Wat is een bruggelijkrichter? Basisprincipes van printplaten en schakelingen

Gebruik deze pagina voor een uitleg over de kern van de bruggelijkrichter. Wanneer het circuit wordt ontworpen voor de printplaat (PCB), bekijk dan de volledige PCB-layout van de bruggelijkrichter . Voor informatie over warmteontwikkeling, spoorbreedte, diodebehuizing en assemblage, raadpleegt u de pagina met ontwerpdetails voor de bruggelijkrichter.

Op het gebied van elektronica en elektrotechniek is de omzetting van wisselstroom (AC) in gelijkstroom (DC) een fundamentele vereiste voor het voeden van verschillende elektronische componenten en apparaten. Bruggelijkrichters spelen een cruciale rol bij het efficiënt realiseren van deze conversie. Dit uitgebreide artikel verkent de wereld van bruggelijkrichters en biedt een diepgaand inzicht in hun circuits, werkingsprincipes en toepassingen.

Een bruggelijkrichter beïnvloedt de koperdikte, de warmteontwikkeling en de isolatieafstand. Daarom moeten voedingsprintplaten worden gecontroleerd op naleving van de PCB-layoutvereisten en gevalideerd met een geschikte elektrische test vóór verzending.

Wat is een bruggelijkrichter?

Een bruggelijkrichter is een elektronisch apparaat dat is ontworpen om de AC-ingangsspanning om te zetten in een gelijkmatige en constante DC-uitgangsspanning. Het volbrengt deze taak door gebruik te maken van een configuratie van diodes, doorgaans vier of meer, gerangschikt in een specifiek patroon. Bruggelijkrichters zijn essentiële componenten in voedingen en zorgen voor een stabiele gelijkstroombron voor een breed scala aan elektronische toepassingen.

Constructie van een bruggelijkrichter

De constructie van een bruggelijkrichter omvat vier diodes die in een gesloten-luspatroon zijn gerangschikt, waardoor de noodzaak van een centraal afgetapte transformator wordt geëlimineerd. Dit ontwerp vermindert niet alleen de omvang en de kosten, maar verbetert ook de efficiëntie. Wanneer een AC-ingangssignaal wordt aangeboden via de klemmen A en B, wordt het DC-uitgangssignaal verkregen via de belastingsweerstand (RL), die is aangesloten tussen de klemmen C en D. De diodes, namelijk D1, D2, D3 en D4, geleiden elektrische stroom tijdens verschillende helften van de wisselstroomcyclus. Tijdens de positieve halve cyclus geleiden D1 en D3, terwijl tijdens de negatieve halve cyclus D2 en D4 geleiden, wat resulteert in een unidirectionele stroomstroom.

Voordelen van bruggelijkrichters

1. Efficiëntie: Bruggelijkrichters bieden een dubbele rectificatie-efficiëntie vergeleken met halfgolfgelijkrichters, waardoor ze zeer efficiënt zijn in het omzetten van AC naar DC.
2. Hogere uitgangsspanning en vermogen: Bruggelijkrichters bieden een hogere uitgangsspanning en -vermogen, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen die een groter gelijkstroomvermogen vereisen.
3. Lage rimpelspanning: De uitgang van bruggelijkrichters heeft een lage rimpelspanning en een hogere frequentie, waardoor de behoefte aan extra filtercircuits wordt vereenvoudigd.
4. Geen centraal afgetapte transformator: Bruggelijkrichters hebben geen centraal afgetapte transformator nodig, wat het ontwerp van de transformator vereenvoudigt.

Nadelen van bruggelijkrichters

1. Vereiste van vier diodes: Bruggelijkrichters gebruiken vier diodes, waardoor het aantal componenten en de kosten toenemen in vergelijking met halfgolfgelijkrichters.
2. Hoger vermogensverlies: Bruggelijkrichters kunnen meer vermogensverlies hebben vergeleken met middenaftakkingsgelijkrichters.

Golfvorm bruggelijkrichter

De uitgangsgolfvorm van een bruggelijkrichter wordt gekenmerkt door een unidirectionele stroomstroom tijdens zowel de positieve als de negatieve helft van het AC-ingangssignaal. De polariteit van de DC-uitgang kan geheel positief of negatief zijn, afhankelijk van de diodeconfiguratie. Extra filtering, meestal met condensatoren, is nodig om de uitvoer af te vlakken.

Bruggelijkrichter schakelschema

Het schakelschema van de bruggelijkrichter bestaat uit verschillende fasen, waaronder een transformator, diodebrug, filtering en regelaars. Deze combinatie van componenten vormt een gereguleerde gelijkstroomvoeding die stroom kan leveren aan een verscheidenheid aan elektronische apparaten.

1. Transformator: De transformator is van het step-down-type dat de amplitude van de AC-ingangsspanning vermindert. In veel elektronische projecten wordt een 230/12V-transformator gebruikt om de AC-netspanning te verlagen van 230V naar 12V AC.
2. Diodebrug: De diodebruggelijkrichter bestaat uit de vier eerder genoemde diodes (D1, D2, D3 en D4). Deze diodes spelen een cruciale rol bij het omzetten van AC naar DC door de stroom in één richting te laten stromen tijdens elke halve cyclus van het ingangssignaal.
3. Filtering: Om de pulserende DC-uitgang om te zetten in een vloeiender DC-signaal, zijn een of meer condensatoren over de belastingsweerstand aangesloten. De keuze van het condensatorvermogen hangt af van de gewenste uitgangsspanning.
4. Spanningsregelaar: In gevallen waarin een specifiek gelijkspanningsniveau vereist is, wordt een spanningsregelaar gebruikt om een ​​constante uitgangsspanning te handhaven. Dit zorgt ervoor dat de uitvoer stabiel blijft, ongeacht variaties in de ingangsspanning.

