整流回路:一般的な基本、動作、要件の説明

通常、電子機器には、電源システムでACからDCへの変換を可能にする整流回路があります。この回路の使用法は、バッテリー充電器などの低電力デバイスで、整流で生成された低電圧を整流するために使用されます。

整流回路を理解するには、整流プロセスについて学ぶ必要があります。整流は、主電源からの AC の負のビットを正の DC 電圧に変化させる役割を果たします。理想的なシステムをセットアップするには、適切な整流器が必要です。したがって、システムをセットアップするには、整流器とダイオードの構成を理解することが重要です。

(電子部品)

1.整流回路とは?

整流器は、電源電圧からの交流を一方向の直流に変換する電気装置です。主電源 AC 電圧を電力網から DC 電圧に変更することで、最も簡単に機能します。最も重要なことは、私たちが依存している多くの電化製品には DC が必要なことです。

整流器という用語は、デバイスが電流の流れをまっすぐにするためです。整流器の出力を平滑化するために電子フィルタを使用する傾向が強まっています。その結果、最新のシリコン半導体整流器は、セレンベースの整流器、機械的整流器、酸化銅整流器、および真空管整流器の終了を引き起こしました.

機械式および真空管式整流器 (陰極線管で使用される) は、内部抵抗が高いため非効率的でした。ただし、酸化銅およびセレンベースの整流器は、SCR (シリコン制御整流器) よりも優れた瞬間電圧耐性を備えています。これは、シリコン ダイオードに比べて大きな利点です。

(ダイオード ブリッジとコンデンサを使用した変圧器 AC 電源から DC 電源へ)

2.整流器の種類

単相および三相整流器。

単相整流器と三相整流器の両方で、半波整流と全波整流が発生します。

単相整流器には、AC 電源の単相主電源の入力があります。構造は非常にシンプルです。 1 つ、2 つ、または 4 つのダイオードが必要です (システムの種類によって異なります)。

単相交流の場合、大きなリプル率が発生します。これは、ダイオードが単相変圧器の二次巻線に接続されているためです。また、整流には変圧器の二次コイルの単相のみを使用します。

一方、三相整流器では、構造上 3 つまたは 6 つのダイオードが必要です。すべてのダイオードがトランスの二次巻線の各相に接続されると、リップル電圧が減少します。さらに、変圧器の高い利用率を生み出します。

単相整流器の利点

• 単純な構造に適しています

三相整流器の利点

• まず、大規模なシステムを使用する場合に最も好まれます
• 第二に、大量の電力を供給します
• さらに、RF を低減するためにフィルタ コンポーネントを追加する必要はありません
• 効率的でTUFが多い

単相整流器の欠点

• まず、少量の電力を供給します。
• さらに、変圧器利用率 (TUF) が少ない

(ダイオード)

半波および全波整流器

半波整流で 、整流器は脈動入力信号の半分を完全にブロックします。次に、全サイクルごとに半分だけを供給します。これは、AC 電源供給の半分が無駄になることを意味します。

半波整流には、1 つのダイオード単相電源または 3 つの三相電源が必要です。整流された電圧の平均レベルは、入力電圧のレベルの半分です。ただし、正電圧のピーク AC 入力電圧レベルは入力電圧と同じです。

半波整流器を設計するには 2 つの方法があります。たとえば、最初のモデルでは、AC 電源は出力のマイナス端子に直接リンクしています。次の設計では、交流電源が出力のプラス端子に直接接続されています。

利点

• まず、高電圧出力です
• また、電力整流に使用するダイオードが 1 つだけなので、安価です。

最後に、電源トランスは不要です

全波整流器

この整流器は、損失またはブロックされた負の入力 AC ソース信号を反転します。その結果、出力信号の平均値が向上します。また、ハーフブリッジ整流器では実行できない機能である入力 AC 電圧波形周波数を 2 倍にします。そして、生成された波形では、入力ピークと出力ピークが等しくなります。

全波整流器の設計で一般的に使用される 2 つの方法は次のとおりです。センタータップトランスとダイオードブリッジ回路。また、アクティブ レギュレータとしても機能し、大部分の電流を負荷回路に流すことができます。

