Advies
Bruggelijkrichters zijn altijd nuttig wanneer wisselstroom (AC) moet worden omgezet in gelijkstroom (DC) die zo constant mogelijk is. In tegenstelling tot de klassieke halfgolvingsgelijkrichter met slechts één diode, gebruiken bruggelijkrichters beide halfgolven van de eenfasige wisselstroom: zij leveren een pulserende, niet-sinusoïdale spanning met tweemaal de frequentie van de ingangsspanning.
Dioden zijn een van de traditionele onderdelen van de elektronica. Zij zetten wisselstroom om in gelijkstroom door alleen de positieve halve golf van de sinusvormige wisselstroom door te laten en de negatieve halve golf te blokkeren. Nadeel: Er wordt een pulserende stroom met een grote rimpel geproduceerd, die bij hoge stroomniveaus een zware belasting kan vormen voor de wisselstroombron - gewoonlijk een nettransformator.
Gelijkrichters in een circuit omzeilen deze handicap met een eenvoudige truc:
Zij bevatten vier dioden die afwisselend de positieve en de negatieve halve golf gelijkrichten en deze aan de uitgang optellen. Een nog steeds in gebruik zijnde versie van de brugschakeling is de Graetz-schakeling, genoemd naar de Duitse natuurkundige Leo Graetz, die deze in 1897 ontwikkelde.
Tijdens de eerste halve cyclus van de ingangsspanning is het bovenste uiteinde van de secundaire wikkeling van de transformator positief ten opzichte van het onderste uiteinde. Daarom laat de rood gemarkeerde diode (D1) de stroom door. De stroom vloeit terug via de blauw gemarkeerde diode (D4).
Het nadeel van deze schakeling is echter de rimpeling die nog steeds bestaat. De pulserende stromen wekken afvalwarmte op in de gelijkstroomcomponenten en kunnen brom en vervorming veroorzaken. De remedie is een reeks banddoorlaat- of bandafwijzingsfilters of spanningsregelaars. Deze absorberen het grootste deel van de rimpeling en zetten deze om in een gelijkstroom die gelijkmatiger en constanter is.
De eenvoudigste vorm van zo'n afvlakfilter is een voldoende grote condensator die parallel is aangesloten op de twee gelijkstroomuitgangen. Wanneer de rimpelspanning stijgt, slaat de condensator het reactief vermogen op, waardoor de spanning daalt. Wanneer de rimpelspanning daalt, ontlaadt de condensator het reactief vermogen, waardoor de uitgangsspanning toeneemt. Tenslotte moet de gelijkrichting worden uitgebreid met een spanningsregelaar op basis van een Z-diode, waardoor de resterende rimpel bijna volledig wordt geëlimineerd.
Tijdens de tweede halve cyclus van de ingangsspanning is het onderste uiteinde van de secundaire wikkeling van de transformator positief. Hierdoor loopt de stroom door de rode diode D2 en gaat via de blauwe diode D3 terug naar de bron.
De voordelen
Het rendement van een bruggelijkrichter is tweemaal zo hoog als dat van een halfgolvingsgelijkrichter. Reden: Een halfgolvige gelijkrichter gebruikt slechts de helft van het ingangssignaal. Een bruggelijkrichter daarentegen gebruikt beide helften en bereikt dus een tweemaal zo hoog rendement.
- De rimpel van de wisselstroom (vóór filtering) is relatief laag aan de uitgang van een bruggelijkrichter, maar zeer hoog bij een halfgolvingsgelijkrichter. Een eenvoudig filter, zoals een condensator, is al voldoende om een constante gelijkspanning uit de bruggelijkrichter te verkrijgen.
- Aangezien het rendement van een bruggelijkrichter tweemaal zo hoog is als dat van een halfgolvingsgelijkrichter, levert deze bij een directe vergelijking een aanzienlijk hogere uitgangsspanning. Bovendien neemt ook het rendement van de transformator toe, wat leidt tot een hoger totaal vermogen.
Toepassingen
Veel toepassingen, zoals de voeding voor radio-, televisie- en computerapparatuur, vereisen een constante gelijkspanning. Net zoals een batterij zou doen. In deze toepassingen wordt de uitgang van de gelijkrichter afgevlakt door een elektronisch filter, dat een condensator, een reactor of een geheel van condensatoren, reactoren en weerstanden kan zijn, eventueel gevolgd door een spanningsregelaar om een constante spanning te produceren.
Bij het ontwerpen van schakelingen of op het gebied van reparatie en onderhoud zijn bruggelijkrichters gemakkelijk te hanteren. Afgezien van de afmetingen en het montagetype zijn de belangrijkste onderscheidende kenmerken de gegevens betreffende de maximale belasting. In principe wordt de voorkeur gegeven aan waarden die aanzienlijk groter zijn dan werkelijk nodig is. Typische parameters zijn de stroom (I) en de spanning (U). Zo zijn er bruggelijkrichters die stromen tot 174 A en spanningen tot 1800 V aankunnen. In voedingen voor kleine elektrische apparaten worden gewoonlijk bruggelijkrichters gebruikt die zijn ontworpen voor maximaal 400 V wisselstroom en 1 of 2 A stroom.
FAQ - vaak gestelde vragen
Zijn er ook meerfasige bruggelijkrichters?
Eenfasige bruggelijkrichters worden vaak gebruikt voor de voeding van huishoudelijke apparaten. Voor de meeste industriële toepassingen en toepassingen met een hoog vermogen zijn driefasige gelijkrichtercircuits echter de norm. Net als eenfasige gelijkrichters kunnen driefasige gelijkrichters de vorm aannemen van een halfgolvige schakeling, een halfgolvige schakeling met een middenaftaktransformator, of een volgolvige brugschakeling.
In plaats van diodes worden gewoonlijk thyristors gebruikt om de uitgangsspanning te regelen. Veel apparaten die gelijkstroom leveren, wekken in feite driefasige wisselstroom op. Een wisselstroomdynamo in een auto bevat bijvoorbeeld zes diodes die fungeren als volledige golfgelijkrichters voor het opladen van de batterij.
Wat zit er achter het zogenaamde snubbercircuit?
Snubbercircuits worden vaak gebruikt in elektrische systemen met inductieve belastingen, waar de plotselinge onderbreking van de stroom een sterke stijging van de spanning over het stroomschakelapparaat veroorzaakt. Deze "kick" kan een bron van elektromagnetische interferentie (EMI) zijn of zelfs schade veroorzaken in andere circuits. Hier zorgt de snubber voor een kortstondig alternatief stroompad rond het stroomschakelapparaat, zodat het inductieve element veilig kan worden ontladen.
Waarop moet worden gelet bij het gebruik van bruggelijkrichters in laagspanningstoepassingen?
De meeste gelijkrichters vertonen een spanningsval van ongeveer 0,7 V tussen de piekingangsspanning en de piekuitgangsspanning. Als een zeer lage wisselspanning moet worden gelijkgericht, kan deze daling ertoe leiden dat de diodes onder deze spanning niet meer continu geleiden. De piekdaling is zeer belangrijk voor laagspanningsgelijkrichters en moet zeker in aanmerking worden genomen.
Praktische tip
Een vaak gewenst neveneffect van de bruggelijkrichter is zijn blokkeringsfunctie. Dit kan worden gebruikt als beveiliging tegen omgekeerde polariteit: Als bijvoorbeeld een apparaat dat op batterijen werkt verkeerd om wordt aangesloten, kan dit de elektronica beschadigen. Aangezien de polariteit aan de uitgang van een bruggelijkrichter nooit verandert, kan deze gelijkrichter tegen een dergelijke polariteitsomkering beschermen.