Однофазные выпрямители: Выпрямители: Однофазный однополупериодный выпрямитель — Club155.ru

Содержание

Выпрямители: Однофазный однополупериодный выпрямитель — Club155.ru

 

Простейшим выпрямителем является схема однофазного однополупериодного выпрямителя (рис. 3.4-1а). Графики, поясняющие его работу при синусоидальном входном напряжении \(U_{вх} = U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)}\) , представлены на рис. 3.4-1б.

 

Рис. 3.4-1. Однофазный однополупериодный выпрямитель (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)

 

На интервале времени \(\left[ {0;} T/2 \right]\) полупроводниковый диод выпрямителя смещен в прямом направлении и напряжение, а следовательно, и ток в нагрузочном резисторе повторяют форму входного сигнала. На интервале \(\left[ T/2 {;} T \right]\) диод смещен в обратном направлении и напряжение (ток) на нагрузке равно нулю. Таким образом, среднее значение напряжения на нагрузочном резисторе будет равно:

\(U_{н ср} = \cfrac{1}{T} {\huge \int \normalsize}_{0}^{T} U_н \operatorname{d}t = \cfrac{1}{T} {\huge \int \normalsize}_{0}^{T/2} U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)} \operatorname{d}t = \)

\(= — \cfrac{U_{вх max}}{T \omega} \cos{\left( \omega t \right)}{\huge \vert \normalsize}_{0}^{T/2} \approx \cfrac{U_{вх max}}{\pi} = \sqrt{2} \cfrac{U_{вх д}}{\pi}\),

где \(U_{вх д}\) — действующее значение переменного напряжения на входе выпрямителя. 2 \operatorname{d} t} = \cfrac{I_{max}}{2} = {0,5} \cdot I_{max} \) 

 

Отношение среднего значения выпрямленного напряжения \(U_{н ср}\) к действующему значению входного переменного напряжения \(U_{вх д}\) называется коэффициентом выпрямления (\(K_{вып}\)). Для рассматриваемой схемы \(K_{вып} = {0,45}\).

Максимальное обратное напряжение на диоде \(U_{обр max} = U_{вх max} = \pi U_{н ср}\) , т.е. более чем в три раза превышает среднее выпрямленное напряжение (это следует учитывать при выборе диода для выпрямителя).

Спектральный состав выпрямленного напряжения имеет вид (разложение в ряд Фурье):

\(U_н = \cfrac{1}{\pi} U_{вх max} + \cfrac{1}{2} U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)} — \cfrac{2}{3 \pi} \cos{\left( 2 \omega t \right)} — \)

\( — \cfrac{2}{15 \pi} U_{вх max} \cos{\left( 4 \omega t \right)} — {…} \)

 

Коэффициент пульсаций

, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения, для описываемой схемы однополупериодного выпрямителя равен:

\(K_п = \cfrac{U_{пульс max 01}}{U_{н ср}} = \cfrac{\pi}{2} = {1,57}\).  

Как видно, однополупериодное выпрямление имеет низкую эффективность из-за высокой пульсации выпрямленного напряжения.

 

Еще один отрицательный аспект однополупериодного выпрямления связан с неэффективным использованием силового трансформатора, с которого берется переменное напряжение. Это обусловлено тем, что в токе вторичной обмотки трансформатора существует постоянная составляющая, равная среднему значению выпрямленного тока. Такая составляющая не трансформируется, т.е.:

\(I_1 \cdot w_1 = \left( I_2 – I_{н ср} \right) w_2\) ,

где \(I_1\), \(I_2\) — токи первичной и вторичной обмоток, а \(w_1\), \(w_2\) — число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.

 

Временнáя диаграмма тока первичной обмотки трансформатора (рис. 3.4-2) подобна диаграмме тока вторичной обмотки, но смещена на величину \(I_{н ср} \cfrac{w_2}{w_1}\).

 

Рис. 3.4-2. Временная диаграмма токов в первичной и вторичной обмотках силового трансформатора, нагруженного на схему однофазного однополупериодного выпрямителя

 

В сердечнике трансформатора за счет постоянной составляющей тока вторичной обмотки создается постоянный магнитный поток \(\Phi_0 = w_2 \cdot I_0\). Это явление принято называть

вынужденным намагничиванием сердечника трансформатора. Оно может вызвать насыщение магнитной системы трансформатора, т.е. увеличение тока холостого хода, действующего значения первичного тока и следовательно, расчетной мощности первичной обмотки трансформатора, что обусловливает увеличение необходимых размеров трансформатора в целом.

Дополнительный минус однополупериодного выпрямления состоит в наличии участка стабильного тока, что также снижает эффективность использования трансформатора по мощности. Максимальный коэффициент использования трансформатора по мощности для такой схемы не превышает \(k_{тр P} \approx {0,48}\).

Для снижения уровня пульсаций на выходе выпрямителя включаются разнообразные индуктивно-емкостные фильтры. Наличие конденсаторов и индуктивностей в цепи нагрузки оказывает значительное влияние на работу выпрямителя.

В маломощных выпрямителях обычно применяют простейший емкостный фильтр, который представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке (рис. 3.4-3).

 

Рис. 3.4-3. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)

 

В установившемся режиме работы, когда напряжение на входе выпрямителя \(U_{вх}\) больше напряжения на нагрузке \(U_н\) и диод выпрямителя открыт, конденсатор будет подзаряжаться, накапливая энергию, поступающую от внешнего источника. Когда же напряжение на входе выпрямителя упадет ниже уровня открывания диода и он закроется, конденсатор начнет разряжаться через \(R_н\), предотвращая при этом быстрое падение уровня напряжения на нагрузке.

Таким образом, результирующее напряжение на выходе выпрямителя (на нагрузке) окажется уже не таким пульсирующим, а будет значительно сглажено, причем тем сильнее, чем большую емкость будет иметь применяемый конденсатор.

Обычно, емкость конденсатора фильтра выбирают такой, чтобы его реактивное сопротивление было намного меньше сопротивления нагрузки (\(1/ \omega C \ll R_н\)). В этом случае пульсации напряжения на нагрузке малы и допустимо предполагать, что это напряжение постоянно (\(U_н \approx {const}\)). Примем: \(U_н = U_{вх max} \cos{\beta}\), где \(\beta\) — некоторая константа, определяющая значение напряжения на нагрузке. Очевидно, что в общем случае \(\beta\) зависит от емкости конденсатора, сопротивления нагрузки, частоты входного напряжения и т.п. Физический смысл этой величины можно понять из временных диаграмм, приведенных на рис. 3.4-4. Как видно, \(\beta\) отражает длительность временного интервала в одном периоде колебаний внешнего напряжения, когда диод выпрямителя находится в открытом состоянии (\(\beta = \omega \cdot t_{откр}/2\)).

Угол \( \beta\) принято называть углом отсечки.

 

Рис. 3.4-4. График зависимости \(A(\beta)\)

 

Для тока, протекающего через диод в открытом состоянии, можно записать:

\( I_д = \cfrac{U_{вх} — U_н}{r} \) , 

где \(r\) — активное сопротивление, обусловленное сопротивлением диода в открытом состоянии и сопротивлением вторичной обмотки трансформатора (иногда его называют

сопротивлением фазы выпрямителя).

 

Учитывая, что \(U_{вх} = U_{вх max} \sin{\left( \omega t \right)} \):

\(I_д = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( \sin{\left( \omega t \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right) = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left(\sin{\left(\varphi \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right)\)   (3.4.1)

Среднее за период значение выпрямленного тока диода (учитывая, что диод открыт только на участке \(\varphi = \left[\pi/2 – \beta ; \pi/2 + \beta \right]\):

\(I_{д ср} =\cfrac{1}{2 \pi} {\huge \int \normalsize}_{\frac{\pi}{2} — \beta}^{\frac{\pi}{2} + \beta} \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( \sin{ \left( \varphi \right)} — \cos{\left( \beta \right)} \right) \operatorname{d} \varphi =\)

\(= \cfrac{U_{вх max}}{\pi r} \left( \sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)} \right) \)  

 

Поскольку \(U_{вх max} = \cfrac{U_н}{\cos{\left( \beta \right)}} \):

\(I_{д ср} =\cfrac{U_н}{\pi r} \cdot \cfrac{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)} } = \cfrac{U_н}{\pi r} A \left( \beta \right) \),

где \( A \left( \beta \right) = \cfrac{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)}} = \operatorname{tg} \left( \beta \right) — \beta \)    (3. 4.2)

 

Формула (3.4.2) очень важна при расчете выпрямителя. Ведь угол отсечки \(\beta\) не является заранее известным исходным параметром, как правило, его приходится вычислять на основании заданных выходного напряжения (\(U_н\)), сопротивления (\(R_н\)) или тока нагрузки (\(I_н\)), а также параметров применяемого диода и трансформатора (которые определяют сопротивление фазы \(r\)). Располагая этими данными и учитывая (3.4.2) можно определить значение коэффициента \(A\):

\(A \left( \beta \right) = \cfrac{I_{д ср} \pi r}{U_н} \)

Средний ток через диод \(I_{д ср}\) равен среднему току нагрузки \(I_{н ср}\), а учитывая, что напряжение на нагрузке предполагается неизменным, то и мгновенное значение тока через нагрузку равно току диода: \(I_н = I_{д ср}\). Таким образом:

\(A \left( \beta \right) = \cfrac{I_{н} \pi r}{U_н} = \cfrac{\pi r}{R_н} \)

 

Для нахождения угла отсечки \(\beta\) при известном коэффициенте \(A(\beta)\) на практике обычно пользуются графиком (рис. 3.4-4).

Максимальное значение тока диода достигается при \(U_{вх} = U_{вх max}\) в момент времени, когда \(\varphi = \pi/2 \), т.е. согласно выражения (3.4.1):

\( I_{д max} = \cfrac{U_{вх max}}{r} \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right) = \cfrac{U_н}{r} \cdot \cfrac{\pi \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right)}{\cos{\left( \beta \right)}} \)

 

И далее, учитывая (3.4.2) получим:

\( I_{д max} = \cfrac{I_{д ср} \cdot \pi}{A \left( \beta \right)} \cdot \cfrac{1- \cos{\left( \beta \right)}}{\cos{\left( \beta \right)}}\), где \(F \left( \beta \right) = \cfrac{\pi \cdot \left( 1 — \cos{\left( \beta \right)} \right)}{\sin{\left( \beta \right)} — \beta \cos{\left( \beta \right)}}\)

 

График функции \(F(\beta)\) представлен на рис. 3.4-5. Из него видно, что с уменьшением угла отсечки \(\beta\) существенно увеличивается амплитуда тока через вентили.

 

Рис. 3.4-5. График зависимости \(F(\beta)\)

 

Таким образом, емкостный характер нагрузки выпрямителя приводит к тому, что выпрямительный диод оказывается открытым в течение меньшего промежутка времени, а амплитуда тока, проходящего в это время через диод, оказывается больше, чем в аналогичной схеме, работающей на чисто активную нагрузку. Этот факт необходимо учитывать при выборе диода, который должен выдерживать повторяющийся ток соответствующей амплитуды и более того, нормально переносить первоначальный всплеск тока при включении, когда происходит первоначальная зарядка конденсатора.

Указанная закономерность справедлива не только для описываемой схемы однофазного однополупериодного выпрямления. Аналогичным образом будет происходить работа и других рассматриваемых далее схем, имеющих нагрузку емкостного характера.

Требуемый коэффициент пульсаций на выходе однофазного однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром \(K_п\) может быть получен при правильном выборе емкости сглаживающего конденсатора. Для ее нахождения используется следующая формула:

\( С = \cfrac{H(\beta)}{r \cdot K_п}\),

где \(H(\beta)\) — это еще один вспомогательный коэффициент, значение которого находится по графику (рис. 3.4-6).

