام‌موج سه‌فاز از شش دیود برای تشکیل پل دیودی استفاده می‌شود.

پل های دیودی ذاتا چهار سر دارد،دو سر آن متعلق به ورودی متناوب( ac ) خود می باشد و دو سر دیگر مربوط به خروجی پل(dc) می باشد. پل دیودی از ورودی خود یک سینوسی کامل را می گیرد و نیم سیکل مثبت آن را عبور می دهد ولی نیم سیکل منفی آن را به یک نیم سیکل مثبت تبدیل می کند.

به عبارت دیگر خروجی پل دیودی از بی نهایت نیم سیکل مثبت تشکیل شده است. هنگامی که پل دیودی به تنهایی استفاده می شود،می بایست بین دو سر خروجی آن یک مقاومت به عنوان بار در پل قرار داد ولی در صورتی که در مدارات همچون rectifier قرار میگیرد لازم به مقاومت نیست و بعد از آن صافی خازنی یا خازن smoother قرار داد.

نحوه عملکرد یکسوساز پل دیودی :

نیم سیکل مثبت :

در نیم سیکل مثبت دیودهای D1 و D2 در حالت بایاس مستقیم قرار گرفته و هدایت میکنند.دیود های D3 و D4 نیز در بایاس معکوس بوده و جریان در بار به شکل زیر عبور میکند.

نیم سیکل منفی :

در نیم سیکل مثبت دیودهای D3 و D4 در حالت بایاس مستقیم قرار گرفته و هدایت میکنند.دیود های D1 و D2 نیز در بایاس معکوس بوده و جریان در بار به شکل زیر عبور میکند.

همچنین برای مشاهده کردن نحوه عملکرد آن به صورت زنده میتوانید از تصویر متحرک زیر استفاده کنید .

مقایسه یکسوساز پل دیودی و یکسوساز تمام موج ترانس سر وسط دار :

تنها تفاوت در آنالیز بین یکسوساز تمام موج و ترانس سر وسط دار در این دو مورد است :

1.در مدار یکسوساز پل ، دو دیود در هر نیم سیکل هدایت میکنند و مقاومت هدایت در مجموع دو برابر میشود .(2Rf)

2.در مدار یکسوساز پل ، Vsmax در ثانویه ی ترانسفورماتور می افتد در حالیکه در یکسوساز ترانس سر وسط دار ، Vsmax بر روی هر نیم سیم پیچی ثانویه می افتد.

بقیه ی پارامتر ها به شکل زیر بیان میشوند

پارامترها :

1.جریان حداکثر :

ولتاژ لحظه ای که به یکسوساز اعمال میشود عبارت است از :

vs =  Vsmax Sin wt

اگر فرض شود که دیود دارای مقاومت هدایت مستقیم Rf باشد و مقاومت معکوس آن بی نهایت است ،جریان عبوری از بار عبارت است از :

برای نیم سیکل اول :  i1 = Imax Sin wt  و i2 = 0

برای نیم سیکل دوم : i1 = 0 و i2 = Imax Sin wt

بنابراین :

برای کل سیکل   :    i = i1 + i2 = Imax Sin wt

که مقدار پیک جریان عبوری از بار Rl برابر است با :

(Imax = Vsmax/(2R_F + R_L

2.جریان خروجی :

برای بدست آوردن مقدار جریان خروجی میتوانیم از بازه ی 0 تا pi جریان i1 انتگرال بگیریم و یا برای بازه ی pi تا 2pi از جریان i2 انتگرال بگیریم که در هر دو صورت جواب یکی میشود و داریم :

 

3.ولتاژ خروجی DC :

متوسط ولتاژی که بر روی بار خروجی قرار میگیرد عبارت است از :

Vdc=Idc*RL=(2Imax/pi)*RL

4.مقدار موثر (RMS) جریان :

مقدار موثر جریان عبوری از بار RL به صورت زیر محاسبه میشود :

5.ولتاژ موثر (RMS) خروجی :

مقدار موثر ولتاژی که بر دو سر بار می افتد برابر است با :

6.راندمان یکسوساز:

توان منتقل شده به بار برابر است با Pdc بنابراین داریم :

 

7.ضریب یا فاکتور ریپل :

برای محاسبه ی ضریب ریپل در یکسوساز موج کامل میتوانیم با استفاده از ولتاژ موثر و ولتاژ dc موجود در خروجی این کار را انجام دهیم.

8.رگوله سازی :

رگوله سازی یا توانایی منبع تغذیه در نگهداشتن ولتاژ خروجی بین حدود معین، با وجود تغییرات در ورودی خط توان و بار خروجی.

{(V_dc = 2 I_max R_L/pi = 2V_{S max} R_L/{pi(R_F + R_L

 2V_{S max}[1 – R_F/R_F + R_L]/pi = 2V_{S max} – I_dc R_F/pi =

 

درصورت داشتن خازن در خروجی یکسوساز مقدار خازن چطور محاسبه میشود؟(درخواستی کاربران)

در بسیاری از مدارات الکترونیک قدرت خروجی یکسوساز (چه یکسوساز تک فاز و چه یکسوساز سه فاز) خازنی قرار دارد تا ولتاژ DC تقریبا ثابتی را به ادامه ی مدار ما ارائه کند.به شکل زیر توجه کنید :

حال برای محاسبه خازن خروجی داریم :

که در این فرمول ، I برابر جریان DC بار برحسب آمپر،f برابر با فرکانس شبکه ac و C نیز مقدار خازن خروجی یکسوساز است برحسب فاراد.

برای استفاده از این فرمول برای محاسبه مقدار خازن کافیست جریان بار مورد نیاز، فرکانس شبکه(50هرتز) و مقدار ریپل ولتاژ مورد نظر خود(معمولا 10 درصد ولتاژ متوسط و در کاربردهای حساس تر ، در حدود 3 تا 5 درصد ولتاژ متوسط در نظر گرفته میشود) جایگذاری کنید.

برای مثال ، اگر مقدار 10 آمپر و 5 ولت ریپل را بخواهیم داشته باشیم و فرکانس شبکه ی ما نیز 50 هرتز باشد ،آنگاه مقدار خازن مورد نیاز برابراست با : C=10/(2*5*50)=0.02 Farads

درصورتی که ولتاژ AC ورودی ما برق تک فاز شهر باشد ، ولتاژ خروجی یکسوساز چقدر میشود؟(درخواستی کاربران)

با فرض اینکه فرکانس برق مورد نظر شما ثابت و برابر 50 هرتز باشد و همچنین ولتاژ ورودی برق شما دارای RMS ثابت و برابر با 220 ولت باشد ،همچنین در صورتی که فرض کنیم بار متصل کرده ی شما در خروجی یکسوساز سبب افت ولتاژ محسوسی نشود، ولتاژ خروجی یکسوساز شما برابر است با :

ولت Vrms *1.41 = 310