전자 장치에서 정류는 정류 다이오드가 교류 전체 사이클 AC 입력 신호를 하프 사이클 DC 출력 신호로 변환하는 프로세스입니다.
단일 다이오드는 반파 정류를 생성하고 4 개의 다이오드 네트워크는 전파 정류를 생성합니다.
이 포스트에서는 반파 및 전파 다이오드 정류 과정과 사인파 및 구형파와 같은 시변 함수를 통해 기타 특성을 분석합니다. 의미, 시간과 관련하여 크기와 극성을 변경하는 전압 및 전류를 통해.
계산의 복잡성을 최소화하기 위해 다이오드가 실리콘 다이오드인지 게르마늄인지 무시하여 다이오드를 이상적인 다이오드로 간주합니다. 다이오드를 표준 정류 기능을 가진 표준 정류 다이오드로 간주합니다.
반파 정류
다이오드에 적용되는 시변 신호를 보여주는 가장 간단한 다이어그램은 다음 다이어그램에 나와 있습니다.
여기서 우리는 AC 파형을 볼 수 있습니다. 여기서주기 T는 파형의 한 전체 사이클을 나타내며, 이는 중심 축 위와 아래 부분 또는 혹의 평균값 또는 대수적 합입니다.
단일 정류기 다이오드에 시변 정현파 AC 신호 입력을 적용하여 입력의 절반 값을 갖는 DC 출력을 생성하는 이러한 유형의 회로 반파 정류기라고합니다 . 다이오드는이 회로에서 정류기라고합니다.
AC 파형의 t = 0 → T / 2 사이의 기간 동안 전압 vi의 극성은 아래 다이어그램에 표시된 방향으로 '압력'을 생성합니다. 이를 통해 다이오드가 켜지고 다이오드 기호 바로 위에 표시된 극성으로 전도됩니다.
다이오드가 완전히 전도되기 때문에 다이오드를 단락으로 대체하면 위의 오른쪽 이미지와 같이 출력이 생성됩니다.
의심 할 여지없이, 생성 된 출력은 파형의 중심 축 위에 적용된 입력 신호의 정확한 복제 인 것처럼 보입니다.
T / 2 → T 기간 동안 입력 신호 vi의 극성이 음이되어 다이오드가 꺼져 다이오드 단자에 걸쳐 개방 회로가 발생합니다. 이로 인해 전하는 T / 2 → T 기간 동안 다이오드 경로를 통해 흐를 수 없으므로 vo는 다음과 같습니다.
vo = iR = 0R = 0V (옴의 법칙 사용). 응답은 다음 다이어그램에서 시각화 할 수 있습니다.
이 다이어그램에서 다이오드의 DC 출력 Vo가 입력 전체 사이클에 대해 축 위에 순 평균 양의 영역을 생성하는 것을 볼 수 있으며, 이는 공식에 의해 결정될 수 있습니다.
Vdc = 0.318Vm (반파)
다이오드 반파 정류 과정 중 입력 vi 및 출력 vo 전압은 다음 그림에 나와 있습니다.
위의 다이어그램과 설명에서 우리는 출력에서 다이오드에 의해 입력 사이클의 절반이 제거되는 프로세스로 반파 정류를 정의 할 수 있습니다.
실리콘 다이오드 사용
정류 다이오드로 실리콘 다이오드를 사용하는 경우 순방향 전압 강하 특성이 VT = 0.7V이므로 다음 그림과 같이 순방향 바이어스 영역을 생성합니다.
VT = 0.7V는 다이오드가 성공적으로 켜지도록하려면 입력 신호가 최소 0.7V 여야 함을 의미합니다. 입력 VT가 0.7V 미만인 경우 단순히 다이오드를 켜는 데 실패하고 다이오드는 Vo = 0V 인 개방 회로 모드로 계속 유지됩니다.
다이오드가 정류 과정에서 전도하는 동안, 위에서 설명한 0.7V의 순방향 강하와 동일한 전압 차이 vo-vi에 대해 고정 된 전압 레벨을 전달하는 DC 출력을 생성합니다.이 고정 레벨을 다음 공식으로 표현할 수 있습니다.
vo = vi-VT
이로 인해 축 위의 평균 출력 전압이 감소하여 다이오드에서 정류 된 출력이 약간 감소합니다.
위의 그림을 참조하면 Vm (피크 신호 레벨)이 VT보다 적절하게 높은 것으로 간주하여 Vm >> VT가되도록하면 다음 공식을 사용하여 다이오드의 평균 DC 출력 값을 매우 정확하게 평가할 수 있습니다.
Vdc ≅ 0.318 (Vm-VT)
보다 정확하게는 입력 AC 피크가 다이오드의 VT (순방향 강하)보다 충분히 높으면 이전 공식을 사용하여 다이오드에서 정류 된 DC 출력을 추정 할 수 있습니다.
Vdc = 0.318Vm
하프 브리지 정류기의 해결 된 예
문제:
출력 vo를 평가하고 아래 표시된 회로 설계에 대한 출력의 DC 크기를 찾으십시오.
해결책: 위의 회로 네트워크의 경우 입력 신호의 음의 부분에 대해 다이오드가 켜지고 다음 스케치에 표시된대로 vo가 표시됩니다.
입력 AC 사이클의 전체 기간 동안 DC 출력은 다음과 같습니다.