 

Рис. 3.4-6. График зависимости \(H(\beta)\)

 

Емкостный фильтр характерен для выпрямителей, рассчитанных на малые токи нагрузки. При больших токах обычно применяют индуктивные фильтры. Такой фильтр представляет собой катушку индуктивности (обычно с ферромагнитным сердечником), включенную последовательно с нагрузкой (рис. 3.4-7). Наличие индуктивности в цепи нагрузки также как и емкость оказывает значительное влияние на режим работы вентилей выпрямителя.

 

Рис. 3.4-7. Схема однофазного однополупериодного выпрямителя с индуктивным фильтром (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)

 

Работа схемы на рис. {- \cfrac{R_н t}{L}} \sin{( \theta )} \right) \),

где \( \theta = \operatorname{arctg} \left( \cfrac{\omega L}{R_н} \right) \)

 

Временная диаграмма, отражающая эту зависимость приведена на рис. 3.4-7(б). По ней хорошо виден физический смысл константы \(\theta\). Она представляет собой угол, на который запаздывает основной всплеск тока в нагрузке относительно инициирующего его всплеска напряжения на входе выпрямителя.

Если проанализировать зависимость тока нагрузки \(I_н(t)\), можно заметить, что его амплитуда с увеличением индуктивности катушки падает (соответственно падает и его среднее значение). Т.е. среднее значение напряжения на нагрузке оказывается меньшим, чем в случае отсутствия индуктивности, уменьшаются также пульсации выходного напряжения. Сами колебания тока оказываются сдвинутыми относительно колебаний входного напряжения на угол \(\theta\). Это является причиной скачкообразного приложения к диоду в момент его запирания отрицательного обратного напряжения величиною до \(U_{обр} = U_{вх max}\).

Описанный режим работы вентилей (затягивание тока, уменьшение его амплитуды, скачкообразное приложение обратного напряжения) при наличии индуктивного фильтра характерен для всех схем выпрямителей. Индуктивный фильтр обычно применяют в схемах мощных выпрямителей, поскольку в этом случае требуемая для существенного изменения параметров выходного напряжения индуктивность оказывается незначительной.

Наиболее эффективно сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется с помощью сложных многозвенных фильтров, в состав которых входят и катушки индуктивности и конденсаторы (основой таких фильтров являются т.н. Г- или П-образные звенья).

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Однофазные выпрямители

Выпрямителем называется электронное устройство, преобразующее энергию переменного тока (обычно синусоидального) в энергию постоянного тока.

Основным элементом выпрямителя является полупроводниковый диод – вентиль.

Для преобразования однофазного переменного напряжения в источниках в основном используют три схемы: однополупериодную, двухполупериодную мостовая и двухполупериодную со средней точкой трансформатора. Схема однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы приведены на рис. 17.2.

Выпрямитель состоит из трансформатора ТV, первичная обмотка кото­рого включена в сеть переменного тока, а последовательно со вторичной включен диод VD и сопротивление нагрузки. Трансформатор служит для по­лучения необходимого уровня переменного напряжения и гальванической раз­вязки цепей переменного и выпрямленного тока.

 

 
 

Рис. 17.2

Рассмотрим работу выпрямителя по временной диаграмме (рис. 17.2 б). При этом для простоты анализа будем считать активное сопротивление обмоток трансформатора и прямое сопротивление диода равными нулю. В первый полупе­риод (0 – ) напряжение положительно, диод открыт, в сопротивлении нагрузки возникает ток . Во время напряжение отрицательно – диод закрыт. Ток нагрузки равен нулю и все напряжение приложено ко вто­рому диоду.

Достоинством такой схемы является ее простота. Недостатками – высокий коэффициент пульсации выпрямленного напряжения и нали­чие постоянной составляющей тока во вторичной обмотке транс­форматора. Эти недостатки могут быть значительно уменьшены при использова­нии двухполупериодных схем выпрямления.

 
 

Двухполупериодный (мостовой) выпрямитель (рис. 17.3 а) состоит из транс­форматора ТV и четырех диодов VD1 – VD4, включенных по мостовой

Рис. 17.3

схеме. К одной диагонали моста подключена обмотка трансформатора, к другой – нагрузочное сопротивление . Каждая пара диодов работает поочередно. В первый полупериод напряже­ния U2 открыты диоды VD1 и VD3, а VD2 и VD4 закрыты.

Ток нагрузки протекает через диоды VD1, VD3 и сопротивление в направлении от точки 1 к точке 2. В следующий полупериод напряжение отрицательно, диоды VD1, VD3 заперты, а диоды VD2, VD4 открыты. Ток нагрузки протекает через диоды VD2, VD4 и сопротивление в направлении от точки 1 к точке 2. Временные диаграммы показаны на рис. 17.3 б.

 

 
 

а) б)

Рис. 17.4

В этой схеме среднее значение выпрямленных напряжения и тока, примерно, в два раза больше, а пульсации значительно меньше по сравнению с однополупериодным выпрямителем. В то же время количество диодов увеличилось в четыре раза.

Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (рис. 17.4 а) можно рассматривать как объединенные вместе два однополупериодных выпрямителя. В каждый полупериод напряжения работает или верхняя, или ниж­няя часть схемы.

При положительном напряжении диод VD1 открыт, диод VD2 закрыт. Ток нагрузки протекает через диод VD1 и от точки 1 к точке 2. В следующий полупериод положительно направление . Диод VD1 закрыт, VD2 – открыт. Ток нагрузки протекает через диод VD2 и также от точки 1 к точке 2 (рис. 17.4 б).

Эта схема имеет те же преимущества перед однополупериодным вы­прямителем, что и мостовая схема. Количество диодов в два раза меньше, чем у мостового выпрямителя, но применение трансформатора увеличивает ее массу и габариты.


Узнать еще:

6 Однофазные выпрямители и сглаживающие фильтры » СтудИзба

Тема: Однофазные выпрямители и сглаживающие фильтры.

Вопрос 1. Общие сведения.

Выпрямителем называют устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии источника переменного тока в электрическую энергию, потребляемую приемником постоянного тока. Такое преобразование необходимо в том случае, когда первичным источником электроэнергии является однофазная (трехфазная) сеть или автономный генератор переменного тока, а потребитель электроэнергии работает на постоянном токе.

Для потребителей постоянного тока мощностью до нескольких сотен ватт используют однофазные выпрямители, подключаемые к однофазной сети переменного тока. Однофазные выпрямители, как правило, входят в состав источников вторичного электропитания (ИВЭ) радио- и телевизионных, измерительных, вычислительных электронных устройств, применяют для питания электродвигателей постоянного тока, зарядки аккумуляторных батарей и др.

Для потребителей постоянного тока мощностью более 1 кВт используют трехфазные выпрямители, подключаемые к промышленной трехфазной сети.

Структурная схема традиционного однофазного источника питания постоянного тока представлена на рис.4.1.


Основным и обязательным элементом схемы является выпрямитель (В) на полупроводниковых вентилях. Принцип действия любого выпрямителя основан на односторонней проводимости вентилей, преобразующих переменный ток в пульсирующий ток постоянного направления.
Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения после выпрямителя может быть включен сглаживающий фильтр (Ф), а при необходимости постоянства величины напряжения Uн на нагрузке — стабилизатор напряжения (Ст). Выпрямитель подключается к питающей сети переменного тока через трансформатор (Т) в случае, если требуется преобразование уровня напряжения питающей сети Uс к необходимому уровню напряжения нагрузки Uн, а также для электрического разделения цепей.

Основными недостатками выпрямителей с трансформаторным входом являются большие габариты, масса трансформатора и сглаживающего фильтра. В малогабаритных ИВЭ электронной аппаратуры применяют схемы с бестрансформаторным входом, работа которых основана на многократном преобразовании электрической энергии. В таких схемах выпрямитель подключен непосредственно к питающей сети, а согласование уровней напряжений сети и нагрузки производится трансформатором на повышенной промежуточной частоте переменного тока, что позволяет значительно уменьшить габариты и массу трансформатора и фильтра.

Вопрос 2. Однофазный однополупериодный выпрямитель.

Однофазный однополупериодный выпрямитель содержит один вентиль VD, включенный в цепь вторичной обмотки трансформатора Т последовательно с нагрузкой Rн (рис.4.2,а). Временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу выпрямителя на активную нагрузку без фильтра, представлены на рис.4.2,б. В первый полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора u2=, когда оно положительно, диод VD открыт, т.к. на его аноде действует положительный потенциал. На этом интервале времени (0T/2) через нагрузку будет протекать ток , являющийся для диода прямым током. При этом uв=0, uн=u2=. На втором полупериоде напряжение u2 становится отрицательным, и диод закрывается под действием отрицательного потенциала на аноде диода. На этом интервале времени (T/2 — T) iн=0, uн=0, напряжение на вентиле uв=u2= будет являться обратным напряжением диода.

В результате такой работы вентиля ток через нагрузку будет протекать в течение только одного полупериода переменного напряжения u2 и вызывать на нагрузке периодическое несинусоидальное напряжение uн, среднее значение которого может быть определено

.

Средний ток через вентиль Iпр равен среднему току нагрузки Iпр=Iн.

Максимальное напряжение на закрытом вентиле

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

Расчетная мощность трансформатора

Недостатками однополупериодного выпрямителя являются большой уровень пульсаций выпрямленного напряжения, вынужденное намагничивание сердечника трансформатора за счет постоянной составляющей тока вторичной обмотки, плохое использование трансформатора (SТ=3,5Pн), низкие коэффициенты использования вентилей (KI=Iв. max/Iн=p, KU=Uобр.max/Uн=p), малый КПД выпрямителя h=0,481.

Однополупериодные выпрямители применяются для питания маломощных усилителей, электронно-лучевых трубок и в высоковольтных установках для испытания изоляции.

Вопрос 2. Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из четырех вентилей, включенных по мостовой схеме (рис.4.3,а). К одной диагонали моста подано переменное напряжение u2=, к другой — подключена нагрузка Rн. Временные диаграммы напряжений и токов представлены на рис.4.3,б. В первый полупериод напряжения u2, когда потенциал на аноде VD1 положительный, диоды VD1 и VD3 открыты, и ток нагрузки протекает через VD1, Rн и VD3. В этом интервале времени uн=u2, диоды VD2 и VD4 закрыты и находятся под обратным напряжением. На втором полупериоде напряжение u2 становится отрицательным, и диоды VD1 и VD3 будут теперь в закрытом состоянии находиться под обратным напряжением, а диоды VD2 и VD4 — открыты. Ток iн будет протекать через VD2, VD4 и через нагрузку Rн в том же направлении, что и в предыдущий полупериод.

В результате такой попарной работы диодов ток в нагрузке будет протекать в течение двух полупериодов и вызывать напряжение uн, среднее значение которого будет в два раза больше, чем при однополупериодном выпрямлении

; ; .

Так как пары диодов проводят ток нагрузки поочередно по полпериода, то прямой ток вентилей будет равен Iпр=0,5Iн.

Максимальное напряжение на закрытых вентилях

Расчетная мощность трансформатора

Двухполупериодный выпрямитель в сравнении с однополупериодным имеет следующие преимущества: выпрямленные ток и напряжение вдвое больше, значительно меньший уровень пульсаций uн, вентили выбираются по половине тока нагрузки, хорошо используется трансформатор и отсутствует вынужденное подмагничивание его сердечника. Мостовая схема имеет преобладающее применение в выпрямителях небольшой и средней мощности.

Для оценки пульсаций выпрямленного напряжения пользуются понятием коэффициента пульсаций q, который равен отношению амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения к среднему значению: .

Вопрос 3. Сглаживающие фильтры.

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры. Основными элементами пассивных фильтров являются реактивные элементы: конденсаторы и дроссели. На базе транзисторов и операционных усилителей выполняются более сложные активные фильтры. Эффективность фильтра характеризуется коэффициентом сглаживания, равным отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра

.

Емкостной фильтр состоит из конденсатора, подключаемого параллельно нагрузке, при этом напряжение uн=uC определяется процессами заряда и разряда конденсатора. В однополупериодном выпрямителе конденсатор Cф будет заряжаться через вентиль,

если u2>uC (интервал времени t1t2 на рис. 4.4). Когда u2<uC (t2t3), вентиль закрыт, и конденсатор разряжается через сопротивление нагрузки Rн с постоянной времени tр=CфRн; при этом .

