Как правильно собрать диодный мост

Всем известно, что мост может быть сооружен через речку, через дорогу, через овраг. Но далеко не все слышали выражение «диодный мост».Что это такое и для чего нужен подобный мост?

Рисунок 1. Стандартная схема диодного моста.

Что такое диодный мост

Свойство диодов пропускать напряжение только в одну сторону известно еще из школьной программы по физике. Диодный мост (рис. 1) состоит из 4 диодов. Эта карта показывает схему пайки деталей изделия. Основное его предназначение — преобразовывать переменное напряжение в постоянное. Сначала эти схемы собирались на радиолампах. Это было дорого и сложно. Сейчас полупроводниковые изделия стали довольно дешевы, поэтому заданные конструкции паяют с их применением. Схема, собранная с применением диодов (рис. 2), может дополняться фильтрами, собранными с применением полярных конденсаторов, дросселем и стабилитроном напряжения.

Рисунок 2. Схема параллельного включения диодных мостов, для больших токов сварочного аппарата.

Готовое изделие позволяет:

• получать на выходе постоянное напряжение;
• избежать тока подмагничивания, который может появиться в трансформаторе, питающем схему;
• увеличить КПД трансформатора и сделать его с меньшими габаритами.

Схема может собираться из отдельно взятых диодов или представлять собой монолитную конструкцию различной формы и размеров. Ее часто называют сборкой. Диодная сборка предпочтительнее. Она обычно имеет меньшие размеры.

Все диоды внутри имеют совершенно одинаковые параметры. Монтировать такую конструкцию в общую схему прибора значительно проще. Недостаток конструкции — в случае сгорания любого диода нужно менять всю сборку. В схеме, состоящей из отдельных диодов, в таком случае меняется только сгоревший элемент.

Принцип работы диодного моста.

Для изготовления диодов и мостов на их базе применяются различные материалы. В маркировке деталей присутствуют буквы и цифры, которые обозначают:

• «Г» — германий и его соединения;
• «К» — кремний и соединения;
• «А» — галлий;
• «И» — индий;
• «Ц» — готовый мост.

Цифры обычно обозначают номер разработки изделия. Все это относится к изделиям, выпущенным в СССР и России.

Собираем диодный мост

Схема выпрямителя сварочного аппарата с конденсатором.

Диодный мост является самым распространенным радиокомпонентом в блоке питания аппаратуры различного назначения. Он выполняет функции выпрямителя, выдавая постоянное напряжение, преобразованное из переменного. Изделие может быть собрано из отдельных диодов. Самые распространенные из них 1N4007. Все они рассчитаны на напряжение до 1000 В и ток до 1 А. На сборках обычно имеются указания, куда и какие провода присоединять. Для самостоятельной сборки схемы для применения в сварочном агрегате можно поступить следующим образом:

1. Выбрать тип будущего изделия.
2. Рассчитать его.
3. Изготовить радиатор охлаждения.
4. Закрепить готовую диодную конструкцию на радиаторе.

Схема применения диодного моста в трансформаторе.

Изделие можно собрать из отдельных диодов, можно воспользоваться монолитной сборкой. Отдельные диоды, их параметры можно рассчитать на следующем примере: нужен мост на напряжение 1000 В, 4 А. Тогда полная его мощность составит 1000х4=4 кВт. Через каждый отдельно взятый диод протекает примерно 70% общего тока. В конкретном случае при токе в 4 А это составит 3 А.

При работе схемы диодная конструкция обязательно будет нагреваться. Для ее охлаждения нужен хороший охлаждающий радиатор. Для сварочной установки он может быть сделан из листового алюминия площадью примерно 800 кв.см. На нем нужно просверлить необходимые отверстия, предназначенные для крепления изготовленной конструкции, нарезать резьбу. Готовую сборку следует закрепить на самодельном радиаторе болтами М6. Место под изделие можно промазать теплопроводной пастой марки КПТ-8. Все провода к диодному мосту крепятся методом пайки. Диоды можно использовать марки В-200. Они работают при токе до 200 А.