Vdc = 0.318Vm =-0.318 (20V) =-6.36V
음의 부호는 문제의 다이어그램에 제공된 부호와 반대되는 출력 DC의 극성을 나타냅니다.
문제 # 2 : 다이오드를 실리콘 다이오드로 간주하여 위의 문제를 해결하십시오.
실리콘 다이오드의 경우 출력 파형은 다음과 같습니다.
출력 DC는 아래에 설명 된대로 계산할 수 있습니다.
Vdc ≅-0.318 (Vm-0.7V) =-0.318 (19.3V) ≅-6.14V
0.7V 요인으로 인한 출력 DC 전압 강하는 약 0.22V 또는 약 3.5 %입니다.
전파 정류
정류를위한 입력으로 AC 정현파 신호를 사용하면 전파 정류 프로세스를 사용하여 DC 출력을 100 % 수준으로 향상시킬 수 있습니다.
이를 달성하기위한 가장 잘 알려져 있고 쉬운 프로세스는 4 다이오드를 사용하는 것입니다. 브리지 정류기 아래와 같이 네트워크.
양의 입력주기가 t = 0 ~ T / 2 기간 동안 진행될 때 다이오드를 통한 입력 AC 신호의 극성과 다이오드의 출력은 다음과 같습니다.
여기서 우리는 브리지에서 다이오드 네트워크의 특별한 배열로 인해 D2, D3가 전도 될 때 반대 다이오드 D1, D4가 역 바이어스 된 상태로 유지되고 스위치 OFF 상태임을 알 수 있습니다.
이 정류 과정에서 D2, D3를 통해 생성 된 순 출력 DC는 위의 다이어그램에서 볼 수 있습니다. 다이오드가 이상적이라고 상상했기 때문에 출력은 vo = vin입니다.
이제 마찬가지로 입력 신호 다이오드 D1, D4 전도 및 다이오드 D2, D3의 음의 반주기에 대해 아래 그림과 같이 OFF 상태가됩니다.
브리지 정류기의 출력이 입력 AC의 포지티브 및 네거티브 하프 사이클을 중심 축 위에서 두 개의 DC 하프 사이클로 변환했음을 분명히 알 수 있습니다.
축 위의이 영역은 이제 반파 정류를 위해 얻은 영역보다 두 배 더 많으므로 다음 공식을 사용하여 계산 된 것처럼 출력 DC도 크기의 두 배가됩니다.
Vdc = 2 (0.318Vm)
또는
Vdc = 0.636Vm (전파)
위 그림과 같이 이상적인 다이오드 대신 실리콘 다이오드를 사용하는 경우 전도 선에 Kirchhoff의 전압 법칙을 적용하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
vi-VT-vo-VT = 0, vo = vi-2VT,
따라서 출력 전압 피크 vo는 다음과 같습니다.
Vomax = Vm-2VT
V >> 2VT 인 상황에서는 이전 방정식을 사용하여 상당히 높은 정밀도로 평균값을 얻을 수 있습니다.
Vdc ≅-0.636 (Vm-2VT),
그러나 다시 말하지만, Vm이 2VT보다 훨씬 높으면 2VT는 무시할 수 있으며 방정식은 다음과 같이 풀 수 있습니다.
Vdc ≅-0.636 (Vm)
PIV (피크 역 전압)
다이오드의 피크 역 전압 (PRV) 정격이라고도하는 피크 역 전압 또는 (PIV) 정격은 정류기 회로를 설계하는 동안 중요한 매개 변수가됩니다.
기본적으로 초과해서는 안되는 다이오드의 역 바이어스 전압 범위입니다. 그렇지 않으면 다이오드가 제너 애벌랜치 영역이라는 영역으로 이동하여 고장날 수 있습니다.
아래 그림과 같이 Kirchhoff의 전압 법칙을 반파 정류기 회로에 적용하면 다이오드의 PIV 정격이 정류기 입력에 사용되는 공급 입력의 피크 값보다 높아야한다고 간단히 설명합니다.
풀 브리지 정류기의 경우 PIV 정격 계산은 반파 정류기와 동일합니다. 즉,
PIV ≥ Vm, Vm은 다음 그림과 같이 연결된 부하에 적용되는 총 전압이기 때문입니다.
풀 브리지 정류기 네트워크에 대한 해결 된 예
다음 다이오드 네트워크에 대한 출력 파형을 결정하고 네트워크의 각 다이오드에 대한 출력 DC 레벨과 안전 PIV도 계산합니다.
솔루션 : 양의 반주기의 경우 회로는 다음 다이어그램과 같이 동작합니다.
더 나은 이해를 위해 다음과 같은 방식으로 다시 그릴 수 있습니다.
여기서 vo = 1 / 2vi = 1 / 2Vi (최대) = 1/2 (10V) = 5V
네거티브 하프 사이클의 경우 다이오드의 전도 역할이 교환 될 수 있으며, 이는 아래와 같이 출력 vo를 생성합니다.
“3상-단일 변환기 ”
브리지에 두 개의 다이오드가 없으면 다음과 같은 크기로 DC 출력이 감소합니다.
Vdc = 0.636 (5V) = 3.18V
이것은 동일한 입력을 가진 하프 브리지 정류기에서 얻은 것과 매우 동일합니다.
PIV는 R에서 생성 된 최대 전압 (5V) 또는 동일한 입력으로 정류 된 반파에 필요한 전압의 절반과 같습니다.
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