Достоинством емкостного фильтра является простота, повышенное напряжение на нагрузке и хорошее сглаживание при малых выходных токах. С увеличением тока нагрузки при уменьшении Rн уменьшается постоянная разряда конденсатора и возрастает коэффициент пульсаций на нагрузке. Емкостной фильтр целесообразно использовать при высокоомной нагрузке с малым значением выпрямленного тока.

Индуктивный фильтр состоит из индуктивной катушки (дросселя), включаемой последовательно с нагрузкой. Дроссель с индуктивностью Lф не оказывает сопротивления постоянной составляющей тока нагрузки, но подавляет переменные составляющие тока, для которых реактивное сопротивление катушки возрастает с увеличением частоты высших гармоник.

Недостатками индуктивных фильтров являются большие габариты и масса дросселя, поэтому применяются такие фильтры преимущественно в трехфазных выпрямителях большой и средней мощности при низкоомной нагрузке с большими значениями токов.

Для более эффективного сглаживания применяют составные или многозвенные фильтры, коэффициент сглаживания которых равен произведению коэффициентов сглаживания отдельных звеньев . К составным фильтрам можно отнести Г— и П-образные LC-фильтры (см. табл. 4.1).

Вопрос 3. Расчет выпрямителя.

Расчет выпрямителя сводится к выбору вентилей, определению типа и параметров фильтра и трансформатора. Исходными данными к расчету являются напряжение U1=Uс и частота f1 питающей сети, напряжение Uн и мощность Pн нагрузки.

Для надежной работы вентилей их выбирают из условия, чтобы среднее значение тока через открытый вентиль Iпр и максимальное обратное напряжение на закрытом вентиле Uобр. mне превышали допустимый прямой ток вентиля Iпр.maxи обратное максимальное напряжение Uобр.max

Iпр < Iпр.max И Uобр.m < Uобр.max.

Iпр и Uобр.mрассчитываются из соотношений, приведенных в табл. 4.2 для соответствующей выпрямительной схемы, а Iпр.maxи Uобр.maxопределяются из справочника для выбираемых вентилей.

Выбор трансформатора проводится по расчетной мощности Sт и коэффициенту трансформации  (см. табл. 4.2).

                                                        Таблица 4.1

Коэффициент

Сглаживания

фильтра

Условия

Эффективной

Работы

1. Емкостной

,

где m – число пульсаций выпрямленного

напряжения

;

,

где  — частота основной гармоники пульсаций;

2. Индуктивный

3. Г-образный

где

;

;

4. П-образный

Задавшись Cф1=Cф2,

Определяют

,

При расчете фильтра известными являются: величина допустимого коэффициента пульсаций на нагрузке qн=qвых, коэффициент пульсаций выпрямителя q=qвх, и соотношения определяемых параметров фильтра с его коэффициентом сглаживания (см. Табл. 4.1).

Схема

U2/Uн.ср.

I2/Iн

I1nТ/Iн

SТ/Pн

Uобр.m/Uн

IВ/Iн

q

m

Однополу-периодная

2.22

1.57

1.21

3.5

3. 14

1

1.57

1

Мостовая

1.11

1.11

1.11

1.23

1.57

0.5

0.667

2

Вопрос 4. Характеристики выпрямителей.

Основной характеристикой выпрямителя является внешняя характеристика, которая показывает зависимость выходного напряжения от тока нагрузки Uн=f(Iн). Приблизительный расчет выходного напряжения выпрямителя с учетом внутреннего падения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, вентилях и элементах фильтра может быть выполнен по формуле:

,

где  — выходное напряжение выпрямителя в режиме холостого хода;

RТ – сопротивление вторичной обмотки трансформатора;

Rпр – суммарное сопротивление открытых вентилей;

Rф – суммарное сопротивление фильтра.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действие выпрямителей.

2. Как влияет емкостный фильтр на величину обратного напряжения на вентиле?

3. Почему уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения при включении емкостного или индуктивного фильтра?

4. Достоинства и недостатки разных типов фильтров.

5. Что такое коэффициент пульсаций и коэффициент сглаживания?

6. По каким критериям осуществляется выбор вентилей?

7. Как определяется мощность трансформатора в выпрямителях?

8. Как изменится форма напряжения на нагрузке при пробое одного вентиля в исследуемых выпрямителях?

Однофазные выпрямители для зарядки аккумуляторных батарей В-ОПЕ, В-ОПЕД

 

Однофазные зарядные выпрямители В-ОПЕ и В-ОПЕД предназначены для зарядки аккумуляторных батарей емкостью от 55 до 220 А/ч напряжением 12 В или 24 В всех типов грузовых автомобилей и тракторов, а также для запуска двигателей в зимних условиях.

Однофазный зарядный выпрямитель В-ОПЕ-20-24/12 стабилизирует ток в нагрузке. Величина выходного тока плавно регулируется от 5 до 20 А.

Однофазный выпрямитель (диодный) В-ОПЕД-22-24/12-1 имеет ступенчатое регулирование зарядного тока. Диапазон регулирования тока от 5,5 до 22 А.

Однофазный выпрямитель (диодный) В-ОПЕД-22-24/12-2 предназначен для зарядки аккумуляторных батарей со ступенчатым регулированием зарядного тока от 5,5 до 22 А. Выдерживает без повреждения в течении 5 сек. пусковой ток 800 А.

Имеет два режима работы:

Режим 1 — двухступенчатый заряд с автоматическим переключением по истечении выдержки времени на заряд пониженным током.

Режим 2 — одноступенчатый заряд с автоматическим отключением выпрямителя от сети по истечении выдержки времени.

Технические характеристики зарядных выпрямителей В-ОПЕ и В-ОПЕД:

Наименование параметров

В-ОПЕ-20-24/12

В-ОПЕД-22-24/12-1

В-ОПЕД-22-24/12-2

Номинальное напряжение на выходе выпрямителя, В

220

220

220

Номинальная частота на выходе выпрямителя, Гц

50

50

50

Номинальный зарядный ток, А

20

22

22

Номинальное выходное напряжение при номинальном выходном токе, В

24/12

24/12

24/12

Номинальная потребляемая мощность в режиме «заряд», Вт

1200

1100

1100

Номинальная потребляемая мощность в режиме «пуск», Вт

3000

Пределы регулирования напряжения на выходе выпрямителя при номинальном токе в режиме 12 В

7-17 В

7-17 В

Пределы регулирования напряжения на выходе выпрямителя при номинальном токе в режиме 24 В

17-35 В

17-35 В

Зона регулирования выходного тока, А

5-20

Габаритные размеры, мм:

 

 

 

Длина

425

312

285

Глубина

340

315

388

Высота

240

216

275

Масса, не более, кг

30

25

45

1.

 Однофазные неуправляемые выпрямители | Электротехника

Однофазные схемы выпрямления являются наиболее простыми, их экономиче­ски выгодно использовать для управления двигателями малой мощности и магнитными усилителями, для питания индукторов генераторов, в блоках заряда аккумуляторов и в переносных сварочных аппаратах. Мощные выпрямители однофазного тока также на­ходят широкое применение. Они служат для управления тяговыми двигателями на электроподвижном составе электрифицированных железных дорог с однофазными се­тями переменного тока.

При анализе выпрямительных схем полагают, что параметры первичной об­мотки трансформатора приведены к вторичной цепи, так как заданными величинами обычно являются напряжение (Ud) и ток (Id) нагрузки.

Основные величины, характеризующие работу выпрямителей, в значительной степени зависят от вида нагрузки. В промышленности нагрузка чаще всего носит ин­дуктивный характер, так как её активные сопротивления  намного меньше индуктив­ных на частоте основной гармонической составляющей выпрямленного напряжения, особенно это характерно для электромеханических нагрузок малой и средней.

Для ог­раничения уровня пульсаций выходного тока, устранения режима прерывистых токов и обеспечения пропорциональной зависимости между выходным напряжением и сиг­налом управления в якорные цепи мощных двигателей постоянного тока (ДПТ) вклю­чают дополнительную индуктивность. Анализ схем выпрямителей при якорном регу­лировании скорости ДПТ требует учета также меняющейся противо-ЭДС. Однако пер­воначальное изучение процессов в выпрямительных схемах целесообразно начать при работе на активную нагрузку с дальнейшим учетом всех особенностей реальной на­грузки.

Простейшей схемой однофазного выпрямления является однополупериодный выпрямитель, содержащий один диод во вторичной обмотке трансформатора. Ток в на­грузке протекает в течение положительного полупериода сетевого напряжения. В отри­цательный полупериод диод закрывается, тем самым, разрывая электрическую цепь на­грузки. Эта схема применяется редко из-за присущих ей недостатков, основными из ко­торых являются плохое использование трансформатора вследствие вынужденного под­магничивания сердечника, значительные по величине пульсации выпрямленного на­пряжения и их низкая частота, равная частоте сетевого напряжения. Это затрудняет фильтрацию напряжения на нагрузке и увеличивает габариты фильтра. Кроме этого, среднее значение выпрямленного напряжения приблизительно в три раза меньше дей­ствующего значения напряжения вторичной обмотки трансформатора. 

Наиболее широко применяются однофазные нулевая и мостовая схемы.

Однофазные выпрямители — Студопедия

Выпрямители бывают однополупериодными или двухполупериодными в зависимости от того сколько полупериодов переменного тока используется — один или два. По однополупериодной схеме выполняют выпрямители, от которых требуется небольшой ток

Рис.4.2. Однофазный однополупериодный выпрямитель.

Работа схемы однополупериодного выпрямителя

Во время положительной полуволны (в интервале 0 ÷ π) плюс напряжения на вторичной обмотке трансформатора приложен к аноду диода, а минус — к катоду (рис.4.2). Диод открывается и пропускает ток от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод и сопротивление нагрузки Rн на минус вторичной обмотки трансформатора. Во время отрицательной полуволны(в интервале π ÷ 2π) к аноду диода приложен минус, а к катоду — плюс. К диоду в это время прикладывается обратное напряжение, и он закрыт. На графике в этот момент на сопротивлении нагрузки нет падения напряжения (рис.4.2, в). Трансформатор Т играет двойную роль: он служит для подачи на вход выпрямителя ЭДС е2 соответствующей заданной величине выпрямленного напряжения Ed и обеспечивает гальваническую развязку цепи нагрузки и питающей сети. Параметры, относящиеся к цепи постоянного тока, то есть к выходной цепи выпрямителя, принято обозначать с индексом d (от английского слова direct — прямой): Rd — сопротивление нагрузки; ud — мгновенное значение выпрямленного напряжения; id — мгновенное значение выпрямленного тока. Для однополупериодного выпрямителя имеются следующие соотношения.


ЭДС обмотки трансформатора синусоидальна:

e2 = √2·E2·sinΘ,

где Θ = ωt,E2 — действующее значение ЭДС;

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения:

Ud = 0,45E2

Постоянная составляющая выпрямленного тока:

Id=Ud/Rd

Для данной схемы выпрямителя среднее значение анодного тока вентиля Iаср = Id.

Максимальное значение анодного тока:

iamax = √2·E2/Rd=Id·π.

Максимальноезначение обратного напряжения на вентиле:

Uобрmax = √2·E2=Id ·π.

Коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения равен:

Эта схема применяется редко из-за большого коэффициента пульсаций.

Рассмотрим работу схемы однофазного однополупериодного выпрямителя со средней точкой (рис.4.3).

Рис.4.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.

Источник: http://kurs.ido.tpu.ru/courses/osn_elec/chapter_2/picture/2_25.gif

Эта схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку Rd и питающихся от находящихся в противофазе ЭДС (рис.4.3) e2a и e2b.