Werkingsprincipes van een bruggelijkrichter

Om de werking van een bruggelijkrichter te begrijpen, overweeg een eenfasige bruggelijkrichter bestaande uit vier diodes die over een belasting zijn aangesloten. Tijdens de positieve halve cyclus van de AC-ingangsgolfvorm zijn de diodes D1 en D2 voorwaarts voorgespannen, waardoor de belastingsstroom er doorheen kan stromen. In de negatieve halve cyclus worden de dioden D3 en D4 voorwaarts voorgespannen, waardoor de belastingsstroom wordt geleid. In beide gevallen vloeit de belastingsstroom in dezelfde richting, wat resulteert in een unidirectionele gelijkstroom aan de uitgang.

Kenmerken van de bruggelijkrichter

1. Rimpel Factor: De rimpelfactor meet de vloeiendheid van het DC-uitgangssignaal. Voor een bruggelijkrichter wordt de rimpelfactor berekend als Γ = √(Vrms^2 / VDC) – 1, waarbij Vrms de wortelgemiddelde kwadratische spanning is en VDC de gelijkspanning. De rimpelfactor voor een bruggelijkrichter is ongeveer 0.48.
2. Piek inverse spanning (PIV): PIV verwijst naar de hoogste spanning die een diode ervaart wanneer deze in tegengestelde richting staat tijdens de negatieve halve cyclus van het AC-signaal. Bruggelijkrichters bestaan ​​uit vier diodes en PIV varieert dienovereenkomstig.
3. Efficiëntie: Het rendement van een gelijkrichter is de verhouding tussen het DC-uitgangsvermogen en het AC-ingangsvermogen. Bruggelijkrichters kunnen een maximaal rendement bereiken van circa 81.2%.

Soorten bruggelijkrichters

Bruggelijkrichters zijn er in verschillende typen, afhankelijk van factoren zoals het voedingstype, het regelvermogen en de circuitconfiguratie. Ze worden voornamelijk onderverdeeld in eenfasige en driefasige gelijkrichters, verder onderverdeeld in ongecontroleerde, halfgestuurde en volledig gecontroleerde gelijkrichters.

Eenfasige en driefasige gelijkrichters

Eenfasige bruggelijkrichters gebruiken vier diodes om AC naar DC om te zetten, terwijl driefasige gelijkrichters zes diodes gebruiken. Deze gelijkrichters kunnen ongecontroleerd of gestuurd zijn, afhankelijk van de gebruikte componenten, zoals diodes of thyristors.

Ongecontroleerde bruggelijkrichters

Ongecontroleerde bruggelijkrichters gebruiken diodes om de ingang gelijk te richten, waardoor een constante of vaste stroomvoorziening ontstaat. Deze gelijkrichters zijn geschikt voor toepassingen waarbij vermogensvariatie niet vereist is.

Gecontroleerde bruggelijkrichters

Gecontroleerde bruggelijkrichters vervangen ongecontroleerde diodes door gecontroleerde solid-state apparaten zoals SCR's, MOSFET's of IGBT's. Dit maakt het mogelijk om het uitgangsvermogen bij verschillende spanningen te variëren door deze apparaten op verschillende tijdstippen te activeren.

Toepassingen van bruggelijkrichters

Bruggelijkrichters vinden vanwege hun efficiëntie en betrouwbaarheid wijdverspreide toepassingen in de elektronica en elektrotechniek. Enkele veel voorkomende toepassingen zijn:

1. Voedingen: Bruggelijkrichters zijn integrale componenten van voedingen voor verschillende elektronische apparaten en apparaten.
2. Motorcontrollers: Ze worden gebruikt in motorbesturingscircuits om wisselstroom om te zetten in gelijkstroom voor het aandrijven van elektromotoren.
3. Modulatieproces: In radio- en communicatiesystemen worden bruggelijkrichters gebruikt voor signaalmodulatieprocessen.
4. Lastoepassingen: Bruggelijkrichters spelen een cruciale rol in lasmachines en leveren de benodigde gelijkstroom voor lasprocessen.
5. Huishoudelijke apparaten: Veel huishoudelijke apparaten, zoals koelkasten en airconditioners, vertrouwen voor hun besturingssystemen op bruggelijkrichters voor het omzetten van AC naar DC.

Conclusie

Bruggelijkrichters zijn essentiële componenten in de elektronicawereld en maken de efficiënte omzetting van wisselstroom naar stabiele gelijkstroom mogelijk. Hun veelzijdige toepassingen strekken zich uit over verschillende industrieën, waardoor ze een fundamentele bouwsteen vormen voor talloze elektronische apparaten en systemen. Het begrijpen van de principes en kenmerken van bruggelijkrichters is van cruciaal belang voor zowel ingenieurs als enthousiastelingen, omdat het hen in staat stelt het potentieel van deze apparaten in hun projecten en toepassingen te benutten.

Als deze eis van invloed is op de inkoop of de productievrijgave, vergelijk deze dan met de productie van hoogfrequente printplaten en de selectie van printplaatlaminaten voordat u de definitieve bestanden ter beoordeling indient.