16.2.2. МОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Соотношение между временем разряда и временем заряда конденсатора может быть значительно улучшено, если осуществлять заряд конденсатора С, во время как положительной, так и отрицательной полуволн переменного напряжения. Это достигается при использовании мостовой схемы выпрямителя, изображенной на рис. 16.3.

В течение всего времени заряда конденсатора диоды соединяют отрицательный

Рис. 16.2. Временная диаграмма напряжения и тока для однополупериодного выпрямителя.

Рис. 16.3. Мостовой выпрямитель. Напряжение холостого хода . Выходное напряжение под нагрузкой Максимальное обратное напряжение на диодах . Средний прямой ток диода Импульсный ток диода Номинальная мощность трансформатора Напряжение пульсаций Минимальное выходное напряжение

вывод обмотки трансформатора с общей шиной питания, а положительный - с выходом схемы независимо от полярности напряжения на обмотке. Максимальное обратное напряжение на диодах равно выходному напряжению ненагруженной схемы:

Таким образом, это напряжение вдвое меньше, чем для однополупериодного выпрямителя.

Для определения величины уменьшения напряжения при подключении нагрузки предположим сначала, что конденсатор имеет бесконечно большую емкость. В этом случае выходное напряжение будет постоянным. Обозначим его через Чем сильнее уменьшится выходное напряжение под влиянием нагрузки, тем больше будет длительность интервала заряда конденсатора. Состояние равновесия характеризуется тем, что заряд, подводимый к конденсатору, равен заряду, отбираемому от конденсатора; поэтому можно записать

где эквивалентное сопротивление нагрузки. Вывод этого соотношения здесь не приводится; он связан с громоздкими вычислениями, в которых синусоидальные функции приближенно заменяются дугами парабол.

Для правильного выбора параметров схемы необходимо знать величины токов, текущих по ее цепям. Из условия сохранения заряда следует, что средний ток, проходящий по каждой из ветвей выпрямительного моста, равен половине выходного тока выпрямителя. Так как прямое падение напряжения на открытом диоде мало зависит от тока, для мощности рассеяния одного диода получим

Во время заряда конденсатора через диод протекает пиковый ток амплитуда которого может быть в несколько раз больше выходного тока:

Подставив сюда выражение (16.5), получим

Можно отметить, что внутреннее сопротивление источника переменного напряжения оказывает заметное влияние на величину пикового тока диода Если источник переменного напряжения низкоомный, то следует предусмотреть включение последовательно с ним резистора, чтобы не превысить предельное значение импульсного тока выпрямительных диодов.

Эффективное значение пульсирующего тока заряда конденсатора превышает его среднее значение. Поэтому мощность постоянного тока, отдаваемого выпрямителем, должна быть меньше номинальной мощности сетевого трансформатора при активной нагрузке. В противном случае потери в трансформаторе будут превышать допустимую величину. Мощность в цепи постоянного тока состоит из заданной выходной мощности и мощности рассеяния на диодах выпрямителя, которая приближенно составляет Отсюда номинальная мощность трансформатора должна выбираться из условия

Здесь -коэффициент формы, который определяется более высоким эффективным значением тока . Он составляет приблизительно 1,2.

При конечной величине емкости накопительного конденсатора выходное напряжение имеет переменную составляющую пульсаций, которая определяется из условия разряда конденсатора в течение времени

Приближенное значение длительности интервала можно определить из формулы (16.5):

где период сетевого напряжения. При этом получим для

Особый интерес представляет минимальное значение пульсирующего выходного напряжения:

Выбор параметров схемы выпрямителя для источника питания проиллюстрируем числовым примером. Допустим, что требуется источник питания с минимальным значением выходного напряжения при выходном токе 1 А и максимальным напряжением пульсаций

Из соотношения (16.8) определим сначала

Далее из формулы (16.6) найдем номинальную мощность трансформатора

По табл. 16.1 выберем сердечник типа с коэффициентом потерь Для дальнейших расчетов необходимо использовать внутреннее сопротивление сетевого трансформатора. Для его определения требуется знать номинальное выходное напряжение трансформатора. Оно может быть получено решением системы нелинейных уравнений (16.3) (16.5). В простейшем варианте решение этой системы можно провести итерационным путем. На первом шаге итерации зададим . Тогда из формулы (16.3) получим

Из формул (16.4) и (16.5) следует

Полученное значение оказалось на 0,6 В выше определенной ранее величины, поэтому на следующем шаге итерации увеличим на такую же величину заданное значение номинального напряжения трансформатора. После повторения расчетов получим

Теперь очевидно, что нужная точность достигнута. Таким образом, данные трансформатора следующие:

Из табл. 16.1 возьмем параметры первичной обмотки трансформатора для напряжения 220 В:

Емкость накопительного конденсатора определим из формулы (16.7);

Выходное напряжение холостого хода выпрямителя составляет 14,3 В. Конденсатор должен быть рассчитан на рабочее напряжение, не меньшее, чем эта величина.

Для трансформатора с несколькими вторичными обмотками расчет проводится точно так же. Величина определяется отдельно для каждой используемой вторичной обмотки. Общая мощность трансформатора находится как сумма мощностей по каждой из выходных обмоток. Она необходима для выбора типа сердечника трансформатора и определения коэффициента