交流を直流に変換するプロセスは整流です。オフライン電源ユニットには、AC壁コンセントソースを高電圧DCに変換するか、AC壁コンセントソースを低電圧DCに降圧する整流ブロックがあります。さらなるプロセスは、フィルタリング、DC-DC変換などです。したがって、この記事では、全波整流器の動作について説明します。全波整流器は、半波整流器に比べて効率が高くなります。
全波整流は以下の方法で行うことができます。
- センタータップ全波整流器
- ブリッジ整流器（4つのダイオードを使用）
回路の2つの分岐が3番目の分岐によって接続されてループを形成する場合、ネットワークはブリッジ回路と呼ばれます.2つのダイオードタイプにはセンタータップ付きトランスが必要なため、これら2つの中で好ましいタイプは4つのダイオードを使用するブリッジ整流回路ですブリッジタイプと比較すると信頼性がありません。ダイオードブリッジも単一のパッケージで入手できます。例としては、DB102、GBJ1504、KBU1001などがあります。
ブリッジ整流器は、出力での同じフィルタ回路のリップル係数の低減という点で、ハーフブリッジ整流器の信頼性を上回っています。AC電圧の性質は、50 / 60Hzの周波数で正弦波です。波形は以下のようになります。
全波整流器の動作：
ここで、振幅が15Vrms（21Vpk-pk）の低いAC電圧を検討し、ダイオードブリッジを使用してDC電圧に整流します。AC電源波形は、正の半サイクルと負の半サイクルに分割できます。DMM（デジタルマルチメータ）を介して測定するすべての電圧、電流は、本質的にrmsです。したがって、以下のグリーンポイントシミュレーションでも同じことが考慮されます。
正の半サイクルの間、ダイオードD2とD3が導通し、負の半サイクルの間、ダイオードD4とD1が導通します。したがって、両方の半サイクルの間、ダイオードは導通します。整流後の出力波形は以下のようになります。
波形のリップルを低減するため、または波形を連続的にするために、出力にコンデンサフィルタを追加する必要があります。負荷に対して並列にコンデンサの動作は出力で一定電圧を維持することです。したがって、出力のリップルを減らすことができます。
フィルタとして1uFのコンデンサを使用：
1uFのフィルターを使用した出力は、1uFのエネルギー貯蔵容量が少ないため、波をある程度まで減衰させます。以下の波形は、フィルターの結果を示しています。
リップルはまだ出力に存在するため、さまざまな静電容量値で出力をチェックします。以下の波形は、静電容量の値、つまり電荷蓄積容量に基づくリップルの減少を示しています。
出力波形：緑– 1uF;青– 4.7uF; カラシナ– 10uF; ダークグリーン– 47uF
コンデンサを使用した操作：
正と負の両方の半サイクルの間、ダイオードペアは順方向にバイアスされた状態になり、コンデンサが充電され、負荷が供給されます。コンデンサに蓄えられたエネルギーが蓄えられたエネルギーを供給する瞬間電圧よりも高い瞬間電圧の間隔。エネルギー貯蔵容量が大きいほど、出力波形のリップルは小さくなります。
リップル係数は、理論的には、によって計算できます。
任意のコンデンサ値について計算し、上記で得られた波形と比較してみましょう。
R負荷= 1kOhm; f = 100Hz; C out = 1uF; I dc = 15mA
したがって、リップル係数= 5ボルト
リップル係数の差は、コンデンサの値が高くなると補正されます。全波整流器の効率は80％を超えており、これは半波整流器の2倍です。
実用的な全波整流器：
ブリッジ整流器で使用されるコンポーネントは、
- 220V / 15VAC降圧トランス。
- 1N4007 –ダイオード
- 抵抗器
- コンデンサ
- MIC RB156
ここで、15Vのrms電圧の場合、ピーク電圧は最大21Vになります。したがって、使用するコンポーネントの定格は25V以上である必要があります。
回路の操作：
降圧トランス：
降圧トランスは、積層鉄心に巻かれた一次巻線と二次巻線で構成されています。プライマリのターン数はセカンダリよりも多くなります。各巻線は個別のインダクタとして機能します。一次巻線が交流電源を介して供給されると、巻線が励起され、磁束が生成されます。二次巻線は、二次巻線に起電力を誘導する一次巻線によって生成される交流磁束を経験します。この誘導起電力は、接続された外部回路を通って流れます。巻線の巻数比とインダクタンスによって、一次側から生成される磁束の量と二次側に誘導されるemfが決まります。以下で使用する変圧器で
壁のコンセントからの230VAC電源は、降圧変圧器を使用して15VACrmsに降圧されます。次に、電源は以下のように整流回路全体に適用されます。
フィルタなしの全波整流回路：
不連続波形の平均出力電圧がデジタルマルチメータで確認できるため、負荷の両端の対応する電圧は12.43Vです。
フィルタ付き全波整流回路：
以下のようにコンデンサフィルタを追加すると、
1. C out = 4.7uFの場合、リップルが減少するため、平均電圧は15.78Vに増加します。
2. C out = 10uFの場合、リップルが減少するため、平均電圧が17.5Vに増加します。
3. C out = 47uFの場合、リップルはさらに減少するため、平均電圧は18.92Vに増加します。
4. C out = 100uFの場合、これより大きい静電容量の値はあまり効果がないため、この後、波形は細かく滑らかになり、リップルは低くなります。平均電圧は19.01Vに上昇しました