Области применения диодных мостов

Диодные выпрямительные мосты применяются не только в сварочных агрегатах, в трансформаторных устройствах. Они используются в импульсных выпрямительных устройствах. Примером может являться схема блока питания привычного компьютера. Такие выпрямители используются в компактных люминесцентных лампах, без них не работают энергосберегающие лампы. Нужен диодный мост в различных пускорегулирующих электронных приборах. Устанавливаются они как в однофазной, так и в трехфазной цепи.

Используются такие сборки в счетчиках электроэнергии, в блоках управления бытовой техникой, к которой относятся телевизоры, стиральные машины, компьютеры, электроинструмент, миксеры, пылесосы, холодильники. Без них не работают схемы промышленного оборудования, автомобили. В большинстве случаев сегодня вместо диодов 1N4007 используется сборка с такими же характеристиками MS500. Этот диодный мост оборудован выводами, расположенными с шагом в 2,5 мм. Площадь сборки всего 30 кв.мм. Высота ее 1,6 мм.

В устройствах с высокой температурой используются сборки серии B250S2A, они способны работать при температуре до 125°.

Собрать диодный мост можно довольно быстро и просто в домашних условиях.

Для этого нужно взять 4 диода, спаять катоды пары диодов, аноды другой пары. На спайке катодов будет располагаться плюсовой контакт схемы, на анодах — минусовой. На оставшиеся выводы подается переменное сетевое напряжение. Для полной комплекции останется впаять на выходе полярный конденсатор с параллельным разрядным сопротивлением. Такие устройства можно вставлять в схемы многих электронных приборов.

Преобразовать переменный ток в постоянный поможет диодный мост – схема и принцип действия этого устройства приводятся ниже. В обычной осветительной цепи течет переменный ток, который 50 раз в течение одной секунды меняет свою величину и направление. Его превращение в постоянный – достаточно часто встречающаяся необходимость.

Принцип действия полупроводникового диода

Название описываемого устройства ясно указывает, что эта конструкция состоит из диодов – полупроводниковых приборов, хорошо проводящих электричество в одном направлении и практически не проводящих его в противоположную сторону. Изображение этого прибора (VD1) на принципиальных схемах приведено на рис. 2в. Когда ток по нему течет в прямом направлении – от анода (слева) к катоду (справа), сопротивление его мало. При изменении направления тока на противоположное сопротивление диода многократно возрастает. В этом случае через него течет мало отличающийся от нуля обратный ток.

Поэтому при подаче на цепочку, содержащую диод, переменного напряжения U_вх (левый график), электричество через нагрузку течет только в течение положительных полупериодов, когда к аноду приложено положительное напряжение. Отрицательные полупериоды «срезаются», и ток в сопротивлении нагрузки в это время практически отсутствует.

Строго говоря, выходное напряжение U_вых (правый график) является не постоянным, хотя и течет в одном направлении, а пульсирующим. Нетрудно понять, что количество его импульсов (пульсаций) за одну секунду равно 50. Это не всегда допустимо, но пульсации можно сгладить, если подсоединить параллельно нагрузке конденсатор, имеющий достаточно большую емкость. Заряжаясь во время импульсов напряжения, в промежутках между ними конденсатор разряжается на сопротивление нагрузки. Пульсации сглаживаются, а напряжение становится близким к постоянному.

Изготовленный в соответствии в этой схемой выпрямитель называется однополупериодным, поскольку в нем используется лишь один полупериод выпрямленного напряжения. Наиболее существенные недостатки такого выпрямителя следующие:

• повышенная степень пульсаций выпрямленного напряжения;
• низкий КПД;
• большой вес трансформатора и его нерациональное использование.

Поэтому применяются такие схемы только для питания устройств малой мощности. Для исправления этой нежелательной ситуации разработаны двухполупериодные выпрямители, которые превращают отрицательные полуволны в положительные. Сделать это можно по-разному, но самый простой способ – использование диодного моста.

