Penerus jambatan diod ialah litar yang menukar AC kepada DC menggunakan empat diod yang disusun dalam jambatan. Ia berfungsi semasa kedua-dua kitaran positif dan negatif, menjadikannya lebih cekap daripada jenis separuh gelombang. Artikel ini menerangkan fungsinya, voltan keluaran, pemilihan, kecekapan, penggunaan pengubah, kawalan riak dan aplikasi secara terperinci.
CC4. Pemilihan dan Penarafan Jambatan Diod
Penerus Jambatan Diod
Penerus jambatan diod ialah litar yang menukar arus ulang-alik (AC) kepada arus terus (DC). Ia menggunakan empat diod yang disusun dalam bentuk khas yang dipanggil jambatan. Tujuan persediaan ini adalah untuk memastikan arus elektrik sentiasa bergerak ke satu arah melalui beban.
Dalam AC, arus berubah arah berkali-kali setiap saat. Penerus jambatan berfungsi semasa kedua-dua bahagian positif dan negatif kitaran ini. Ini menjadikannya lebih cekap daripada penerus separuh gelombang, yang hanya berfungsi semasa separuh kitaran. Hasilnya ialah aliran DC yang stabil yang boleh digunakan oleh peranti elektronik.
Fungsi Utama Penerus Jambatan Diod
Semasa separuh kitaran positif input AC, dua daripada diod mengalir dan membenarkan arus mengalir melalui beban. Apabila input bertukar kepada separuh kitaran negatif, dua diod lain dihidupkan dan membimbing arus ke arah yang sama melalui beban. Pengaliran berselang-seli ini memastikan beban sentiasa menerima arus yang mengalir dalam satu arah, menghasilkan output DC berdenyut. Apabila kapasitor atau penapis ditambah pada litar, DC berdenyut dilicinkan, menghasilkan voltan DC yang lebih stabil dan berterusan.
Voltan Keluaran Jambatan Diod
Purata Output DC
Voltan keluaran DC purata, diwakili oleh formula
ialah voltan purata yang diukur merentasi beban selepas pembetulan. Ia mewakili tahap DC berkesan output berdenyut dan membantu menerangkan jumlah arus terus yang boleh digunakan yang dihasilkan litar daripada input berselang-seli.
Nilai 3.2 RMS
Voltan RMS (Root Min Square) dikira menggunakan formula
RMS ialah kaedah menentukan voltan stabil setara yang menyampaikan kuasa yang sama seperti bentuk gelombang AC. Ia memberikan pemahaman yang lebih realistik tentang kesan pemanasan atau keupayaan kuasa isyarat yang diperbetulkan, kerana ia mencerminkan jumlah tenaga yang boleh dihantar oleh isyarat kepada beban dari semasa ke semasa.
DC Berkesan dengan Titisan Diod
Dalam litar praktikal, diod sebenar tidak sempurna dan memperkenalkan penurunan voltan. Output DC berkesan memandangkan titisan ini boleh dinyatakan sebagai
Setiap laluan pengalir dalam jambatan melibatkan dua diod, dan kedua-duanya menyumbang kepada penurunan voltan yang mengurangkan output DC sebenar.
• Untuk diod silikon, Vf ≈ 0.7 V
• Untuk diod Schottky, Vf ≈ 0.3 V
Ini mengurangkan output DC sebenar berbanding dengan kes yang ideal.
Pemilihan dan Penarafan Jambatan Diod
Faktor untuk Pemilihan Diod
• Penarafan Arus Hadapan (Jika): Penarafan arus berterusan diod hendaklah melebihi arus beban DC maksimum. Sentiasa pilih dengan margin 25-50% untuk keselamatan.
• Penarafan Arus Lonjakan (Ifsm): Semasa permulaan, terutamanya apabila mengecas kapasitor penapis besar, diod menghadapi lonjakan masuk beberapa kali lebih tinggi daripada arus tetap. Penarafan Ifsm yang tinggi memastikan diod tidak akan gagal di bawah denyutan ini.
• Voltan Songsang Puncak (PIV): Setiap diod mesti menahan puncak AC maksimum apabila berat sebelah terbalik. Peraturan umum ialah memilih PIV sekurang-kurangnya 2–3 kali ganda voltan AC input RMS.
• Penurunan Voltan Hadapan (Vf): Vf yang lebih rendah bermakna kurang kehilangan kuasa dan pemanasan. Diod Schottky mempunyai Vf yang sangat rendah tetapi biasanya had PIV yang lebih rendah, manakala diod silikon adalah standard untuk aplikasi voltan tinggi.