Схема обеспечивает прохождение тока через нагрузку в течение обоих полупериодов. Во время положительного полупериода работает первая половина вторичной обмотки (2а). Ток идёт от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод VD1, нагрузку Rd и на среднюю точку вторичной обмотки. В это время к аноду диода VD2 приложен минус, а к катоду — плюс, и диод закрыт. Во время отрицательного полупериода картина меняется: будет открыт диод VD2, а диод VD1 — закрыт ( для этого случая знаки указаны в скобках). В этот полупериод ток протекает за счёт напряжения на обмотке 2b. На рис. 4.3, б, в, г, д представлены временные диаграммы для двухполупериодной схемы выпрямителя со средней точкой. В случае активной нагрузки для рассматриваемой схемы действуют следующие соотношения:


Ed=2√2·E2/π; Ud=2√2·E2/π; Id=Ud/Rd;

iamax=√2·E2/Rd; Iaср=Id/2; Uобрmax=2√2·E2; Kп=0,66

Наиболее распространённой является двухполупериодная мостовая схема (рис. 4.4).

Рис.4.4. Однофазный мостовой выпрямитель.

Источник: http://kurs.ido.tpu.ru/courses/osn_elec/chapter_2/picture/2_26.gif

Во время положительного полупериода ток проходит от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод VD1, сопротивление нагрузки Rd, диод VD3 на минус вторичной обмотки. В это время ко второй паре диодов VD2, VD4 приложено обратное напряжение. Они закрыты. Во время отрицательного полупериода ток протекает через диод VD2, нагрузку Rd, диод VD4. В случае чисто активной нагрузки, пренебрежением индуктивности обмотки трансформатора и идеальных диодах эта схема имеет следующие основные соотношения:

Ud=0,9·E2; Id=Ud/Rd; iamax=√2·E2/Rd;

Iaср=Id/2; Uобрmax=√2·E2; Kп=0,66

Сравненим схемы мостовую и со средней точкой. Для получения одинакового напряжения в схеме со средней точкой вторичная обмотка должна иметь большее количество витков, чем в мостовой схеме. Это увеличивает размеры трансформатора. В этой же схеме к диодам прикладывается вдвое большее напряжение, чем в мостовой. Учитывая это, предпочтение отдаётся мостовой схеме, хотя здесь и требуется больше диодов. При выборе диодов для выпрямителя выбирают диоды, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные.

ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ — PDF Free Download

Лекция 8 ВЫПРЯМИТЕЛИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) План

75 Лекция 8 ВЫПРЯМИТЕЛИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) План 1. Введение 2. Однополупериодный управляемый выпрямитель 3. Двухполупериодные управляемые выпрямители 4. Сглаживающие фильтры 5. Потери и КПД выпрямителей 6.

Подробнее

Лабораторная работа 5.3

Лабораторная работа 5.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ 5.3.1. Выпрямители Выпрямители служат для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное. Основное назначение выпрямителя

Подробнее

idt sin tdt 0,32I T R R R R

Лабораторная работа 1 Выпрямитель переменного тока Цель: изучение работы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей и их характеристик. Выпрямителем называется устройство для преобразования напряжения

Подробнее

Исследование однофазных выпрямителей

63. Исследование однофазных выпрямителей Цель работы:. Изучение устройства и принципа работы однофазных выпрямителей. 2. Определение внешних характеристик выпрямителей. Требуемое оборудование: Модульный

Подробнее

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра прикладной химии

Подробнее

Выпрямители синусоидального тока

1 Лекции профессора Полевского В.И. Выпрямители синусоидального тока Вольтамперная характеристика электропреобразовательного диода На рис. 1.1. представлена вольтамперная характеристика (ВАХ) электропреобразовательного

Подробнее

ИЗУЧЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина ИЗУЧЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ Методические указания по выполнению

Подробнее

1. Назначение и устройство выпрямителей

Тема 16. Выпрямители 1. Назначение и устройство выпрямителей Выпрямители это устройства, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. На рис. 1 представлена структурная схема выпрямителя,

Подробнее

Лекция 2 ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ

Подробнее

Лекция 7 ВЫПРЯМИТЕЛИ

Лекция 7 ВЫПРЯМИТЕЛИ План 1. Источники вторичного электропитания 2. Однополупериодный выпрямитель 3. Двухполупериодные выпрямители 4. Трехфазные выпрямители 67 1. Источники вторичного электропитания Источники

Подробнее

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Содержание 1 ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА Электрические цепи постоянного тока. Руководство по выполнению базовых экспериментов. Описаны отдельные компоненты комплектов типового лабораторного оборудования

Подробнее

Практическая работа 1

Практическая работа 1 Тема: МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИОДНЫХ СХЕМ В СРЕДЕ ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ MULTISIM Цель: Изучить методы и способы моделирования электронных схем, имитирующим принципы функционирования полупроводниковых

Подробнее

А.С. КАЛИНИН ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технологический университет» МИРЭА Филиал МИРЭА в г. Фрязино Кафедра общенаучных дисциплин

Подробнее

С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и

Подробнее

ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

1.ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ В ы п р я м и т е л я м и называют электронные устройства, предназначенные для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Выпрямители

Подробнее

ЦЕПИ С ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЦЕПИ С ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ Методические указания

Подробнее

15.

4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

15.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Их основным параметром является коэффициент сглаживания равный отношению коэффициента пульсаций

Подробнее

1 Цель работы. 2 Ключевые положения

Лабораторная работа 1.1а Исследование работы выпрямительного устройства 1 Цель работы 1. Изучение принципов структурного, функционального, схемотехнического построения и функционирования выпрямительных

Подробнее

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный

Подробнее

Лабораторная работа 2-32

Лабораторная работа 2-32 Изучение вынужденных колебаний в последовательном колебательном контуре Лабораторная работа 2-32 Изучение вынужденных колебаний в последовательном колебательном контуре. Цель работы:

Подробнее

Контрольная работа рейтинг 1

Контрольная работа рейтинг 1 ЗАДАНИЕ 1 1. Дать определение потенциального барьера n-p перехода, от чего зависит его величина и толщина перехода. Их влияние на параметры диода. 2. Определить внутреннее

Подробнее

Порядок выполнения задания

Целью лабораторной работы является закрепление теоретических знаний о физических принципах работы и определяемых ими характеристиках и параметрах полупроводниковых стабилитронов путем их экспериментального

Подробнее

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ

На рисунке показана цепь постоянного тока. Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать (

Подробнее

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО «СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ» А. В. Кошелев, В.Н. Матуско ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Подробнее

С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и

Подробнее

различных типов выпрямителей — Блог


Выпрямители используются в различных устройствах и могут применяться для модификации сетевых систем. Они классифицируются по-разному в зависимости от таких факторов, как тип источника питания, конфигурация моста и используемые компоненты. В целом выпрямители можно разделить на два типа — однофазные и трехфазные. Переходя на следующий уровень, их можно разделить на полуволновые, полноволновые и мостовые выпрямители.

Что такое выпрямитель?

Прежде чем перейти к различным типам выпрямителей, стоит рассмотреть, что такое выпрямители. Выпрямитель — это диод, который преобразует переменный ток (известный как AC) в постоянный ток (DC). Постоянный ток течет только в одном направлении, тогда как переменный ток постоянно меняет направление. Выпрямители позволяют току течь в одном направлении.

Выпрямители

принимают переменное напряжение и преобразуют его в высококачественное постоянное напряжение, необходимое для вашего телекоммуникационного оборудования. Традиционное телекоммуникационное оборудование обычно требует входного питания постоянного тока, но сетевое питание работает от переменного тока. Такие системы питания состоят из нескольких выпрямителей, которые преобразуют мощность переменного тока в мощность постоянного тока, чтобы они могли работать.

Без правильного выпрямителя мало шансов сконфигурировать вашу идеальную систему. Они являются сердцем энергосистемы, поскольку предлагают оптимизированные решения для каждого приложения. Использование выпрямителей означает, что вы можете адаптировать свою систему питания, не перестраивая каждый элемент.

Различные типы выпрямителей

Итак, ясно, что выпрямители являются ключевым компонентом любой сетевой системы, но нам нужно углубиться, чтобы понять кариозные типы.В зависимости от ситуации используются разные выпрямители в зависимости от системы, в которой они используются. Два верхних уровня — однофазные и трехфазные, которые указывают, сколько диодов используется в цепи. Затем мы переходим к полуволновым, двухполупериодным и мостовым выпрямителям, которые влияют на то, какие полупериоды производятся. Давайте рассмотрим каждый тип, чтобы лучше понять, какой выпрямитель следует использовать.

Однофазные и трехфазные выпрямители

Однофазные выпрямители имеют вход однофазного переменного тока.Конструкции очень простые, требуются один, два или четыре диода (в зависимости от типа системы). Это означает, что однофазный выпрямитель выдает небольшую мощность и имеет меньший коэффициент использования трансформатора (TUF). Однофазный выпрямитель использует только одну фазу вторичной обмотки трансформатора для преобразования, а диоды подключаются ко вторичной обмотке однофазного трансформатора. Это вызывает высокий коэффициент пульсации.

Трехфазные выпрямители имеют вход трехфазного AV-питания.Для структур требуется три или шесть диодов, и они подключаются к каждой фазе вторичной обмотки трансформатора. Трехфазные выпрямители используются вместо однофазных выпрямителей для уменьшения коэффициента пульсаций.

По сравнению с двумя типами выпрямителей, при использовании больших систем предпочтение отдается трехфазному. Это связано с тем, что они могут передавать большое количество энергии и не требуют дополнительного фильтра для уменьшения коэффициента пульсаций. Из-за этого трехфазные выпрямители более эффективны и имеют больший коэффициент использования трансформатора.

Полуволновые и полноволновые выпрямители

Полупериодные выпрямители преобразуют один полупериод на входе переменного тока в пульсирующий выход постоянного тока. Это позволяет половину цикла входного переменного тока, блокируя другую половину цикла. Половина цикла может быть как положительной, так и отрицательной. Это самый простой выпрямитель, поскольку используется только один диод. На рисунке 1 (ниже) показан выпрямитель положительной полуволны, тогда как выпрямитель отрицательной полуволны показывает, что диод смещен в обратном направлении (обращен в противоположную сторону).Из-за пульсирующего характера постоянного тока коэффициент пульсаций высок. Это означает, что полуволновые выпрямители не считаются эффективными, и им часто требуются фильтры для уменьшения коэффициента пульсаций.

Рисунок 1: однополупериодный выпрямитель

Двухполупериодные выпрямители преобразуют оба полупериода (положительный и отрицательный) на входе переменного тока в пульсирующий выход постоянного тока. Как показано на рисунке 2 (ниже), в этих схемах используется трансформатор с ответвлениями от средней точки, который подключается к середине вторичной обмотки трансформатора. Эти типы трансформаторов делят входной переменный ток на две части — положительную и отрицательную. Из-за этого двухполупериодные выпрямители считаются гораздо более эффективными, так как коэффициент пульсации намного ниже по сравнению с ними. Кроме того, поскольку оба цикла разрешены одновременно, это означает, что сигнал не теряется.

Рисунок 2: двухполупериодный выпрямитель

Мостовые выпрямители Мостовые выпрямители

широко используются в источниках питания для подачи постоянного напряжения на компоненты.В них используются четыре или более диодов и нагрузочный резистор (см. Рисунок 3 ниже).

Рисунок 3: мостовой выпрямитель

Четыре диода расположены последовательно, и только два диода пропускают электрический ток в течение каждого полупериода. Считается, что диоды работают парами, при этом одна пара пропускает электрический ток через положительный полупериод, а другая половина пропускает ток в течение отрицательного полупериода. Входной переменный ток подается на две клеммы, а выходной постоянный ток получается через резистор индуктивности, который подключен между двумя другими клеммами.

Мостовые выпрямители

пропускают электрический ток во время как положительных, так и отрицательных полупериодов входного сигнала переменного тока. Эти схемы не требуют трансформаторов с центральным ответвлением, которые могут быть очень дорогими.

