Перейти к содержанию

Диодный мост (мостовой выпрямитель)

Диодный мост — самая распространённая схема выпрямителя: четыре диода превращают переменное напряжение в пульсирующее постоянное, используя обе полуволны. Цена — ток всегда идёт через два диода, и на них теряется два прямых падения. Разбираем, как он работает, чем отличается от других схем и как выбрать диоды.

Обновлено Редакция GAW

Диодный мост (мостовой выпрямитель, bridge rectifier) — схема из четырёх диодов, которая выпрямляет обе полуволны переменного напряжения: при любой полярности входа ток через нагрузку течёт в одну сторону. Kuphaldt называет её самой популярной схемой двухполупериодного выпрямителя: в отличие от схемы со средней точкой, ей не нужен трансформатор с отводом от середины обмотки (Vol. III, гл. 3).

Как работает

В положительную полуволну ток идёт через одну пару диодов, расположенных по диагонали, в отрицательную — через другую. В обоих случаях он проходит через нагрузку в одном направлении, а на выходе получаются два импульса одной полярности за период — Kuphaldt называет такой выпрямитель 2-пульсным. Трёхфазный мост из шести диодов даёт 6 импульсов и гораздо меньшие пульсации.

СхемаДиодовИмпульсов за периодОсобенность (Kuphaldt, гл. 3)
Однополупериодная11используется половина периода, много гармоник
Со средней точкой22нужен трансформатор с отводом от середины
Мост42ток через два диода, теряется два прямых падения
Трёхфазный мост66малые пульсации

Выход моста — пульсирующее напряжение; переменную составляющую на нём называют пульсациями. Чтобы получить почти постоянное напряжение, после моста ставят накопительный конденсатор — расчёт в схеме «Диодный мост и конденсатор фильтра».

Потери и выбор диодов

Ток всегда идёт через два диода, поэтому выход меньше амплитуды входа на два прямых падения. Kuphaldt берёт 0,7 В на диод и получает 1,4 В, отмечая, что это заметно только при низких напряжениях. При рабочем токе падение больше: у 1N4001 до 1,1 В при 1 А (Vishay, doc. 88503). Например, от обмотки 12 В действующего значения амплитуда около 17 В, а на выходе моста — около 15 В (наш расчёт: 12 · √2 − 2 · 1,1).

При выборе смотрят:

  • обратное напряжение — не меньше амплитуды входа с запасом; у серии 1N4001–1N4007 от 50 до 1000 В;
  • средний прямой ток — каждый диод проводит половину периода; у 1N4001 1 А при 75 °C, у готового моста GBU4 — 4 А (Vishay, doc. 88614);
  • ударный ток — при включении незаряженный конденсатор фильтра даёт бросок тока: у 1N4001 IFSM 30 А, у GBU4 — 150 А.

Мост собирают из отдельных диодов, например 1N4007, или берут готовый в одном корпусе — Vishay выпускает GBU4 с изоляцией корпуса 1500 В действующего значения.

Частые вопросы

Сколько вольт теряется на диодном мосту?

Два прямых падения, потому что ток всегда идёт через два диода последовательно. Kuphaldt считает по 0,7 В на кремниевый диод — 1,4 В (Vol. III, гл. 3), но при рабочем токе падение больше: у 1N4001 до 1,1 В при 1 А (Vishay, doc. 88503), то есть до 2,2 В на мосту. Для низковольтных схем это много, поэтому там ставят диоды Шоттки.

На какое обратное напряжение выбирать диоды моста?

Не меньше амплитуды входного переменного напряжения с запасом на выбросы: в мосту закрытый диод видит примерно амплитуду входа (наш вывод из схемы). Для сети 230 В амплитуда около 325 В (230 · √2, наш расчёт), поэтому берут диоды на 600–1000 В, например 1N4005–1N4007 или готовый мост GBU4J–GBU4M.

Чем мост лучше схемы со средней точкой?

Ему не нужен трансформатор с отводом от середины обмотки — Kuphaldt отмечает, что такой трансформатор для мощных схем дорог и громоздок. Минус моста — два диода в цепи тока вместо одного, то есть вдвое больше потерь на диодах; это важно лишь при очень низких напряжениях (Vol. III, гл. 3).

Источники

  1. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. III — Semiconductors, ch. 3 «Diodes and Rectifiers», разд. «Rectifier circuits» (CC BY) — однополупериодный выпрямитель использует половину периода и даёт много гармоник; двухполупериодный со средней точкой требует трансформатора с отводом, поэтому встречается в маломощных схемах; мостовая схема из четырёх диодов — более распространённый двухполупериодный выпрямитель: ток через нагрузку в одну сторону при любой полярности, всегда через два последовательных диода, теряется 2 × 0,7 = 1,4 В у кремниевых, это существенно только при очень низком напряжении; трёхфазный мост; однофазный двухполупериодный — 2-пульсный, трёхфазный — 6-пульсный; пульсации — переменная составляющая на выходе; PIV — наибольшее обратное напряжение диода
  2. Vishay. 1N4001 thru 1N4007: General Purpose Plastic Rectifier (Document Number 88503, revised 29-Apr-2020) — Maximum ratings: VRRM 50, 100, 200, 400, 600, 800 и 1000 В (1N4001–1N4007), VRMS 35–700 В, IF(AV) 1,0 А при TA = 75 °C и выводах 9,5 мм, IFSM 30 А (8,3 мс), обратный ток при полной нагрузке до 30 мкА (примечание: для применения в мостовом выпрямителе); Electrical characteristics: VF до 1,1 В при 1,0 А
  3. Vishay. GBU4A thru GBU4M: Glass Passivated Single-Phase Bridge Rectifier (Document Number 88614, revised 13-Jul-2020) — с. 1: готовый однофазный мост в корпусе GBU, VRRM 50–1000 В, IF(AV) 4,0 А, IFSM 150 А, VF 1,0 В при 4,0 А, прочность изоляции корпуса 1500 В действующего значения, назначение — двухполупериодное выпрямление в блоках питания и бытовой технике

Нашли ошибку?

Смотрите также