Diod yang biasa digunakan untuk penerus jambatan
| Diod / Modul | Penarafan Semasa | Voltan Puncak |
|---|---|---|
| 1N4007 | 1 A | 1000 V |
| 1N5408 | 3 A | 1000 V |
| KBPC3510 | 35 A | 1000 V |
| Schottky (1N5819) | 1 A | 40 V |
Kecekapan Jambatan Diod dan Pengurusan Haba
Punca Kerugian
Dalam jambatan gelombang penuh, arus mengalir melalui dua diod pada satu masa. Setiap titisan biasanya 0.6–0.7 V untuk diod silikon atau 0.2–0.4 V untuk jenis Schottky. Jumlah kuasa yang hilang sebagai haba boleh dikira:
Jika haba tidak diuruskan, suhu persimpangan meningkat, yang mempercepatkan haus diod dan boleh menyebabkan kegagalan bencana.
Strategi Pengurusan Terma
• Gunakan Peranti Low-Vf: Diod Schottky menurunkan kehilangan pengaliran terutamanya. Diod pemulihan pantas lebih baik untuk penerus frekuensi tinggi.
• Kaedah Pelesapan Haba: Pasang diod atau modul jambatan pada sink haba. Pilih penerus jambatan bersarung logam dengan laluan haba terbina dalam. Sediakan PCB tembaga yang mencukupi tuangkan di sekeliling pad diod.
• Penyejukan Peringkat Sistem: Reka bentuk untuk aliran udara dan pengudaraan dalam kandang. Pantau suhu operasi terhadap lengkung menurunkan.
Jambatan Diod dan Penggunaan Transformer
Penggunaan Penggulungan Penuh
Dalam penerus paip tengah, hanya separuh daripada penggulungan sekunder yang dijalankan semasa setiap separuh kitaran, meninggalkan separuh lagi tidak digunakan. Sebaliknya, jambatan diod menggunakan keseluruhan belitan sekunder semasa kedua-dua separuh kitaran, memastikan penggunaan pengubah penuh dan kecekapan yang lebih tinggi.
Tidak Perlu Ketuk Tengah
Kelebihan utama penerus jambatan ialah ia tidak memerlukan pengubah yang diketuk pusat. Ini memudahkan pembinaan pengubah. Mengurangkan penggunaan dan kos tembaga. Menjadikan penerus lebih sesuai untuk bekalan kuasa padat.
Faktor Penggunaan Transformer (TUF)
Faktor Penggunaan Transformer (TUF) mengukur keberkesanan penarafan pengubah digunakan:
| Jenis Penerus | Nilai TUF |
|---|---|
| Ketik Tengah Gelombang Penuh | 0.693 |
| Penerus Jambatan | 0.812 |
Riak Jambatan Diod dan Melicinkan
Sifat Riak
Apabila AC melalui penerus jambatan, kedua-dua bahagian positif dan negatif diperbetulkan, menghasilkan output berterusan. Voltan masih naik dan turun dengan setiap separuh kitaran, menghasilkan riak dan bukannya talian DC yang rata sempurna. Kekerapan riak adalah dua kali frekuensi input AC:
• Sesalur kuasa 50 Hz → riak 100 Hz
• Sesalur kuasa 60 Hz → riak 120 Hz
Perbandingan Faktor Riak
| Jenis Penerus | Faktor Riak (γ) |
|---|---|
| Penerus Separuh Gelombang | 1.21 |
| Ketik Tengah Gelombang Penuh | 0.482 |
| Penerus Jambatan | 0.482 |
Melicinkan dengan Penapis
| Jenis Penapis | Penerangan | Fungsi |
|---|---|---|
| Penapis Kapasitor | Kapasitor elektrolitik yang besar disambungkan merentasi beban. | Cas semasa puncak voltan dan nyahcas semasa penurunan, melicinkan bentuk gelombang yang diperbetulkan. |
| Penapis RC atau LC | Penapis RC menggunakan perintang-kapasitor; Penapis LC menggunakan induktor-kapasitor. | RC menambah pelicinan mudah; LC mengendalikan arus yang lebih tinggi dengan berkesan dengan pengurangan riak yang lebih baik. |
| Pengawal selia | Boleh menjadi jenis linear atau pensuisan. | Menyediakan output DC yang stabil, mengekalkan voltan malar tanpa mengira variasi beban. |
Varian dan Aplikasi Jambatan Diod
| Jenis | Kebaikan | Keburukan |
|---|---|---|
| Jambatan Diod Standard | Reka bentuk ringkas, murah, dan digunakan secara meluas. | Kehilangan voltan hadapan yang lebih tinggi (\~1.4 V jumlah dengan diod silikon). |
| Jambatan Schottky | Penurunan voltan hadapan yang sangat rendah (\~0.3–0.5 V setiap diod), kelajuan pensuisan pantas. | Penarafan voltan terbalik yang lebih rendah (≤ 100 V). |
| Jambatan Segerak (berasaskan MOSFET) | Kecekapan ultra tinggi dengan kehilangan pengaliran yang minimum, sesuai untuk reka bentuk arus tinggi. | Litar kawalan yang lebih kompleks diperlukan dan kos komponen yang lebih tinggi. |
| SCR/Jambatan Terkawal | Membolehkan kawalan sudut fasa voltan keluaran dan menyokong pengendalian kuasa yang besar. | Memerlukan litar pencetus luaran dan boleh memperkenalkan herotan harmonik. |
Isu Jambatan Diod, Ujian dan Penyelesaian Masalah
Perangkap Biasa
• Orientasi diod yang salah - menyebabkan tiada output atau bahkan pintasan langsung ke pengubah.
