Diyot köprü doğrultucu, bir köprüde düzenlenmiş dört diyot kullanarak AC'yi DC'ye dönüştüren bir devredir. Hem pozitif hem de negatif döngüler sırasında çalışır, bu da onu yarım dalga türlerinden daha verimli hale getirir. Bu makale, işlevlerini, çıkış voltajlarını, seçimini, verimliliğini, transformatör kullanımını, dalgalanma kontrolünü ve uygulamalarını ayrıntılı olarak açıklamaktadır.
CC4. Diyot Köprüsü Seçimi ve Derecelendirmeleri
Diyot Köprü Doğrultucu
Diyot köprü doğrultucu, alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) dönüştüren bir devredir. Köprü adı verilen özel bir şekilde düzenlenmiş dört diyot kullanır. Bu kurulumun amacı, elektrik akımının yük boyunca her zaman bir yönde hareket etmesini sağlamaktır.
AC'de akım saniyede birçok kez yön değiştirir. Bir köprü doğrultucu, bu döngünün hem pozitif hem de negatif kısımlarında çalışır. Bu, onu döngünün yalnızca yarısında çalışan yarım dalga doğrultucudan daha verimli hale getirir. Sonuç, elektronik cihazların kullanabileceği sabit bir DC akışıdır.
Diyot Köprü Doğrultucunun Ana İşlevi
AC girişinin pozitif yarım döngüsü sırasında, diyotlardan ikisi akımın yükten geçmesine izin verir ve iletir. Giriş negatif yarım döngüye geçtiğinde, diğer iki diyot açılır ve akımı yük boyunca aynı yönde yönlendirir. Bu alternatif iletim, yükün her zaman tek yönde akan akımı almasını sağlar ve bu da titreşimli bir DC çıkışına neden olur. Devreye bir kapasitör veya filtre eklendiğinde titreşimli DC yumuşatılarak daha kararlı ve sürekli bir DC voltajı üretilir.
Diyot Köprüsü Çıkış Gerilimleri
Ortalama DC Çıkışı
Formülle temsil edilen ortalama DC çıkış voltajı
düzeltmeden sonra yük boyunca ölçülen ortalama voltajdır. Titreşimli çıkışın etkin DC seviyesini temsil eder ve devrenin alternatif bir girişten ne kadar kullanılabilir doğru akım ürettiğini açıklamaya yardımcı olur.
RMS Değeri
RMS (Ortalama Karekök) voltajı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:
RMS, AC dalga biçimiyle aynı gücü sağlayan eşdeğer sabit voltajı belirleme yöntemidir. Sinyalin zaman içinde bir yüke ne kadar enerji iletebileceğini yansıttığından, düzeltilmiş sinyalin ısıtma etkisinin veya güç kapasitesinin daha gerçekçi bir şekilde anlaşılmasını sağlar.
Diyot Damlaları ile Etkili DC
Pratik devrelerde gerçek diyotlar mükemmel değildir ve voltaj düşüşlerine neden olur. Bu düşüşler dikkate alındığında etkin DC çıkışı şu şekilde ifade edilebilir:
Köprüdeki her iletken yol iki diyot içerir ve her ikisi de gerçek DC çıkışını azaltan bir voltaj düşüşüne katkıda bulunur.
• Silikon diyotlar için Vf ≈ 0,7 V
• Schottky diyotlar için, Vf ≈ 0,3 V
Bu, ideal duruma kıyasla gerçek DC çıkışını azaltır.
Diyot Köprüsü Seçimi ve Derecelendirmeleri
Diyot Seçimi için Faktörler
• İleri Akım Derecesi (Eğer): Diyotun sürekli akım değeri maksimum DC yük akımını aşmalıdır. Güvenlik için her zaman %25-50'lik bir marjla seçim yapın.
• Dalgalanma Akımı Derecesi (Ifsm): Başlangıçta, özellikle büyük filtre kapasitörlerini şarj ederken, diyot sabit akımdan birkaç kat daha yüksek ani dalgalanmalarla karşı karşıya kalır. Yüksek bir Ifsm derecesi, diyotun bu darbeler altında arızalanmamasını sağlar.
• Tepe Ters Gerilim (PIV): Her diyot, ters taraflı olduğunda maksimum AC tepe noktasına dayanmalıdır. Genel bir kural, RMS giriş AC voltajının en az 2-3 katı PIV'i seçmektir.
• İleri Gerilim Düşüşü (Vf): Daha düşük Vf, daha az güç kaybı ve ısınma anlamına gelir. Schottky diyotlar çok düşük Vf'ye sahiptir ancak genellikle daha düşük PIV limitlerine sahipken, silikon diyotlar yüksek voltaj uygulamaları için standarttır.