Схема диодного моста

Диодный мост – схема двухполупериодного выпрямления, содержащая 4 диода вместо одного (рис. 2в). В каждом полупериоде два из них открыты и пропускают электричество в прямом направлении, а два других закрыты, и ток через них не течет. Во время положительного полупериода положительное напряжение приложено к аноду VD1, а отрицательное – к катоду VD3. В результате оба этих диода открыты, а VD2 и VD4 – закрыты.

Во время отрицательного полупериода положительное напряжение приложено к аноду VD2, а отрицательное – к катоду VD4. Эти два диода открываются, а открытые во время предыдущего полупериода закрываются. Ток через сопротивление нагрузки течет в том же направлении. В сравнении с однополупериодным выпрямителем количество пульсаций возрастает вдвое. Результат – более высокая степень сглаживания при той же емкости конденсатора фильтра, увеличение КПД используемого в выпрямителе трансформатора.

Диодный мост может быть не только собран из отдельных элементов, но и изготовлен как монолитная конструкция (диодная сборка). Ее легче монтировать, а диоды обычно подобраны по параметрам. Немаловажно и то, что они работают в одинаковых тепловых режимах. Недостаток диодного моста – необходимость замены всей сборки при выходе из строя даже одного диода.

Еще ближе к постоянному будет пульсирующий выпрямленный ток, который позволяет получить трехфазный диодный мост. Его вход подключается к источнику трехфазного переменного тока (генератору или трансформатору), а напряжение на выходе почти не отличается от постоянного, и сгладить его еще проще, чем после двухполупериодного выпрямления.

Выпрямитель на основе диодного моста

Схема двухполупериодного выпрямителя на основе диодного моста, пригодная для сборки своими руками, изображена на рис. 3а. Выпрямлению подвергается напряжение, снимаемое со вторичной понижающей обмотки трансформатора Т. Для этого нужно подключить диодный мост к трансформатору.

Пульсирующее выпрямленное напряжение сглаживается электролитическим конденсатором С, имеющим достаточно большую емкость – обычно порядка нескольких тысяч мкФ. Резистор R играет роль нагрузки выпрямителя на холостом ходу. В таком режиме конденсатор С заряжается до амплитудного значения, которое в 1,4 (корень из двух) раза выше действующего значения напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора.

С ростом нагрузки выходное напряжение уменьшается. Избавиться от этого недостатка можно, подключив к выходу выпрямителя простейший транзисторный стабилизатор. На принципиальных схемах изображение диодного моста часто упрощают. На рис. 3б показано, как еще может быть изображен соответствующий фрагмент на рис. 3а.

Следует заметить, что, хотя прямое сопротивление диодов невелико, тем не менее, оно отлично от нуля. По этой причине они нагреваются в соответствии с законом Джоуля-Ленца тем сильнее, чем больше величина тока, протекающего по цепи. Для предотвращения перегрева мощные диоды часто устанавливаются на теплоотводах (радиаторах).

Диодный мост – это практически обязательный элемент любого электронного устройства, питающегося от сети, будь то компьютер или выпрямитель для зарядки мобильного телефона.

Определение

Диодный мост – это схемотехническое решение, предназначенное для выпрямления переменного тока. Другое название – двухполупериодный выпрямитель. Строится из полупроводниковых выпрямительных диодов или их разновидности – диодов Шоттки.

Мостовая схема соединения предполагает наличие нескольких (для однофазной цепи – четырёх) полупроводниковых диодов, к которым подключается нагрузка.

Он может состоять из дискретных элементов, распаянных на плате, но в 21 веке чаще встречаются соединенные диоды в отдельном корпусе. Внешне это выглядит, как и любой другой электронный компонент – из корпуса определенного типоразмера выведены ножки для подключения к дорожкам печатной платы.

Стоит отметить, что несколько совмещенных в одном корпусе вентилей, которые соединены не по мостовой схеме, называют диодными сборками.

В зависимости от сферы применения и схемы подключения диодные мосты бывают:

Обозначение на схеме может быть выполнено в двух вариантах, какое использовать УГО на чертеже зависит от того, собирается мост из отдельных элементов или используется готовый.

