Для преобразования колебаний сетевого напряжения 220 В в стабильный однополярный сигнал применяют диодные схемы. Однофазная мостовая схема Гретца снижает пульсации до 48% при частоте 100 Гц, а трехфазный вариант уменьшает их до 4.2% с частотой 300 Гц. Эти показатели критичны для питания чувствительной электроники.
Кремниевые диоды Шоттки с падением напряжения 0.3 В предпочтительнее германиевых аналогов при токах свыше 5 А – они сокращают потери мощности на 40%. Для высокочастотных преобразований до 100 кГц используют быстродействующие элементы с временем восстановления менее 50 нс.
Сглаживающие конденсаторы подбирают из расчета 2000 мкФ на 1 А нагрузки. При пульсациях 5% и токе 10 А потребуется электролит на 20 000 мкФ с допустимым напряжением минимум 35 В. Для точной стабилизации добавляют импульсные стабилизаторы типа LM2596 с КПД 92%.
Преобразование синусоидального сигнала в постоянный
Однополупериодная схема
Для простых задач с низким КПД подойдёт диодная цепь с одним вентилем. Потери составляют до 50% мощности из-за срезания отрицательной полуволны. На выходе получается пульсирующий сигнал с частотой, равной исходной.
Двухполупериодная система
Мостовая схема Гретца снижает потери до 30%, пропуская обе полуволны. Используйте 4 диода, соединённых по мостовой конфигурации. Частота пульсаций удваивается, что упрощает фильтрацию.
Фильтрация: Для сглаживания добавьте конденсатор параллельно нагрузке. Ёмкость подбирается по формуле C ≥ Iн / (2fΔU), где Iн – ток нагрузки, f – частота пульсаций, ΔU – допустимое отклонение напряжения.
Как выбрать схему преобразования для конкретного устройства
Определите требования к питанию
- Напряжение: Для маломощных схем (до 50 В) подойдёт однополупериодная схема. При 100–1000 В используйте мостовую.
- Ток: До 1 А – диоды 1N4007. Выше 10 А – сборки Шоттки (например, VS-30CPH03).
- Стабильность: Если нужен минимальный пульсации (менее 5%), добавьте LC-фильтр.
Учитывайте особенности нагрузки
- Чувствительная электроника (АЦП, микроконтроллеры):
- Мостовая схема + стабилизатор LDO (LT3045).
- Допустимые пульсации – не более 20 мВ.
- Силовые цепи (двигатели, нагреватели):
- Однополупериодная схема с защитным диодом (1N5408).
- Допустимы пульсации до 10%.
Пример для LED-драйвера 12 В/2 А: мост GBU806 + конденсатор 1000 мкФ. КПД – 92%, потери на диодах – 1.8 Вт.
Почему диодный мост превосходит однополупериодную схему
Диодный мост обеспечивает полное использование синусоидального сигнала, тогда как однополупериодная схема отсекает половину волны. Это увеличивает КПД в 2 раза и снижает пульсации до 48% вместо 100%.
Стабильность напряжения
Среднее значение напряжения на выходе моста составляет 0.9 от амплитуды, против 0.45 в однополупериодной схеме. Это уменьшает нагрузку на сглаживающие фильтры и снижает потери.
Нагрузочная способность
Мостовая схема сохраняет работоспособность при вдвое большей мощности без перегрева элементов. Частота пульсаций возрастает до 100 Гц (при 50 Гц сети), что упрощает фильтрацию.
Для сетевых блоков мощностью свыше 5 Вт применение моста обязательно – однополупериодный вариант приводит к перегрузке трансформатора и повышенным гармоническим искажениям.
Как подобрать схему для преобразования сигнала
Для однополупериодной обработки подойдет диод 1N4007, если нагрузка не превышает 1 А. Коэффициент пульсаций составит около 120%, поэтому добавьте конденсатор 1000 мкФ для сглаживания.
Двухполупериодные варианты с мостом (например, KBU808) снижают пульсации до 48%. Для сетевого напряжения 220 В выбирайте диоды с обратным напряжением не менее 600 В.
При высоких мощностях (свыше 5 А) используйте сборки типа GBPC3506 с радиатором. Для минимизации потерь в низковольтных цепях (3–12 В) применяйте диоды Шоттки (SR520).
Важно: в импульсных блоках питания избегайте мостовых схем – здесь эффективнее синхронные преобразователи на MOSFET.