利点

• まず第一に、整流効率が高い (81.2%)
• 第二に、RF が低い (0.48)
• さらに、TUF が比較的高い

短所

• まず、実行するにはトランスフォーマーが必要です
• 残念ながら、AC 主電源からかなり大きな内部抵抗を受けます
• 最後に、高価な二重ダイオードを使用しています

フォームファクター:

フォーム ファクタは、DC 出力電流に対する電流の RMS 値の比率です。

FormFactor=現在の DC 出力電流の RMS 値 Form Factor=現在の DC 出力電流の RMS 値。

全波整流器のフォーム ファクタは 1.11 です。

(半波整流回路図)

ブリッジ整流器

ブリッジ整流器は、メイン AC 入力を DC 出力に整流する AC-DC コンバータです。ブリッジ回路は、電気機器や電子部品に直流電圧を供給する電源に使用される整流器です。単純なブリッジ整流器は通常、負荷抵抗を使用します。その結果、これにより、負の半サイクルと正の半サイクルの両方で流れる電流が等しくなることが保証されます。ブリッジ整流器は、電子電源の最も一般的な部品の 1 つです。

ブリッジ整流器には、ダイオード ブリッジとも呼ばれる 4 つの隣接するダイオードがあります。ピーク逆電圧は、負の半サイクルで逆バイアスで接続されたときにダイオードから記録された最高電圧です。正の半サイクルの間、2 つのダイオードが導通スポットにあります。残りのペアは、ブリッジ整流の非導通位置にあります。整流器の出力レコードは、負荷抵抗の両端で発生します。

ブリッジ整流器の利点

• まず、整流効率が高い (81.2%)
• また、リップル電圧が低下しました
• ブリッジ整流器の動作に変圧器は不要
• さらに、センター タップ整流器で計量すると TUF が高くなります
• 最後に、単純なフィルタリングを使用して高周波を実現します

短所

• まず、4 つのダイオードを使用するため、ブリッジ整流器の構築コストが高くなります
• システムの電圧降下により出力電圧が低下した
• 繰り返しになりますが、システム構成は非常に複雑です
• 最後に、低電圧で動作すると大きな内部抵抗が発生します。

ブリッジ整流器は良好です。最初の AC サイクルでは、ダイオード D2 と D4 が順方向にバイアスされ、導通します。 D2 のアノードには正の電圧がかかっていますが、D4 のカソード端子には負の電圧がかかっています。信号の前半は、これら 2 つのダイオードを通過します。サイクルの後半では、ダイオード D1 と D3 が順方向にバイアスされて導通します。全体的な効果は、AC の 2 つの半分が通過できることです。その後、負の半分が反転し、正になります。

(ブリッジ整流器)

非制御整流器と制御整流器

無制御の整流器

非制御整流器という名前は、特定の AC 電源に固定の DC 出力電圧を提供する整流器のタイプを指します。非制御整流器はダイオードのみを使用し、次のいずれかになります。全波制御または半波制御整流器。ただし、ダイオードはオンまたはオフのいずれかしかできないため、効率が低下します。

制御整流器

この回路は、サイリスタを使用して AC 電源を DC 電源に変換し、負荷への電源供給を制御します。半波制御整流器は、単一の SCR (シリコン制御整流器) で構成されています。非制御整流器と同じ設計ですが、代わりに SCR を使用します。半波制御整流器は、一定の電力制御を提供するため、電力の浪費を制限します。

3.電子機器における整流回路の仕組み

整流回路の動作原理

整流回路は、AC 電源を DC 電源に変えるだけで機能します。これは、システム全体でインターロックされたダイオードで構成され、デバイスに電力を供給するための電子の順方向のみの動きを作り出します。 AC が整流回路を流れるとき、ダイオードは AC 電源からの負の電圧スイングを除去します。したがって、正の電圧のみが残ります。単純なダイオードは一方向の電流のみを許可し、逆方向の電流の流れをブロックします。

この画像は、整流ダイオードからの AC 電圧波形を示しています。電流波形には、電圧の短い上昇期間と無電圧期間の間に交互の間隔があります。正の電圧しか持たないため、直流です。

(ダイオードブリッジ図)