Неуправляемые и контролируемые выпрямители

Неуправляемые выпрямители — это когда в цепи используются только диоды. Все выпрямители, которые мы рассмотрели до сих пор, являются неуправляемыми выпрямителями. В схемах управляемого выпрямителя используются тиристоры для управления выходом постоянного тока.Они используются, когда необходимо более точно контролировать ток, поскольку диоды могут быть только включены или выключены. Управляемые выпрямители обеспечивают непрерывное управление и гарантируют отсутствие потерь мощности.

Как выпрямители используются в телекоммуникациях?

В телекоммуникационной отрасли выпрямители необходимы для построения сетевых систем. Их использование означает, что вам не придется начинать с нуля, когда что-то нужно изменить. Различные типы выпрямителей позволяют телекоммуникационным компаниям относительно легко переключать компоновку систем.Они также позволяют операторам связи адаптировать свои системы в соответствии со своими потребностями по мере необходимости в модификации.

Применения выпрямителей включают сети фиксированного доступа, сеть беспроводного доступа, сеть передачи и сеть связи предприятия. Выпрямители могут обеспечить стабильное и надежное питание для основных поставщиков и эффективно снизить энергопотребление. Из-за этого каждая телекоммуникационная компания должна учитывать различные типы выпрямителей, прежде чем настраивать или вносить изменения в свою систему.

Carritech предлагает широкий спектр выпрямителей для удовлетворения потребностей вашей сети. Здесь вы найдете информацию о последних приобретенных нами продуктах. Не можете найти то, что ищете? Свяжитесь с отделом продаж, чтобы узнать об этом сегодня.

Источники: Физика и радиоэлектроника , Кабинет электротехники

Получайте все наши последние новости на свой почтовый ящик каждый месяц.

Выпрямительные схемы | Диоды и выпрямители

Что такое исправление?

Теперь мы подошли к самому популярному применению диода: выпрямительный .Проще говоря, выпрямление — это преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC). Это связано с устройством, которое допускает только односторонний поток электрического заряда. Как мы видели, именно это и делает полупроводниковый диод. Самая простая схема выпрямителя — это однополупериодный выпрямитель . Это позволяет только половине формы волны переменного тока проходить через нагрузку. (Рисунок ниже)

Схема однополупериодного выпрямителя.

Полуволновое выпрямление

Для большинства силовых приложений однополупериодного выпрямления недостаточно.Гармоники выходного сигнала выпрямителя очень велики и, следовательно, их трудно фильтровать. Кроме того, источник питания переменного тока подает питание на нагрузку только половину за полный цикл, что означает, что половина его мощности не используется. Однако однополупериодное выпрямление — это очень простой способ уменьшить мощность резистивной нагрузки. Некоторые двухпозиционные переключатели яркости лампы подают полную мощность переменного тока на нить накаливания лампы для «полной» яркости, а затем полуволновое выпрямление для уменьшения светоотдачи. (рисунок ниже)

Применение однополупериодного выпрямителя: двухуровневый диммер лампы.

В положении переключателя «Dim» лампа накаливания получает примерно половину мощности, которую она обычно получает при работе от двухполупериодного переменного тока. Поскольку полуволновая выпрямленная мощность пульсирует намного быстрее, чем нить накала успевает нагреться и остыть, лампа не мигает. Вместо этого его нить накала просто работает при более низкой температуре, чем обычно, обеспечивая меньшую светоотдачу.

Этот принцип быстрой «пульсации» мощности на медленно реагирующее нагрузочное устройство для управления поданной на него электрической мощностью широко распространен в мире промышленной электроники.Поскольку управляющее устройство (в данном случае диод) является либо полностью проводящим, либо полностью непроводящим в любой момент времени, оно рассеивает мало тепловой энергии при управлении мощностью нагрузки, что делает этот метод управления мощностью очень энергоэффективным. Эта схема, возможно, является самым грубым из возможных методов подачи импульсной мощности на нагрузку, но ее достаточно для проверки правильности концепции.

Полноволновые выпрямители

Если нам нужно выпрямить переменный ток, чтобы получить полное использование как полупериодов синусоидальной волны, необходимо использовать другую конфигурацию схемы выпрямителя.Такая схема называется двухполупериодным выпрямителем . Один вид двухполупериодного выпрямителя, называемый конструкцией с центральным отводом , использует трансформатор с вторичной обмоткой с центральным отводом и двумя диодами, как показано на рисунке ниже.

Двухполупериодный выпрямитель, исполнение с центральным отводом.

Положительный полупериод

Работа этой схемы легко понять по одному полупериоду за раз. Рассмотрим первый полупериод, когда полярность напряжения источника положительная (+) вверху и отрицательная (-) внизу.В это время проводит только верхний диод; нижний диод блокирует ток, а нагрузка «видит» первую половину синусоидальной волны, положительную вверху и отрицательную внизу. Только верхняя половина вторичной обмотки трансформатора проводит ток в течение этого полупериода, как показано на рисунке ниже.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением: верхняя половина вторичной обмотки проводит ток в течение положительного полупериода входного сигнала, обеспечивая положительный полупериод на нагрузку.

Отрицательный полупериод

В течение следующего полупериода полярность переменного тока меняется на противоположную.Теперь другой диод и другая половина вторичной обмотки трансформатора пропускают ток, в то время как части схемы, которые ранее пропускали ток в течение последнего полупериода, остаются в режиме ожидания. Нагрузка по-прежнему «видит» половину синусоидальной волны той же полярности, что и раньше: положительная вверху и отрицательная внизу. (Рисунок ниже)

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением: во время отрицательного полупериода на входе нижняя половина вторичной обмотки проводит ток, передавая положительный полупериод на нагрузку.

Недостатки конструкции двухполупериодного выпрямителя

Одним из недостатков этой конструкции двухполупериодного выпрямителя является необходимость трансформатора с вторичной обмоткой с центральным отводом. Если рассматриваемая схема является схемой большой мощности, размер и стоимость подходящего трансформатора значительны. Следовательно, выпрямитель с центральным отводом встречается только в маломощных приложениях.

Другие конфигурации

Полярность двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом на нагрузке может быть изменена на противоположную, изменив направление диодов.Кроме того, перевернутые диоды можно подключать параллельно к существующему выпрямителю с положительным выходом. Результатом является двухполюсный двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением, показанный на рисунке ниже. Обратите внимание, что подключение самих диодов такое же, как у моста.

Двухполюсный двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением

Полноволновые мостовые выпрямители

Существует еще одна, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе конфигурации четырехдиодного моста.По понятным причинам эта конструкция называется двухполупериодным мостом . (Рисунок ниже)

Двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Направления тока для схемы двухполупериодного мостового выпрямителя показаны на рисунке ниже для положительного полупериода и на рисунке ниже для отрицательного полупериода сигнала источника переменного тока. Обратите внимание, что независимо от полярности входа ток течет через нагрузку в одном направлении. То есть отрицательный полупериод источника является положительным полупериодом при нагрузке.

Ток проходит через два последовательно включенных диода для обеих полярностей. Таким образом, в диодах теряются два диодных падения напряжения источника (0,7 · 2 = 1,4 В для Si). Это недостаток по сравнению с двухполупериодной конструкцией с центральным отводом. Этот недостаток является проблемой только для источников питания с очень низким напряжением.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель: протекание тока для положительных полупериодов.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель: протекание тока для отрицательных полупериодов.

Схема альтернативного двухполупериодного мостового выпрямителя

Запоминание правильного расположения диодов в схеме двухполупериодного мостового выпрямителя часто может расстраивать новичка в области электроники. Я обнаружил, что альтернативное представление этой схемы легче запомнить и понять. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды нарисованы горизонтально и все «указывают» в одном направлении. (Рисунок ниже)

Альтернативный стиль компоновки двухполупериодного мостового выпрямителя.

Полифазная версия с альтернативной компоновкой

Одним из преимуществ запоминания этой схемы для схемы мостового выпрямителя является то, что она легко расширяется до многофазной версии, показанной на рисунке ниже.

Трехфазная двухполупериодная мостовая схема выпрямителя.

Каждая трехфазная линия подключается между парой диодов: один для подачи питания на положительную (+) сторону нагрузки, а другой для подачи питания на отрицательную (-) сторону нагрузки.

Полифазные системы с более чем тремя фазами легко встраиваются в схему мостового выпрямителя.Возьмем, к примеру, схему шестифазного мостового выпрямителя, показанную на рисунке ниже.

Схема двухполупериодного шестифазного мостового выпрямителя.

Когда выпрямляется многофазный переменный ток, сдвинутые по фазе импульсы накладываются друг на друга, создавая гораздо более «плавный» выход постоянного тока (с меньшим содержанием переменного тока), чем тот, который получается при выпрямлении однофазного переменного тока. Это очевидное преимущество в схемах выпрямителя большой мощности, где чисто физический размер фильтрующих компонентов был бы недопустимым, но при этом необходимо получать мощность постоянного тока с низким уровнем шума.Схема на рисунке ниже показывает двухполупериодное выпрямление трехфазного переменного тока.

Трехфазный переменный ток и трехфазный двухполупериодный выход выпрямителя.

Напряжение пульсации

В любом случае выпрямления — однофазном или многофазном — величина переменного напряжения, смешанного с выходным напряжением постоянного тока выпрямителя, называется пульсирующим напряжением . В большинстве случаев, поскольку желаемой целью является «чистый» постоянный ток, пульсации напряжения нежелательны. Если уровни мощности не слишком велики, можно использовать сети фильтрации, чтобы уменьшить количество пульсаций выходного напряжения.

Одно-, двух- и 6-импульсные блоки

Иногда метод выпрямления упоминается путем подсчета количества выходных «импульсов» постоянного тока на каждые 360 o электрического «вращения». Таким образом, однофазная полуволновая выпрямительная схема будет называться одноимпульсным выпрямителем , потому что она производит одиночный импульс в течение одного полного цикла (360 o ) формы волны переменного тока. Однофазный двухполупериодный выпрямитель (независимо от конструкции, центральный отвод или мост) будет называться двухпульсным выпрямителем , потому что он выдает два импульса постоянного тока в течение одного периода переменного тока.Трехфазный двухполупериодный выпрямитель будет называться 6-импульсным блоком .

Фазы цепи выпрямителя

Современная электротехническая конвенция дополнительно описывает функцию схемы выпрямителя, используя трехполевую нотацию: фаз , путей и количество импульсов . Однофазная однополупериодная схема выпрямителя получила несколько загадочное обозначение 1Ph2W1P (1 фаза, 1 способ, 1 импульс), что означает, что напряжение питания переменного тока является однофазным, и этот ток на каждой фазе линий питания переменного тока движется только в одном направлении (пути), и что на каждые 360 o электрического вращения образуется один импульс постоянного тока.

Однофазная двухполупериодная схема выпрямителя с центральным отводом будет обозначена в этой системе обозначений как 1Ph2W2P: 1 фаза, 1 путь или направление тока в каждой половине обмотки и 2 импульса или выходного напряжения за цикл.

Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель будет обозначен как 1Ph3W2P: то же, что и для конструкции с центральным ответвлением, за исключением тока, может проходить обоими способами через линии переменного тока, а не только одним путем.

Схема трехфазного мостового выпрямителя, показанная ранее, будет называться выпрямителем 3Ph3W6P.

Можно ли получить больше импульсов, чем в два раза больше числа фаз в цепи выпрямителя?

Ответ на этот вопрос — да: особенно в многофазных цепях. Благодаря творческому использованию трансформаторов, наборы двухполупериодных выпрямителей могут быть объединены таким образом, чтобы генерировать более шести импульсов постоянного тока для трех фаз переменного тока. Фазовый сдвиг 30 o вводится от первичной к вторичной трехфазного трансформатора, когда конфигурации обмоток не одного типа.