Köprü Redresörleri için Yaygın Olarak Kullanılan Diyotlar
| Diyot / Modül | Mevcut Derecelendirme | Tepe Gerilimi |
|---|---|---|
| 1N4007 | 1 Bir | 1000 V |
| 1N5408 | 3 Bir | 1000 V |
| KBPC3510 | 35 Bir | 1000 V |
| Schottky (1N5819) | 1 Bir | 40 V |
Diyot Köprüsü Verimliliği ve Termal Yönetim
Kayıp Kaynakları
Tam dalga köprüsünde, akım aynı anda iki diyottan akar. Her damla tipik olarak silikon diyotlar için 0.6–0.7 V veya Schottky türleri için 0.2–0.4 V'tur. Isı olarak kaybedilen toplam güç hesaplanabilir:
Isı yönetilmezse, bağlantı sıcaklığı yükselir, bu da diyot aşınmasını hızlandırır ve feci arızalara yol açabilir.
Termal Yönetim Stratejileri
• Düşük Vf'li Cihazlar Kullanın: Schottky diyotları iletim kaybını önemli ölçüde azaltır. Hızlı kurtarma diyotları, yüksek frekanslı doğrultucular için daha iyidir.
• Isı Dağıtma Yöntemleri: Isı emicilere diyotlar veya köprü modülleri takın. Yerleşik termal yollara sahip metal kasalı köprü redresörlerini seçin. Diyot pedlerinin etrafına yeterli PCB bakır döküntüsü sağlayın.
• Sistem Düzeyinde Soğutma: Muhafazalarda hava akışı ve havalandırma için tasarım. Değer kaybı eğrilerine karşı çalışma sıcaklığını izleyin.
Diyot Köprüsü ve Trafo Kullanımı
Tam Sargı Kullanımı
Bir merkez kademe doğrultucuda, ikincil sargının yalnızca yarısı her yarım döngü sırasında iletilir ve diğer yarısı kullanılmadan kalır. Buna karşılık, bir diyot köprüsü her iki yarım döngü sırasında ikincil sargının tamamını kullanarak tam transformatör kullanımı ve daha yüksek verimlilik sağlar.
Orta Dokunmaya Gerek Yok
Köprü doğrultucunun en büyük avantajı, merkezden kılavuzlu bir transformatör gerektirmemesidir. Bu, transformatör yapımını basitleştirir. Bakır kullanımını ve maliyetini azaltır. Doğrultucuyu kompakt güç kaynakları için daha uygun hale getirir.
Trafo Kullanım Faktörü (TUF)
Transformatör Kullanım Faktörü (TUF), transformatörün değerinin ne kadar etkili kullanıldığını ölçer:
| Doğrultucu Tipi | TUF Değeri |
|---|---|
| Merkezden Dokunma Tam Dalga | 0,693 |
| Köprü Doğrultucu | 0,812 |
Diyot Köprüsü Dalgalanma ve Yumuşatma
Ripple'ın Doğası
AC bir köprü doğrultucudan geçtiğinde, hem pozitif hem de negatif yarılar doğrultulur ve bu da sürekli bir çıkışla sonuçlanır. Voltaj, her yarım döngüde hala yükselir ve düşer, bu da tamamen düz bir DC hattı yerine bir dalgalanma üretir. Dalgalanma frekansı, AC giriş frekansının iki katıdır:
• 50 Hz şebeke → 100 Hz dalgalanma
• 60 Hz şebeke → 120 Hz dalgalanma
Dalgalanma Faktörü Karşılaştırması
| Doğrultucu Tipi | Dalgalanma Faktörü (γ) |
|---|---|
| Yarım Dalga Doğrultucu | 1.21 |
| Merkezden Dokunma Tam Dalga | 0,482 |
| Köprü Doğrultucu | 0,482 |
Filtrelerle Yumuşatma
| Filtre Tipi | Açıklama | İşlev |
|---|---|---|
| Kondansatör Filtresi | Yük boyunca büyük bir elektrolitik kapasitör bağlanmıştır. | Voltaj pikleri sırasında şarj olur ve düşüşler sırasında deşarj olur, düzeltilmiş dalga formunu yumuşatır. |
| RC veya LC Filtreler | RC filtresi bir direnç-kapasitör kullanır; LC filtresi bir indüktör-kapasitör kullanır. | RC basit yumuşatma ekler; LC, daha iyi dalgalanma azaltma ile daha yüksek akımları etkili bir şekilde yönetir. |
| Düzenleyiciler | Doğrusal veya anahtarlamalı tip olabilir. | Yük değişimlerinden bağımsız olarak sabit voltajı koruyarak kararlı bir DC çıkışı sağlar. |
Diyot Köprüsü Çeşitleri ve Uygulamaları
| Tür | Artıları | Eksileri |
|---|---|---|
| Standart Diyot Köprüsü | Basit tasarım, ucuz ve yaygın olarak kullanılır. | Daha yüksek ileri voltaj kaybı (silikon diyotlarla toplam \~1.4 V). |
| Schottky Köprüsü | Çok düşük ileri voltaj düşüşü (diyot başına \~0,3–0,5 V), hızlı anahtarlama hızı. | Daha düşük ters voltaj değerleri ( ≤ 100 V). |
| Senkron Köprü (MOSFET tabanlı) | Yüksek akım tasarımlarına uygun, minimum iletim kayıplarıyla ultra yüksek verimlilik. | Daha karmaşık kontrol devresi gereklidir ve daha yüksek bileşen maliyeti vardır. |
| SCR/Kontrollü Köprü | Çıkış voltajının faz açısı kontrolüne izin verir ve büyük güç kullanımını destekler. | Harici tetikleme devresine ihtiyaç duyar ve harmonik bozulmaya neden olabilir. |
Diyot Köprüsü Sorunları, Test Etme ve Sorun Giderme
Yaygın Tuzaklar
• Yanlış diyot yönü - çıkışa ve hatta transformatöre doğrudan kısa devre yapılmasına neden olur.