4.整流回路設計上の注意

電気機器の整流回路を設計する際には、考慮すべき注意事項があります。明確にするために、整流器の設計の選択に影響を与える最も重要な注意事項について説明します。

正の半サイクル

正の半サイクルの間、陽極と陰極の間に現れる電圧は正です。これは、ダイオードが順方向にバイアスされていることを意味します。回路が理想ダイオードに接続され、電力定格が一定であると仮定します。ピーク電圧は Vm で、電圧降下のないピーク電圧値と呼ばれます。

ただし、特定のダイオードの電圧降下は、0.7V (電圧降下) のシリコン ダイオードと見なす必要があります。印加された入力電圧がしきい値電圧 (0.7V) を超えた場合にのみ、順方向にバイアスされます。したがって、回路は導通を開始します。

ピーク電圧 =Vm – 0.7V(電圧降下)

負の半サイクル

アノードとカソードの両端に現れる電圧が負であるため、負の半サイクルとは異なります。整流回路のダイオードは逆バイアスされるため、オープン スイッチとして機能します。電流が流れなくなります。これにより、出力の電圧読み取り値がゼロになります。

さらに、負の半サイクルでは、使用されているダイオードを考慮しても、ダイオードの両端の電圧は負です。つまり、出力での読み取り値は 0V のままです。

電圧降下:

電源電圧は通常、多くの電力を運びます。回路を移動する際の電流の電位の部分的な電力損失は、電圧降下と呼ばれます。

VD=( 2*L*R*I) / 1000

整流器で放散される熱の計算:

通常、これはダイオード内で電圧降下と抵抗が発生するため、整流プロセスで失われる熱です。したがって、回路で使用される特定のダイオードの電圧降下に関する知識は重要です。

Pheat (電力損失) =Pmax (システムの最大出力電力) / Eff (整流器モジュールの効率) – Pmax (システムの最大出力電力。

ピーク逆電圧:

PIV は、ダイオードが逆バイアスで耐えることができる最大電圧を指します。したがって、これを超えると、ダイオードが破損する可能性があります。ピーク逆電圧は入力電圧と同じです。

ピーク逆電圧 (PIV) =2Vs max =2V_smax .

5.平滑コンデンサ

平滑コンデンサは、信号の供給の変動を平均化するシステムです。それらは主に整流器または電源電圧の後に適用されます。半サイクルの間、コンデンサの充電と放電がスムーズに移行します。充電プロセスは、電流が正の半サイクルを流れるときに発生します。

平滑コンデンサ付き全波整流器

平滑化コンデンサは、ダイオード全体の不完全な出力リップルを改善するのに役立ちます。そのため、負荷回路への安定した電圧を維持するために、平滑コンデンサがダイオードの両端に並列に接続されます。

負荷の配置は、全波ブリッジ整流器の出力にかかっています。コンデンサは、DC 出力を増加させます。その結果、平滑コンデンサは整流器のリップル出力をより平滑な DC 出力に変換します。

リップル電圧は平滑コンデンサ値に反比例します。 2 つの値は、

によって関連付けられます

V_波紋 =私は_読み込む /(fxC)

別の方法として、定電圧電源用の電圧レギュレータ集積回路を使用することもできます。

5uF 平滑コンデンサ

5uF の平滑化コンデンサを介した電荷と静電容量は、回路内の接続によって異なります。等価静電容量は、並列接続のコンデンサの回路に接続されているすべてのコンデンサの合計になります。

50uF 平滑コンデンサ

同様に、同じ原理が 50uF の平滑化コンデンサにも適用されます。並列回路接続の電圧は、すべてのコンデンサで同じです。ただし、50uF は 5uF コンデンサに比べてより強力な平滑コンデンサになります。

（コンデンサのイメージ）

6.結論

この記事では、整流回路を使用する幅広いデバイスが確立されています。 1 つのアプリケーションは電圧レギュレータですが、別の一般的な用途には、電源コンポーネントや無線信号に使用される振幅変調検出器 (AMD) があります。このデバイスは、初期のラジオ受信機の水晶検出器としても一般的に知られていました。

この記事が整流回路に関するすべての質問に答えることを願っています。整流回路を構成する基本部品については、お気軽にお問い合わせください。あなたのプロジェクトを支援できることを楽しみにしています。