Принцип действия

Давайте разбираться, как работает диодный мост. Начнем с того, что диоды пропускают ток в одном направлении. Выпрямление переменного напряжения происходит за счет односторонней проводимости диодов. За счет правильного их подключения отрицательная полуволна переменного напряжения поступает к нагрузке в виде положительной. Простыми словами – он переворачивает отрицательную полуволну.

Для простоты и наглядности рассмотрим его работу на примере однофазного двухполупериодного выпрямителя.

Принцип работы схемы основам на том, что диоды проводят ток в одну сторону и состоит в следующем:

На вход диодного моста подают переменный синусоидальный сигнал, например 220В из бытовой электросети (на схеме подключения вход диодного моста обозначается как AC или

).

Каждая из полуволн синусоидального напряжения (рисунок ниже) пропускается парой вентилей, расположенных на схеме по диагонали.

Положительную полуволну пропускают диоды VD1, VD3, а отрицательную — VD2 и VD4. Сигнал на входе и выходе схемы вы видите ниже.

Такой сигнал называется – выпрямленное пульсирующее напряжение. Для того, чтобы его сгладить, в схему добавляется фильтр с конденсатором.

Основные характеристики

Рассмотрим основные характеристики полупроводниковых диодов. Латинскими буквами приведено их обозначение в англоязычной технической документации (т.н. Datasheet):

• V_rpm – пиковое или максимальное обратное напряжение. При превышении этого напряжения pn-переход необратимо разрушается.
• V_r(rms) – среднее обратное напряжение. Нормальное для работы, то же что и U_обр в характеристиках отечественных компонентов.
• I_o – средний выпрямленный ток, то же что и I_пр у отечественных.
• I_fsm – пиковый выпрямленный ток.
• V_fm – падение напряжения в прямом смещении (в открытом проводящем состоянии) обычно 0.6-0.7В, и больше у высокотоковых моделей.

При ремонте электронной техники и блоков питания или их проектировании новички спрашивают: как правильно выбрать диодный мост?

В этом случае самыми важными для вас параметрами будут обратное напряжение и ток. Например, чтобы подобрать диодный мост на 220В, нужно смотреть на модели с номинальным напряжением больше 400В и нужный ток, например, KBPC106 (или 108, 110). Его технические характеристики:

• максимальный выпрямленный ток – 3А;
• пиковый ток (кратковременно) – 50А;
• обратное напряжение – 600В (800В, 1000В у KBPC108 и 110 соответственно).

Запомните эти характеристики и вы легко сможете определить, какой выбрать вариант по каталогу.

Схемы выпрямителей

Выпрямление тока в блоках питания – основное назначение, среди других компонентов схемы можно выделить входной фильтр, который подключают после выпрямителя – он предназначен для сглаживания пульсаций. Давайте разберемся в этом вопросе подробнее!

В первую очередь стоит отметить, что диодным мостом называют схему однофазного выпрямителя из 4 диодов или трёхфазного из 6. Но любители часто так называют схему выпрямителя со средней точкой.

У двухполупериодного выпрямителя к нагрузке поступает две полуволны, а у однополупериодного – одна.

Чтобы не было путаницы, давайте разбираться в терминологии.

Ниже вы видите однофазную двухполупериодную схему, её правильное название «Схема Гретца», именно её чаще всего подразумевают под названием «диодный мост».

Схема Ларионова – трёхфазный диодный мост, на выходе сигнал двухполупериодный. Диоды в нём пропускают полуволны, открываясь на линейное напряжение, т.е. поочередно: верхний диод фазы A и нижний диод фазы B, верхний фазы B и нижний фазы C и т.д.

Для полноты картины следует рассказать и о других схемах выпрямителей переменного напряжения.

Однополупериодный выпрямитель из 1 диода, включенного последовательно с нагрузкой. Применяется в балластных блоках питания, маломощных миниатюрных блоках питания, а также в приборах, нетребовательных к коэффициенту пульсаций. К нагрузке поступает только одна полуволна.