• Penapis kapasitor bersaiz kecil - menghasilkan riak tinggi dan output DC yang tidak stabil.
• Diod terlalu panas - berlaku apabila penarafan semasa atau pelesapan haba tidak mencukupi.
• Susun atur PCB yang lemah - jejak panjang dan kawasan tembaga yang tidak mencukupi meningkatkan rintangan dan pemanasan.
Alat Penyelesaian Masalah
• Multimeter (Mod Ujian Diod): Mengukur penurunan ke hadapan (~0.6–0.7 V untuk silikon, ~0.3 V untuk Schottky) dan mengesahkan penyekatan secara terbalik.
• Osiloskop: Menggambarkan kandungan riak, voltan puncak dan herotan bentuk gelombang pada beban.
• Termometer IR atau Kamera Haba: Mengesan pemanasan diod, kapasitor atau jejak yang berlebihan di bawah beban.
• Meter LCR: Mengukur nilai kapasitor penapis untuk memeriksa kemerosotan dari semasa ke semasa.
Aplikasi Jambatan Diod
Bekalan kuasa
Digunakan dalam bekalan AC-ke-DC untuk radio, TV, penguat, dan peralatan dengan kapasitor penapis dan pengawal selia.
Pengecas Bateri
Digunakan dalam pengecas kereta, penyongsang, UPS dan lampu kecemasan untuk menyediakan DC terkawal untuk bateri.
Pemacu LED
Tukar AC kepada DC untuk mentol LED, panel dan lampu jalan, mengurangkan kelipan dengan kapasitor dan pemacu.
Kawalan Motor
Sediakan DC untuk kipas, motor kecil, HVAC dan pengawal industri untuk memastikan operasi lancar.
Kesimpulannya
Penerus jambatan diod ialah cara yang boleh dipercayai untuk menukar AC kepada DC. Dengan menggunakan kitaran AC penuh dan mengelakkan keperluan untuk paip tengah, ia memberikan kuasa DC yang stabil. Dengan pilihan diod yang betul, kawalan haba dan penapisan, ia memastikan prestasi cekap dalam bekalan kuasa, pengecas, sistem pencahayaan dan kawalan motor.
Soalan Lazim [Soalan Lazim]
Apakah perbezaan antara penerus jambatan fasa tunggal dan tiga fasa?
Fasa tunggal menggunakan 4 diod untuk satu input AC; tiga fasa menggunakan 6 diod dengan tiga input, memberikan DC yang lebih lancar dan kurang riak.
Bolehkah penerus jambatan berfungsi tanpa pengubah?
Ya, tetapi ia tidak selamat kerana output DC tidak terpencil daripada sesalur kuasa.
Apa yang berlaku jika satu diod dalam penerus jambatan gagal?
Diod yang dipintas boleh meletupkan fius atau merosakkan pengubah; Diod terbuka menjadikan litar bertindak seperti penerus separuh gelombang dengan riak tinggi.
Apakah kekerapan maksimum yang boleh dikendalikan oleh jambatan diod?
Diod standard berfungsi sehingga beberapa kHz; Diod Schottky atau pemulihan pantas mengendalikan puluhan hingga beratus-ratus kHz.
Bolehkah penerus jambatan disambungkan secara selari untuk lebih banyak arus?
Ya, tetapi mereka memerlukan kaedah pengimbangan seperti perintang siri; jika tidak, arus mungkin mengalir tidak sekata dan terlalu panas diod.