Другими словами, трансформатор, подключенный по схеме Y-Δ или Δ-Y, будет демонстрировать этот сдвиг фазы на 30 o , в то время как трансформатор, подключенный по схеме Y-Y или Δ-Δ, не будет. Это явление можно использовать, подключив один трансформатор по схеме Y-Y к мостовому выпрямителю, а другой трансформатор по схеме Y-Δ питает второй мостовой выпрямитель, а затем параллельно выходам постоянного тока обоих выпрямителей. (Рисунок ниже)

Поскольку формы волны пульсаций напряжения на выходах двух выпрямителей сдвинуты по фазе на 30 o друг от друга, их наложение приводит к меньшей пульсации, чем любой выход выпрямителя, рассматриваемый отдельно: 12 импульсов на 360 o вместо шести:

Схема многофазного выпрямителя: 3-фазный, 2-канальный, 12-пульсный (3Ph3W12P)

ОБЗОР:

  • Выпрямление — это преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC).
  • Полупериодный выпрямитель — это схема, которая позволяет приложить к нагрузке только один полупериод формы волны переменного напряжения, в результате чего на ней будет одна неизменяющаяся полярность. Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, значительно «пульсирует».
  • Двухполупериодный выпрямитель — это схема, которая преобразует оба полупериода формы волны переменного напряжения в непрерывную серию импульсов напряжения одинаковой полярности. Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, не так сильно «пульсирует».
  • Полифазный переменный ток при выпрямлении дает гораздо более «гладкую» форму волны постоянного тока (менее пульсаций напряжения ), чем выпрямленный однофазный переменный ток.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Что такое трехфазный выпрямитель? — Трехфазный полуволновой, двухполупериодный и мостовой выпрямитель

Определение: Трехфазный выпрямитель — это устройство, которое выпрямляет входное переменное напряжение с помощью трехфазного трансформатора и трех диодов , подключенных к каждая из трех фаз вторичной обмотки трансформатора.

Значение 3-фазного выпрямителя

Однофазный выпрямитель также выполняет выпрямление, т.е. преобразует источник переменного тока в источник постоянного тока, но для преобразования использует только однофазную вторичную обмотку трансформатора. А диоды подключены ко вторичной обмотке однофазного трансформатора.

Недостатком такой схемы является высокий коэффициент пульсации. В случае полуволнового выпрямителя коэффициент пульсаций составляет 1,21 , а в случае двухполупериодного выпрямителя коэффициент пульсаций составляет 0.482 . В обоих случаях нельзя пренебрегать значением коэффициента пульсации. В то время как в случае однополупериодного выпрямителя значение довольно велико, но и в двухполупериодном выпрямителе значение выпрямителя значительно больше.

Таким образом, в таких схемах нам нужна схема сглаживания, чтобы убрать эту рябь. Эти колебания представляют собой составляющие переменного тока в постоянном напряжении. Это называется пульсирующим постоянным напряжением . Если это пульсирующее напряжение постоянного тока используется в нескольких приложениях, это приводит к снижению производительности устройства.Таким образом, используется схема сглаживания, фильтр работает как схема сглаживания для выпрямительной системы.

Но после этого процесса сглаживания напряжение выпрямителя в какой-то момент упадет до нуля. Следовательно, если вместо однофазного трансформатора мы используем трехфазный трансформатор, коэффициент пульсаций можно значительно снизить. Одним из значительных преимуществ трехфазного трансформатора является то, что выпрямленное напряжение не падает до нуля, даже если не используется сглаживающее устройство.

Трехфазный полуволновой выпрямитель

В трехфазном полуволновом выпрямителе , по три диода подключены к каждой из трех фаз вторичной обмотки трансформатора.Три фазы вторичной обмотки соединены звездой, поэтому она также называется Star Connected Secondary.

Анодный вывод диода подключен ко вторичной обмотке трансформатора. И три фазы трансформатора соединены вместе в общей точке, называемой нейтралью . Эта нейтральная точка обеспечивает отрицательный вывод нагрузки и заземлена.

Каждый диод проводит одну треть цикла переменного тока, а оставшиеся два диода остаются разомкнутыми.Выходное напряжение постоянного тока будет между пиковым значением напряжения питания и половиной напряжения питания.

Коэффициент пульсаций для трехфазного полуволнового выпрямителя вычисляется по уравнениям ниже.

Из приведенных выше расчетов видно, что коэффициент пульсации для трехфазного полуволнового выпрямителя составляет 0,17 , т.е. 17% . В однофазной половине с выпрямителем значение коэффициента пульсаций составляет 1,21 , а в случае однофазного двухполупериодного выпрямителя — 0.482. Таким образом, очевидно, что значение коэффициента пульсаций у трехфазного выпрямителя намного меньше по сравнению с однофазным выпрямителем.

Кроме того, частота пульсаций в трехфазном выпрямителе очень высока. Таким образом, эту рябь можно легко отфильтровать. Частота пульсаций в случае трехфазных выпрямителей в три раза больше частоты питающей сети. Благодаря этому процесс сглаживания в случае трехфазного выпрямителя намного проще, чем у однофазного выпрямителя.

Трехфазный полноволновой выпрямитель

В трехфазном двухполупериодном выпрямителе используются шесть диодов.Его также называют 6-диодным полуволновым выпрямителем . При этом каждый диод проводит 1/6 часть цикла переменного тока. Колебания выходного постоянного напряжения меньше в трехфазных двухполупериодных выпрямителях. Выходное напряжение колеблется между максимальным значением пикового напряжения, то есть Vsmax, и 86,6% максимального напряжения.

Преимущество трехфазных двухполупериодных выпрямителей в том, что выходное напряжение регулируется и не падает до нуля. Выходное напряжение поддерживается в пределах 86.6% максимального напряжения и пикового значения напряжения. Таким образом, это кажется регулируемым.

Основной причиной столь низких колебаний выходного напряжения является использование большого количества диодов. Целесообразно использовать 6 диодов. Это связано с тем, что при использовании более 6 диодов стоимость схемы увеличивается. Более того, сложность схемы увеличивается, и никакого значительного увеличения регулирования выходного напряжения не будет.

Трехфазный мостовой выпрямитель

Тип устройства в виде моста широко используется, потому что нет необходимости в промежуточном трансформаторе ответвления в мостовом выпрямителе.Преимущество использования мостового выпрямителя заключается в том, что ток нагрузки I dc в 0,95 раза больше пикового тока, протекающего через диод.

V dc примерно в 2,34 раза больше действующего значения переменного напряжения, проходящего через вторичную обмотку трансформатора в трехфазном полуприводном выпрямителе. Каждый диод в трехфазном мостовом выпрямителе пропускает только 1/3 тока, протекающего через нагрузку.

Таким образом, этот тип перемычки более предпочтителен в различных приложениях.

Используются для преодоления недостатков однофазного выпрямителя.Мы уже обсуждали, что однофазные выпрямители обладают высоким коэффициентом пульсаций и большими колебаниями выходного постоянного тока. Чтобы преодолеть этот недостаток, появились трехфазные трансформаторы.

Принцип работы схемы выпрямителя с фазным управлением и ее применение

В отличие от диодных выпрямителей, PCR или выпрямители с фазным управлением имеют преимущество регулирования выходного напряжения. Диодные выпрямители называются неуправляемыми выпрямителями. Когда эти диоды переключаются с тиристорами, он становится фазоуправляемым выпрямителем.Напряжение o / p можно регулировать, изменяя угол включения тиристоров. Основное применение этих выпрямителей — регулирование скорости двигателя постоянного тока.

Что такое выпрямитель с фазовым управлением?

Термин PCR или выпрямитель с фазовым управлением — это один из типов выпрямительной схемы, в которой диоды переключаются с помощью тиристоров или тиристоров (выпрямителей с кремниевым управлением). В то время как диоды не позволяют управлять напряжением o / p, тиристоры можно использовать для изменения выходного напряжения путем регулировки угла зажигания или задержки.Тиристор с регулировкой фазы активируется подачей короткого импульса на его клемму затвора, и он деактивируется из-за связи по линии или естественным образом. В случае большой индуктивной нагрузки он отключается включением другого тиристора выпрямителя во время отрицательного полупериода напряжения i / p.


Типы выпрямителей с фазовым управлением

Выпрямители с фазовым управлением подразделяются на два типа в зависимости от типа источника питания i / p. И каждый вид включает в себя полу-, полный и сдвоенный преобразователь.

Типы выпрямителя с фазовым управлением
Однофазный управляемый выпрямитель

Этот тип выпрямителя работает от однофазного источника переменного тока i / p.

Однофазные управляемые выпрямители

подразделяются на разные типы

Полуволновой управляемый выпрямитель: В этом типе выпрямителя используется одно тиристорное устройство, обеспечивающее управление выходным напряжением только в течение одного полупериода входного переменного тока, и он обеспечивает низкий постоянный ток. выход.

Двухполупериодный управляемый выпрямитель: Этот тип выпрямителя обеспечивает более высокий выход постоянного тока.

  • Двухполупериодный управляемый выпрямитель с центральным ответвленным трансформатором требует двух тиристоров.
  • Двухполупериодные выпрямители с мостовым управлением не нуждаются в трансформаторе с центральным ответвлением.
Трехфазный управляемый выпрямитель

Этот тип выпрямителя работает от трехфазного источника переменного тока i / p.

  • Полуконвертер — это одноквадрантный преобразователь, который имеет одну полярность напряжения и тока o / p.
  • Полный преобразователь — это двухквадрантный преобразователь, который имеет полярность o / p, напряжение может быть либо + ve, либо –ve, но ток может иметь только одну полярность: + ve или -ve.
  • Двойной преобразователь работает в четырех квадрантах — и напряжение, и ток могут иметь обе полярности.

Работа выпрямителя с фазовым управлением

Основной принцип работы схемы PCR объясняется с использованием однофазной полуволновой схемы PCR с резистивной нагрузкой RL, показанной на следующей схеме.

Однофазная полуволновая схема тиристорного преобразователя используется для преобразования переменного тока в постоянный. Электропитание переменного тока осуществляется от трансформатора, чтобы обеспечить необходимое напряжение питания переменного тока на тиристорный преобразователь в зависимости от требуемого напряжения постоянного тока.В приведенной выше схеме первичные и вторичные напряжения питания переменного тока обозначены как VP и VS.

Схема выпрямителя с фазовым управлением

Во время положительного полупериода питания i / p, когда верхний конец вторичной обмотки трансформатора находится под положительным потенциалом относительно нижнего конца, тиристор находится в состоянии прямого смещения.

Тиристор активируется с углом задержки ωt = α путем подачи соответствующего импульса запуска затвора на вывод затвора тиристора. Когда тиристор активируется при угле задержки ωt = α, тиристор ведет себя и предполагает идеальный тиристор.Тиристор действует как замкнутый переключатель, и напряжение питания i / p действует на нагрузку, когда оно проходит от ωt = α до π радиан. Для чисто резистивной нагрузки ток нагрузки io, протекающий при включенном тиристоре T1, определяется выражением выражение.

Io = vo / RL, для α≤ ωt ≤ π

Применения выпрямителя с фазовым управлением

Применения выпрямителя с фазовым управлением включают бумажные фабрики, текстильные фабрики, использующие приводы двигателей постоянного тока и управление двигателями постоянного тока на сталелитейных заводах.

  • Тяговая система с питанием от переменного тока с использованием тягового двигателя постоянного тока.
  • Электрометаллургические и электрохимические процессы.
  • Управление реактором.
  • Магнитные блоки питания.
  • Переносные приводы ручных инструментов.
  • Промышленные приводы с гибкой скоростью.
  • Зарядка аккумулятора.
  • Передача постоянного тока высокого напряжения.
  • ИБП (Системы бесперебойного питания).

Несколько лет назад преобразование мощности переменного тока в постоянное было достигнуто с помощью ртутных дуговых выпрямителей, мотор-генераторных установок и тираторных трубок.Современные преобразователи переменного тока в постоянный ток предназначены для сильноточных и высокомощных Thyrator. В настоящее время большинство преобразователей мощности переменного тока в постоянный являются тиристорными. Устройства Thyrator управляются по фазе для получения переменного постоянного напряжения на выходных клеммах нагрузки. Преобразователь тиристора с фазовым управлением использует коммутацию линии переменного тока для отключения тиристоров, которые были включены.

