نکات طراحی یکسوساز نیم موج

در این مقاله قصد داریم نکات طراحی یکسوساز نیم موج را به صورت کامل بررسی کنیم. و پارامترهای نظیر به دست آوردن ولتاژ DC و نوع دیود را با توجه به برگه دیتاشیت دیود انتخاب کنیم تا دیود انتخاب شده بتواند حداکثر ولتاژ معکوس و جریانی که از دیود عبور میکند را به راحتی تحمل کند و موجب سوختن آن نشود.

تحلیل یکسوساز نیم موج

قبل از محاسبات مقادیر یکسوساز نیم موج لازم است شناختی در رابطه با این مدار و نحوه برخورد دیود، در نیم سیکل مثبت و منفی را داشته باشیم.

یکسوساز نیم موج ساده‌ترین مداری است که از یک دیود برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم استفاده می‌کند. در شکل زیر ولتاژ سینوسی برق شهر به سیم پیچ اولیه ترانس وارد شده و در ثانویه دو حالت پیش می‌آید.

حالت اول:

اگر سیم پیچ اولیه  دارای نیم سیکل مثبت برق شهر باشد، سیم پیچ ثانویه نیم سیکل مثبت را دریافت کرده و دیود در بایاس مستقیم قرارگرفته و نیم سیکل مثبت را عبور می‌دهد.

حالت دوم:

اگر سیم پیچ اولیه دارای نیم سیکل منفی برق شهر باشد در نتیجه نیم سیکل منفی وارد ثانویه ترانس شده و دیود در بایاس معکوس قرار گرفته و جریانی را از خود عبور نمی‌دهد، در حقیقت نیم سیکل منفی را تبدیل به ولتاژ صفر می‌کند.

با توجه به شکل موج ساخته شده از یکسوساز نیم موج متوجه می‌شویم که سیگنال DC خط صاف نبوده و مدام به مقدار قله یا همان پیک و خط صفر میرسد. به چنین موجی موج متلاطم یا Fluctuating DC می‌گویند.

مثال:

با مثالی ساده سعی می‌کنیم یکسوساز نیم موج را برای همیشه مسلط شویم.

اگر ولتاژ برق شهر ۲۲۰ ولت و از یک ترانس ۹ به ۱ جهت کاهش ولتاژ استفاده کرده باشیم، خروجی ولتاژ یکسوشده با مدار یکسوساز نیم موج چند ولت DC است و همچنین نوع دیود را مشخص کنید.

ابتدا ولتاژ RMS برق شهر را به ولتاژ پیک تبدیل می‌کنیم در نتیجه VP=1.414*220=311V پس مقدار 311VAC پیک تا پیک به سیم پیچ اولیه ترانس وارد شده، پس ولتاژ سیم پیچ ثانویه برابر است با ۳۱۱/۹=۳۴.۵V و مقدار ولتاژ در سیم پیچ ثانویه ۳۴.۵ ولت می‌باشد.

تا الان تمامی ولتاژ‌ها از نوع AC بوده و حال ولتاژ DC را بعد از یکسوسازی توسط یک عدد دیود ۱N۴۰۰۱ محاسبه می‌کنیم.

این فرمول را به خاطر بسپارید VDC=0.318*VP پس مقدار ولتاژ  DC در خروجی بعد از یکسوسازی برابر است با ۱۱V از نوع مستقیم (مقداری که ولتمتر DC قرائت می‌کند).

ماکزیمم ولتاژی که به صورت معکوس روی دیود قرار می گیرد:

نکته مهمی که برای طراحی باید بدانیم، ماکزیمم ولتاژی است که به صورت معکوس بر روی دیود ۱N۴۰۰۱ میفتد که به آن به اصطلاح PIV هم می‌گویند. در اینجا حداکثر ولتاژی که دوسر دیود به صورت معکوس افتاده را در نظر میگیریم تا مناسب‌ترین دیود یکسوساز را انتخاب کنیم، پس با ولتاژ حداقل کاری نداریم.

مثال بالا را در نظر بگبرید که ولتاژ ۳۴.۵ ولت از نوع AC در نیم سیکل منفی به صورت معکوس روی دیود افتاده و جریانی نیز از مدار کشیده نمی‌شود پس جریان نیز صفر است. درنتیجه حداکثر ولتاژی که به صورت معکوس بر روی دیود ۱N۴۰۰۱ افتاده همان ولتاژ ثانویه پیک ترانس یا طبق مثال بالا ۳۴.۵V از نوع  AC  است. کافیست به دیتاشیت دیود  ۱N۴۰۰۱ مراجعه کرده و VRRM یا همان حداکثر ولتاژ قابل تحمل از نوع متناوب را بررسی کنیم. VRRM برای دیود  ۱N۴۰۰۱ برابر با ۵۰ ولت بوده و ما ۳۴.۵ ولت را دوسر دیود به صورت معکوس داریم. برای تسلط به تمامی پارامتر های دیود یکسوساز می توانید مقاله نحوه خواندن دیتاشیت دیود یکسوساز را مطالعه کنید.

محاسبه جریان:

برای محاسبه جریان کافیست ولتاژ به دست آمده DC را تقسیم بر مقاومت بار یا RL کنیم و به مقدار 11mA برسیم. پس جریان عبوری از دیود برابر با 11mA میباشد، که از جریان متوسط دیود ۱N۴۰۰۱ که برابر ۱A است، بسیار کوچکتر می‌باشد. در نتیجه هم ولتاژ معکوس و هم جریان عبوری از دیود در مثال بالا از دیود ۱N۴۰۰۱ کوچکتر بوده و ما میتوانیم در مثال بالا از این دیود جهت یکسوسازی استفاده کنیم.

یک قانون تقریبی در طراحی یکسوساز نیم موج:

در طراحی یکسوساز نیم موج برای ولتاژ‌های کمتر از 24VDC در خروجی، سعی کنید افت ولتاژ ۰.۷ که دیود سیلیکون ایجاد می‌کند را از ولتاژ به دست آمده DC در خروجی کم کنید. ولی در ولتاژ‌های بالاتر T میتوانید این مقدار را چشم پوشی کنید. در مثال بالا در حقیقت ولتاژ مستقیم خروجی برابر است با 11-0.7=10.3VDC

مقایسه تئوری و عملی مثال بالا:

با توجه به جدول زیر می‌توانید حالت تئوری که در مثال بالا به دست آوردیم را با مقادیر اندازه گیری شده به صورت عملی قیاس کنید.

جهت مشاهده ویدئو مثال بالا میتوانید اینجا کلیک کنید و فیلم مورد نظر را در یوتیوب مشاهده کنید. ممنونم از اینکه این مقاله را مطالعه کردید، امیدوارم ذره‌ای حتی ناچیز به شما کمک کرده باشیم.