• Küçük boyutlu kapasitör filtresi - yüksek dalgalanma ve kararsız DC çıkışına neden olur.
• Aşırı ısınmış diyotlar - akım değeri veya ısı dağılımı yetersiz olduğunda ortaya çıkar.
• Kötü PCB düzeni - uzun izler ve yetersiz bakır alanı direnci ve ısınmayı artırır.
Sorun Giderme Araçları
• Multimetre (Diyot Test Modu): İleriye doğru düşüşü ölçer (silikon için ~0,6–0,7 V, Schottky için ~0,3 V) ve blokajı tersten onaylar.
• Osiloskop: Yükteki dalgalanma içeriğini, tepe voltajını ve dalga biçimi bozulmasını görselleştirir.
• IR Termometre veya Termal Kamera: Diyotların, kapasitörlerin veya yük altındaki izlerin aşırı ısınmasını algılar.
• LCR Metre: Zaman içinde bozulmayı kontrol etmek için filtre kapasitör değerini ölçer.
Diyot Köprü Uygulamaları
Güç kaynakları
Radyolar, TV'ler, amplifikatörler ve filtre kapasitörleri ve regülatörleri olan cihazlar için AC'den DC'ye kaynaklarda kullanılır.
Pil Şarj Cihazları
Aküler için kontrollü DC sağlamak üzere araç şarj cihazlarında, invertörlerde, UPS'te ve acil durum ışıklarında uygulanır.
LED Sürücüler
LED ampuller, paneller ve sokak lambaları için AC'yi DC'ye dönüştürerek kapasitörler ve sürücülerle titremeyi azaltın.
Motor Kontrolü
Sorunsuz çalışmayı sağlamak için fanlar, küçük motorlar, HVAC ve endüstriyel kontrolörler için DC sağlayın.
Sonuç
Diyot köprü doğrultucu, AC'yi DC'ye dönüştürmenin güvenilir bir yoludur. Tam AC döngüsünü kullanarak ve bir merkez musluğa ihtiyaç duymadan, kararlı DC gücü sağlar. Doğru diyot seçimi, ısı kontrolü ve filtreleme ile güç kaynaklarında, şarj cihazlarında, aydınlatma sistemlerinde ve motor kontrolünde verimli performans sağlar.
Sıkça Sorulan Sorular (SSS]
Tek fazlı ve üç fazlı köprü redresörleri arasındaki fark nedir?
Tek fazlı, bir AC girişi için 4 diyot kullanır; üç fazlı, üç girişli 6 diyot kullanır, daha yumuşak DC ve daha az dalgalanma sağlar.
Köprü doğrultucu transformatör olmadan çalışabilir mi?
Evet, ancak DC çıkışı şebekeden izole edilmediği için güvenli değildir.
Köprü doğrultucudaki bir diyot arızalanırsa ne olur?
Kısa devre yapan bir diyot sigortaları atabilir veya transformatöre zarar verebilir; Açık bir diyot, devrenin yüksek dalgalanmalı yarım dalga doğrultucu gibi davranmasını sağlar.
Bir diyot köprüsünün kaldırabileceği maksimum frekans nedir?
Standart diyotlar birkaç kHz'e kadar çalışır; Schottky veya hızlı kurtarma diyotları onlarca ila yüzlerce kHz'i işler.
Daha fazla akım için köprü redresörleri paralel bağlanabilir mi?
Evet, ancak seri dirençler gibi dengeleme yöntemlerine ihtiyaçları var; aksi takdirde akım düzensiz akabilir ve diyotları aşırı ısıtabilir.