Они менее дорогие, а также очень простые и широко используются в промышленных приложениях для промышленных приводов постоянного тока.Эти преобразователи классифицируются как двухквадрантные преобразователи, если выходное напряжение может быть либо + ve, либо -ve для данной полярности тока нагрузки. Существуют также одноквадрантные преобразователи переменного тока в постоянный, в которых напряжение o / p составляет только + ve и не может быть сделано отрицательным для данной полярности тока o / p. Конечно, одноквадрантные преобразователи также могут быть разработаны для подачи только отрицательного постоянного напряжения. Работа двухквадрантного преобразователя может быть достигнута при использовании полностью управляемой схемы мостового преобразователя, а для одноквадрантного процесса мы используем полууправляемый мостовой преобразователь.

Таким образом, речь идет о выпрямителе с фазовой регулировкой, его эксплуатации и его применении. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию, а также любые сомнения относительно этой концепции или реализации каких-либо электрических проектов. Пожалуйста, оставьте свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос: Какие бывают типы ПЦР?

однофазный двухполупериодный управляемый выпрямитель | Преобразователи переменного тока в постоянный ток | Учебник по электронике |

Однофазный полноволновой управляемый выпрямитель с R-нагрузкой:

На рисунке ниже показаны однофазные полноволновые управляемые выпрямители с R-нагрузкой

.


• Однофазный полностью управляемый выпрямитель позволяет преобразовывать однофазный переменный ток в постоянный.Обычно это используется в различных приложениях, таких как зарядка аккумуляторов, регулирование скорости двигателей постоянного тока и внешний интерфейс ИБП (источник бесперебойного питания) и SMPS (импульсный источник питания).
• Все четыре устройства являются тиристорами. Моменты включения этих устройств зависят от подаваемых сигналов зажигания. Отключение происходит, когда ток через устройство достигает нуля, и он имеет обратное смещение, по крайней мере, на время, равное времени выключения устройства, указанному в паспорте.
• В положительном полупериоде тиристоры T1 и T2 срабатывают под углом α.
• Когда T1 и T2 проводят
Vo = Vs
IO = is = Vo / R = Vs / R
• В отрицательном полупериоде входного напряжения, тиристоры T3 и T4 срабатывают под углом (π + α)
• Здесь выходной ток и ток питания противоположны
is = -io
T3 и T4 отключаются при 2π.

Однофазный полноволновой управляемый выпрямитель с нагрузкой RL:

На рисунке ниже показаны однофазные полноволновые управляемые выпрямители с нагрузкой RL.


Работа этого режима может быть разделена на четыре режима
Режим 1 (от α до π)
• В положительном полупериоде приложенного сигнала переменного тока, тиристоры T1 и T2 имеют прямое смещение и могут быть включены под углом α.
• Напряжение нагрузки равно положительному мгновенному напряжению питания переменного тока. Ток нагрузки положительный, без пульсаций, постоянный и равен Io.
• Из-за положительной полярности напряжения нагрузки и тока нагрузки индуктивность нагрузки будет накапливать энергию.
Режим 2 (от π до π + α)
• При wt = π входная подача равна нулю, а после π становится отрицательной. Но индуктивность препятствует любому изменению через нее.
• Для поддержания постоянного тока нагрузки и в том же направлении. Самоиндукция появляется поперек буквы L, как показано.
• Из-за этого наведенного напряжения транзисторы T1 и T2 тринистора имеют прямую фазу, несмотря на отрицательное напряжение питания.
• Напряжение нагрузки отрицательное и равно мгновенному напряжению питания переменного тока, тогда как ток нагрузки положительный.
• Таким образом, нагрузка действует как источник, а накопленная энергия в индуктивности возвращается обратно в источник переменного тока.

Режим 3 (от π + α до 2π)
• При wt = π + α SCR T3 и T4 включаются & T1, T2 имеют обратное смещение.
• Таким образом, процесс проведения передается от Т1, Т2 к Т3, Т4.
• Напряжение нагрузки снова становится положительным, и энергия сохраняется в катушке индуктивности
• T3, T4 проводят в отрицательном полупериоде от (π + α) до 2π
• При положительном напряжении нагрузки и токе нагрузки сохраняется энергия
Режим 4 (от 2π до 2π + α)
• При wt = 2π входное напряжение проходит через ноль.
• Индуктивная нагрузка будет пытаться противодействовать любому изменению тока, чтобы поддерживать ток нагрузки постоянным и в том же направлении.
• Индуцированная ЭДС положительна и поддерживает проводящие тиристоры T3 и T4 с обратной полярностью.
• Таким образом, VL отрицателен и равен мгновенному напряжению питания переменного тока. При этом ток нагрузки остается положительным.
• Таким образом, нагрузка действует как источник, а накопленная энергия в индуктивности возвращается обратно в источник переменного тока.
• При wt = α или 2π + α, T3 и T4 коммутируются, а T1, T2 включаются.

Исследование однофазного полноволнового неуправляемого выпрямителя с постоянной мощностью нагрузки в электрической сети

Ян, Донг (2018) Исследование однофазного полноволнового неуправляемого выпрямителя с постоянной мощностью нагрузки в электросети. Магистерская работа, Питтсбургский университет. (Не опубликовано)

Аннотация

Однофазный неуправляемый выпрямитель, питающий нагрузку постоянной мощности (CPL), широко используется в энергосистемах, особенно для цифровых устройств, таких как телекоммуникационное оборудование.Характеристики CPL могут дестабилизировать систему и вызвать коллапс выходного напряжения, если начальное напряжение конденсатора слишком низкое. На основе математической модели схемы выпрямитель-CPL предлагается метод оценки минимального начального напряжения. Также некоторые нелинейные факторы, включая импеданс источника и инерцию CPL. Когда выпрямитель работает в установившемся режиме, высокая мощность нагрузки может вызвать явление бифуркации. Проведен некоторый анализ бифуркации и ее негативного воздействия на электросеть.


Поделиться

Образец цитирования / Экспорт: Выберите формат … Цитирование — TextCitation — HTMLEndnoteBibTexDublin CoreOpenURLMARC (ISO 2709) METSMODSEP3 XMLReference ManagerRefer
Социальные сети:

Детали

Тип изделия: Университет Питтсбурга ETD
Статус: Неопубликованные
Создатели / Авторы:
Комитет ETD:
Дата: 11 июня 2018
Тип даты: Публикация
Дата защиты: 3 апреля 2018
Дата утверждения: 11 июня 2018
Дата отправки: 27 марта 2018
Ограничение доступа: Без ограничений; Немедленно выпустите ETD для доступа по всему миру.
Количество страниц: 32
Учреждение: Университет Питтсбурга
Школы и программы: Swanson School of Engineering> Электротехника и вычислительная техника
Степень: MS — магистр наук
Тип диссертации: Магистерская диссертация
Реферировано: Есть
Неконтролируемые ключевые слова: Постоянная мощность нагрузки, выпрямитель, конвергенция, бифуркация.
Дата депонирования: 11 июн 2018 18:05
Последнее изменение: 11 июн 2018 18:05
URI: http://d-scholarship.pitt.edu/id/eprint/33961

Метрики

просмотров по месяцам за последние 3 года

Plum Analytics


Действия (требуется логин)

Просмотреть товар

1 A Миниатюрные однофазные мостовые выпрямители с пассивированной стеклянной изоляцией

Компании начинают осознавать потенциал новых рынков и возможности получения доходов от переработки, поскольку они исследуют более комплексную модель «кремний для обслуживания», которая охватывает центр обработки данных и мобильный край .В частности, с сокращением ASP (средних продажных цен) и все более непомерно высокими затратами на проектирование на все более низких узлах многие компании ищут новые источники дохода в широком диапазоне вертикалей, включая Интернет вещей (IoT).

Однако с учетом того, что количество установок Интернета вещей, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 15-20% ежегодно до 2020 года, безопасность в настоящее время воспринимается как серьезная возможность, так и серьезная проблема для полупроводниковой промышленности.

Помимо услуг, концепция оборудования с открытым исходным кодом (OSH) и создание микросхем из разукрупненных, предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты, поскольку компании стремятся сократить расходы и сократить время вывода на рынок гетерогенных конструкций.

Конкретные стратегии раскрытия всего потенциала кремния и услуг, несомненно, будут различаться, поэтому для нас важно исследовать будущее, в котором полупроводниковые компании, а также различные отрасли, организации и правительственные учреждения будут играть открытую и совместную роль в помогая устойчиво монетизировать как микросхемы, так и услуги.

В 2016 и 2017 годах продолжались быстрые приобретения и консолидация отрасли:

  • Компания Analog Devices приобрела Linear Technology
  • Infineon приобретает International Rectifier
  • Компания ROHM приобрела Powervation
  • Renesas приобрела Intersil

Крупные производители полупроводников позиционируют себя, чтобы лучше конкурировать в различных сферах деятельности, включая облачные вычисления, искусственный интеллект (ИИ) и беспилотные автомобили.Согласно KPMG, многие компании все чаще рассматривают слияния и поглощения (M&A) как единственный способ стимулировать рост реальной выручки, делая новый акцент на вопросе «производить или покупать», при этом многие выбирают ответ «покупать».

В то же время расходы на разработку микросхем продолжали расти и существенно влияли на количество разработок в усовершенствованных узлах. В частности, общее количество запусков SoC с расширенной производительностью многоядерных процессоров в первый раз было примерно одинаковым и лишь незначительно увеличилось за последние пять лет.Хотя цены на дизайн неуклонно растут с 40 нм, аналитиков больше всего беспокоит увеличение затрат на дизайн на 7 и 5 нм.

Рич Вавжиняк, старший аналитик Semico Research, подтверждает, что начало проектирования, превышающее 10 нм, будет сдерживаться ростом затрат на разработку. Хотя общее количество проектов, которые переносятся на новые узлы, может не сильно отличаться от предыдущих обновлений геометрии процессов, Вавжиняк говорит, что сроки для таких переходов большинством компаний будут более продолжительными.

Совершенно очевидно, что необходимы новые модели как для НИОКР, так и для доходов, поскольку усиление консолидации отрасли и ослабление АСП в долгосрочной перспективе невозможно. Именно поэтому отрасль стремится к Интернету вещей для создания дополнительных потоков доходов, и аналитики McKinsey Global Institute (MGI) оценивают, что IoT может иметь ежегодный экономический эффект от 3,9 до 11,1 триллиона долларов к 2025 году по нескольким вертикалям. Однако с учетом того, что количество установок Интернета вещей, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 15–20% ежегодно до 2020 года, безопасность считается как серьезной возможностью, так и проблемой для компаний, производящих полупроводники.

Таким образом, MGI рекомендует создавать решения безопасности, которые позволяют компаниям, производящим полупроводники, расширяться в смежные области бизнеса и разрабатывать новые бизнес-модели. Например, компании могут помочь создать предложения по комплексной безопасности, которые необходимы для успеха Интернета вещей. В идеале, заявляет MGI, отрасль должна играть ведущую роль при разработке таких предложений, чтобы гарантировать, что они получат свою справедливую долю в цепочке создания стоимости.

С нашей точки зрения, решения для сквозной безопасности Интернета вещей, развернутые как платформа как услуга (PaaS), имеют решающее значение для помощи полупроводниковым компаниям в получении возобновляемых доходов от реализации конкретных услуг.Для клиентов PaaS предлагает простой способ безопасной разработки, запуска и управления приложениями и устройствами без сложностей, связанных с построением и обслуживанием сложной инфраструктуры.

Такие решения безопасности, которые также могут использовать аппаратный корень доверия, должны поддерживать идентификацию устройства и взаимную аутентификацию (проверку), стандартные проверки аттестации, безопасные обновления устройств по беспроводной сети (OTA), аварийное восстановление и ключ управление, а также вывод из эксплуатации и переназначение ключей для лучшего управления устройствами и смягчения различных атак, включая распределенный отказ в обслуживании (DDoS).