Двухполупериодный со средней точкой – это и есть то, что ошибочно называют мостом из 2 диодов. Здесь каждую полуволну проводит только один диод. Её преимуществом является больший КПД, чем у схемы Гретца, за счет меньшего числа полупроводниковых вентилей. Однако её использование осложнено тем, что нужен трансформатор с отводом от средней точки, что отражено на схеме принципиальной. Её нельзя использовать для выпрямления сетевого напряжения 220В.

Выпрямитель из сборок Шоттки. Используется в импульсных блоках питания, потому что у диодов Шоттки меньше время обратного восстановления, малая барьерная ёмкость (быстрее переход из открытого состояния в закрытое) и малое прямое падение напряжения (меньше потерь). Чаще всего Шоттки встречаются в сборках, с общим анодом или катодом, как изображено на рисунке ниже.

Поэтому для сборки схемы моста потребуется несколько сборок. Ниже приведен пример из 3 сборок Шоттки с общим катодом.

Из 4 сборок с общим катодом. Отличается от предыдущей тем, что выдерживает больший ток, при тех же компонентах потому, что Шоттки в ней соединены параллельно.

Из 2 сборок Шоттки – одна с общим анодом и одна с общим катодом. Узнать о том, что такое анод и катод, вы можете в нашей отдельной статье.

Как спаять и подключить

Изучать и знать схемы не сложно, основные трудности возникают, когда новичок решает спаять диодный мост своими руками. Для пайки выпрямителя из 4 советских экземпляров типа кд202 используйте иллюстрацию приведенную ниже.

Для сборки диодного моста из современных дискретных диодов типа маломощных 1n4007 (и других – все выглядят аналогично и отличаются только размерами) внимательно посмотрите на следующую иллюстрацию.

Но если вы не собираете его из отдельных деталей, а используете готовый мост, то смотрите ниже, как правильно подключить его в цепь.

Также новичкам будет интересно посмотреть видео о том, как сделать простейший блок питания на 12В:

Область применения и назначение

Чаще всего диодные мосты используют в блоках питания. В трансформаторных БП они подключаются ко вторичной обмотке трансформатора

В импульсных БП – ко входу сети 220В. При этом электронная схема управления и силовая цепь ИБП питается от выпрямленного и сглаженного (не всегда) сетевого напряжения (достигает порядка 300-310 Вольт).

На выводах вторичной обмотки импульсного блока питания высокочастотное переменное напряжение. Для того, чтобы его выпрямить, устанавливают сборки из сдвоенных диодов Шоттки. В связи с этим часто используют схему выпрямления со средней точкой.

В автомобилях и мотоциклах используются трёхфазные диодные мосты, собранные по схеме Ларионова с тремя дополнительными вентилями, потому что для питания бортовой сети используется трёхфазный генератор. Мост в генераторе выполняется в виде сектора окружности и устанавливается на его задней части.

Исключение составляют некоторые современные автомобили Toyota и прочих марок, в них используют 6 фазный генератор, для реализации двенадцатипульсной схемы выпрямления из 12 вентилей. Это нужно для снижения пульсации и увеличения выходного тока.

Способы проверки

Для проверки диодного моста лучше всего подходит мультиметр в режиме проверки диодов.

Для этого нужно прозвонить на короткое замыкание входную, затем выходную (диодный мост должен быть выпаян).

Не выпаивая прямо на плате, вы можете измерить падение напряжения на переходах диодов. Для этого нужно определить цоколевку моста, обычно она указывается прямо на корпусе, что мы и рассматривали выше.

На экране мультиметра в прямом смещении должно отображаться цифры в пределах 500-800 мВ, а в обратном – выше 1500 и до бесконечности (зависит от конкретного компонента и измерительного прибора). Тоb же самое можно сделать в режиме Омметра, как показано на рисунке ниже.

Более подробно этот процесс описан в статье «как проверить диодный мост», где кроме методики проверки мы рассказали и о признаках неисправности. Также ознакомьтесь с видео о том, как проверить однофазный выпрямитель и диодный мост автомобильного генератора:

На этом мы и заканчиваем наше подробное объяснение. Надеемся, теперь вам стало понятно, для чего нужен диодный мост и что он делает в электрической цепи. Если возникли вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!