Умные города

Недоступные микросхемы — такие как микросхемы, встроенные в инфраструктуру интеллектуального города Интернета вещей — могут предложить полупроводниковым компаниям возможность реализовать долгосрочную модель PaaS «кремний для обслуживания». Действительно, инфраструктура будущего умного города почти наверняка будет спроектирована с использованием микросхем в труднодоступных местах, включая подземные водопроводные трубы, воздуховоды для кондиционирования воздуха, а также под улицами и на парковках.

Интеллектуальное уличное освещение, отзывчивые вывески и маячки Bluetooth нового поколения также требуют перспективных решений, чтобы избежать постоянного физического обслуживания и обновлений.Таким образом, микросхема, обеспечивающая питание инфраструктуры умного города, должна поддерживать безопасную конфигурацию функций в полевых условиях, а также различные услуги на основе PaaS, такие как расширенная аналитика, предупреждения о профилактическом обслуживании, алгоритмы самообучения и интеллектуальное проактивное взаимодействие с клиентами.

Умные дома

Прогнозируется, что к 2020 году глобальный рынок умного дома достигнет стоимости не менее 40 миллиардов долларов. По данным Markets and Markets, рост пространства умного дома можно объяснить множеством факторов, в том числе значительными достижениями в секторе Интернета вещей; возрастающие требования к удобству, безопасности и защищенности потребителей; более выраженная потребность в энергосберегающих решениях с низким уровнем выбросов углерода.Однако, как мы уже обсуждали ранее, крайне важно обеспечить реализацию безопасности Интернета вещей на этапе разработки продукта, чтобы предотвратить использование злоумышленниками устройств умного дома и прерывание обслуживания.

В дополнение к потенциально прибыльным возможностям кибербезопасности для компаний, производящих полупроводники, устройства «умный дом» обещают создать повторяющиеся потоки доходов для поддержки устойчивой модели «кремний для обслуживания». В качестве примера Кристопер Дин из MarketingInsider выделяет популярные устройства Echo от Amazon.Поскольку уже продано не менее 15 миллионов Echo, пользователи Echo, скорее всего, станут активными потребителями Amazon, используя устройство для отслеживания списков желаний и поиска товаров, которые им впоследствии предлагается купить. Между тем, Nest использует данные термостатов в качестве платформы для предложения услуг по управлению энергопотреблением коммунальным компаниям в США, при этом компании платят за значимую и действенную информацию о клиентах по подписке.

Автомобильная промышленность

По данным IC Insights, в период с 2016 по 2021 год продажи микросхем для автомобильных систем и Интернета вещей будут расти на 70% быстрее, чем общие доходы от IC.В частности, продажи интегральных схем для автомобилей и других транспортных средств, по прогнозам, вырастут с 22,9 млрд долларов в 2016 году до 42,9 млрд долларов в 2021 году, а доходы от функциональности Интернета вещей увеличатся с 18,4 млрд долларов в 2016 году до 34,2 млрд долларов в 2021 году.

Прогнозируемый рост продаж автомобильных микросхем неудивителен, поскольку современные автомобили по сути представляют собой сеть сетей, оснащенных рядом встроенных методов и возможностей связи. Однако это означает, что автомобили теперь более уязвимы для кибератак, чем когда-либо прежде.

Потенциальные уязвимости системы безопасности включают незащищенную связь между транспортными средствами, несанкционированный сбор информации о водителе или пассажирах, захват контроля над критически важными системами, такими как тормоза или акселераторы, перехват данных транспортного средства, вмешательство в работу сторонних ключей и изменение несанкционированного доступа. обновления прошивки по воздуху (OTA). Что касается последнего, производители автомобилей сейчас сосредоточены на предоставлении безопасных OTA-обновлений для различных систем, при этом глобальный рынок автомобильных обновлений OTA, по прогнозам, будет расти со среднегодовым темпом роста 18.2% с 2017 по 2022 год и достигнет 3,89 миллиарда долларов к 2022 году.

Производители автомобилей также работают над тем, чтобы в цепочке поставок автомобилей не было украденных и контрафактных компонентов. Тем не менее, широкий спектр устройств с серого рынка все еще можно найти для питания дорогостоящих модулей, таких как бортовые информационно-развлекательные системы и фары, а также в критических системах безопасности, включая модули подушек безопасности, тормозные модули и органы управления трансмиссией. Таким образом, защита периферийных устройств и компонентов транспортных средств от несанкционированного доступа путем внедрения ряда многоуровневых аппаратных и программных решений безопасности стала приоритетной задачей для ряда производителей автомобилей.

Помимо внедрения многоуровневых решений безопасности, полупроводниковая промышленность явно выиграет от внедрения подхода IoT «как услуга» в автомобильном секторе. Например, компании могут развернуть сенсорные автомобильные системы, которые заранее обнаруживают потенциальные проблемы и неисправности. Это решение, которое в наиболее оптимальной конфигурации сочетало бы в себе микросхемы и услуги, могло быть продано как аппаратный и программный продукт или развернуто как услуга с ежемесячной или ежегодной абонентской платой.

Медицина и здравоохранение

Имплантированные медицинские устройства с длительным сроком службы, несомненно, потребуют от полупроводниковой промышленности высокой степени готовности к будущему, чтобы избежать частых физических обновлений и технического обслуживания. Срихари Яманур, специалист по дизайну в области исследований и разработок в Stellartech Research Corp., отмечает, что медицинские устройства в конечном итоге будут адаптированы для удовлетворения потребностей отдельных пациентов, что расширит применение точной медицины.

Кроме того, ожидается, что индустрия медицинского страхования будет использовать машинное обучение для оптимизации и снижения стоимости медицинского обслуживания, в то время как цифровые медицинские устройства также будут использоваться страховой отраслью для выявления пациентов из группы риска и оказания помощи.Поэтому медицинские устройства, особенно имплантируемые модели, должны быть спроектированы таким образом, чтобы поддерживать «модель перехода от кремния к услугам» с помощью конфигурации функций и безопасных обновлений OTA, а также услуг на основе PaaS, включая сбор и анализ соответствующих данных; проактивное обслуживание, продвинутые алгоритмы; и интуитивно понятный интерфейс как для пациентов, так и для врачей.

Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом и дезагрегированные чиплеты

Помимо услуг, оборудование с открытым исходным кодом, предлагаемое такими организациями и компаниями, как RISC-V и SiFive, начало положительно влиять на индустрию полупроводников, поощряя инновации, сокращая затраты на разработку и ускоряя вывод продукта на рынок.

Успех программного обеспечения с открытым исходным кодом — в отличие от закрытого, огороженного сада — продолжает создавать важный прецедент для полупроводниковой промышленности. Столкнувшись с непомерно высокими затратами на разработку, ряд компаний предпочитают избегать ненужных сборщиков дорожных сборов, уделяя больше внимания архитектуре с открытым исходным кодом, поскольку они работают над созданием новых потоков доходов, ориентированных на услуги.

В дополнение к оборудованию с открытым исходным кодом, концепция построения кремния из предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты, поскольку полупроводниковая промышленность движется к снижению затрат и сокращению времени вывода на рынок гетерогенных конструкций.По словам Анны Стефоры Мутшлер из Semiconductor Engineering, концепция чиплета уже некоторое время находится в стадии разработки, хотя исторически она воспринималась как потенциальное направление будущего, а не реальное решение в тени убывающего закона Мура. Это восприятие начинает меняться по мере увеличения сложности конструкции, особенно в усовершенствованных узлах (10/7 нм), а также по мере объединения новых рынков, требующих частично настраиваемых решений.

Концепция предварительно проверенных чиплетов вызвала интерес U.Агентство перспективных исследовательских проектов S. Defense (DARPA), которое недавно развернуло свою программу Общей гетерогенной интеграции и стратегий повторного использования IP (CHIPS). В сотрудничестве с полупроводниковой промышленностью успешная реализация CHIPS позволила бы увидеть ряд IP-блоков, подсистем и микросхем, объединенных на промежуточном устройстве в 2,5D-подобном корпусе.

Инициатива CHIPS заняла центральное место в августе 2017 года, когда участники из военного, коммерческого и академического секторов собрались в штаб-квартире DARPA на официальном стартовом совещании по программе Агентства по общей гетерогенной интеграции и стратегии повторного использования интеллектуальной собственности (ИС).

Как сообщил на конференции доктор Дэниел Грин из DARPA, программа направлена ​​на разработку новой технологической структуры, в которой различные функции и блоки интеллектуальной собственности, в том числе хранение данных, вычисления, обработка сигналов, а также управление формой и потоком данных — можно разделить на небольшие чиплеты. Затем их можно смешивать, сопоставлять и комбинировать на промежуточном элементе, что-то вроде соединения частей головоломки. Фактически, говорит Грин, вся обычная печатная плата с множеством различных, но полноразмерных микросхем в конечном итоге может быть уменьшена до гораздо меньшего промежуточного устройства, содержащего кучу гораздо меньших микросхем.

Согласно DARPA, конкретные технологии, которые могут возникнуть в результате инициативы CHIPS, включают компактную замену целых печатных плат, сверхширокополосные радиочастотные (РЧ) системы и системы быстрого обучения для извлечения интересной и полезной информации из гораздо больших объемов обычных данных. .

Возможно, неудивительно, что полупроводниковая промышленность уже рассматривает дезагрегированный подход в виде микросхем SerDes и специализированных маломощных интерфейсов «кристалл-кристалл» для конкретных приложений.Безусловно, жизнеспособное разделение кремниевых компонентов может быть достигнуто путем перемещения высокоскоростных интерфейсов, таких как SerDes, на отдельные кристаллы в виде микросхем SerDes, смещения IP аналогового датчика на отдельные аналоговые микросхемы и реализации очень маломощной и малой задержки кристалла в die интерфейсы через MCM или через переходник с использованием технологии 2.5D.

Помимо использования заведомо исправной матрицы для SerDes в более зрелых узлах (N-1) или наоборот, ожидается, что дезагрегация упростит создание нескольких SKU, оптимизируя при этом затраты и снижая риски.Точнее, при дезагрегировании SoC будут разбиты на более высокопроизводительные и меньшие матрицы, что позволит компаниям создавать определенные конструкции с несколькими вариантами. Действительно, интерфейсы «от кристалла к кристаллу» могут более легко адаптироваться к различным приложениям в области памяти, логики и аналоговых технологий. Кроме того, для интерфейсов «от кристалла к кристаллу» не требуется согласованной скорости линии / передачи и количества полос, в то время как FEC может потребоваться или не потребоваться в зависимости от требований к задержке.

Следует отметить, что несколько компаний активно занимаются агрегацией SoC / ASIC для коммутаторов и других систем.Точно так же полупроводниковая промышленность разрабатывает ASIC с интерфейсами «кристалл-кристалл» на ведущих узлах FinFET, в то время как по крайней мере один серверный чип следующего поколения разрабатывается с дезагрегированным вводом-выводом на отдельном кристалле.

Заключение

За последние пять лет полупроводниковая промышленность столкнулась с множеством сложных проблем. К ним относятся увеличение затрат на разработку, размытие ASP, насыщение рынка и повышенная, но неустойчивая деятельность по слияниям и поглощениям. В течение 2018 года полупроводниковая промышленность продолжает стремиться к возвращению к стабильности и органическому росту в рамках параметров новой бизнес-парадигмы, одновременно жизнеспособной и основанной на сотрудничестве.В этом контексте компании, производящие полупроводники, осознают потенциал новых рынков и возможности получения доходов в нисходящем направлении, поскольку они исследуют более комплексную модель «от кремния к услугам», которая охватывает центр обработки данных и мобильную периферию.

Сюда входят решения для сквозной безопасности IoT и услуги на основе PaaS, такие как конфигурация функций на месте, расширенная аналитика, предупреждения о профилактическом обслуживании, алгоритмы самообучения и интеллектуальное упреждающее взаимодействие с клиентами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *