Acest articol va examina diferitele defecte ale unui redresor de pod cu diode pentru a oferi o perspectivă asupra depanării unei surse de alimentare AC/DC.

Acest articol va examina diferitele defecte ale unui redresor de pod cu diode pentru a oferi o perspectivă asupra depanării unei surse de alimentare AC/DC.

Sursele de alimentare AC/DC sunt utilizate pe scară largă în diferite tipuri de echipamente electronice. Când eșuăm, cum putem determina cauza?

Acest articol vă va prezenta un exemplu de sursă de alimentare și vă va vorbi despre câteva motive posibile pentru care ar putea avea probleme.

Un exemplu de alimentare AC/DC

Pentru a depana în mod eficient, va trebui să vă înțelegeți circuitul. Vom lucra cu un exemplu de alimentare AC/DC, care convertește 230V AC în 5V DC. Diagrama bloc este prezentată în Figura 1 de mai jos.

articole

figura 1. Imagine oferită de NUS.

În primul rând, să analizăm mai întâi fiecare dintre aceste blocuri.

Transformator

Transformatorul transformă energia electrică de înaltă tensiune într-o tensiune alternativă mai mică. De exemplu, dacă dorim să generăm 12V DC, transformatorul poate fi proiectat pentru a genera o tensiune alternativă de amplitudine 22V, așa cum se arată în Figura 2.

Figura 2

Redresor

Redresorul convertește tensiunea de curent alternativ într-o tensiune de curent continuu, așa cum se arată în figura 3. Acest lucru se face inversând porțiunea negativă a tensiunii de curent alternativ pentru a genera o tensiune pozitivă. Rezultatul este o tensiune continuă, deoarece curentul poate curge acum într-o singură direcție printr-o sarcină ipotetică (care nu este prezentată în figură). Cu toate acestea, există încă variații mari de tensiune și curent și nu poate fi utilizat ca sursă de curent continuu pentru alimentarea circuitelor electronice. Figura 3 indică o proprietate foarte importantă a ieșirii redresorului: deoarece porțiunea negativă este răsturnată la valorile pozitive, ieșirea redresorului este un semnal periodic cu o perioadă care este jumătate din perioada de intrare. Prin urmare, dacă intrarea este un semnal de 50 Hz, frecvența de ieșire va fi de 100 Hz. Această observație poate fi utilă în depanarea unei surse de alimentare AC/DC.

Figura 3

Filtru

Pentru a scăpa de fluctuațiile mari, aplicăm un filtru low-pass la ieșirea redresorului. Filtrul va da forme de undă similare curbelor roșii din Figura 4.

Figura 4

Regulator

Deoarece există încă câteva valuri, putem aplica ieșirea filtrului unui regulator care utilizează conceptele de feedback pentru a suprima în continuare fluctuațiile și a genera tensiunea continuă DC dorită.

Să examinăm defecțiunile legate de redresorul podului cu diode și filtrul trece-jos așa cum este descris în Figura 5.

Figura 5

Acum, că suntem familiarizați cu exemplul nostru, putem începe să discutăm câteva probleme comune pe care am putea fi chemați să le depanăm.

Problemă: o diodă deschisă eșuată

În fiecare jumătate de ciclu al intrării $$ V _ $$, două din cele patru diode vor fi activate. De exemplu, când $$ V _ $$ este pozitiv, D1 și D2 vor conduce curent în timp ce blocurile D3 și D4 (inversă) curent. Pentru următorul semiciclu, vor fi direcționate D3 și D4. Dacă oricare dintre aceste patru diode are o defecțiune în circuit deschis, jumătatea ciclului corespunzător va fi permisă și circuitul va acționa ca un redresor cu jumătate de undă. Figura 6 prezintă efectul unei diode deschise nereușite asupra tensiunii de ieșire.

Figura 6

După cum puteți vedea, magnitudinea undelor a crescut cu un factor de aproximativ doi. În afară de aceasta, curba legată de o diodă eșuată are o perioadă de două ori mai mare decât cea a curbei albastre, deoarece circuitul eșuat acționează ca un redresor cu jumătate de undă. Prin urmare, atunci când există o diodă deschisă eșuată, frecvența $$ V _ $$ va fi aceeași cu VAC1. Cu un circuit funcțional, undele vor apărea la o frecvență de două ori mai mare decât frecvența de intrare. Folosind un osciloscop, putem verifica cu ușurință funcționarea unui redresor cu diodă. Dacă frecvența electricității de rețea este de 50 Hz, frecvența fluctuațiilor trebuie să fie de 100 Hz. Acesta este un exemplu al cazurilor în care un osciloscop este mult mai util decât un multimetru.

Problemă: o scurtă diodă

În secțiunea anterioară, am presupus că dioda are o defecțiune în circuit deschis. Cu toate acestea, o diodă eșuată se poate scurta și ea. În acest caz, dioda va prezenta o mică rezistență în ambele direcții. Motivele comune pentru o defecțiune a diodei sunt curentul excesiv înainte și o tensiune mare inversă. De obicei, tensiunea inversă mare duce la o diodă scurtcircuitată, în timp ce supracurentul o face să nu mai fie deschisă.

Să vedem cum va afecta o diodă scurtcircuitată un redresor cu undă completă. Să presupunem că D1 din Figura 5 este scurtcircuitat și acum circuitul este așa cum se arată în Figura 7.

Figura 7

Să presupunem că $$ V _ $$ este pozitiv. În acest caz, D2 va fi activat și atât D3, cât și D4 vor fi polarizate invers. Curentul va curge prin sarcină și dioda D2 înapoi la secundarul transformatorului așa cum a făcut-o în Figura 5. Prin urmare, presupunând că diodele sunt ideale și că au o cădere zero de tensiune înainte, semiciclul pozitiv nu va fi afectat de dioda scurtcircuitată. Dar ce zici de semiciclul negativ? Când $$ V _ $$ devine negativ, D3 va porni. Curentul va reveni la transformator prin dioda scurtcircuitată mai degrabă decât prin sarcină. Prin urmare, $$ V _ $$ va fi zero și o tensiune mare va fi aplicată direct la D3. Curentul excesiv înainte poate forța D3 să nu mai fie deschis. Transformatorul și dioda scurtcircuitată (D1) sunt celelalte două componente care sunt susceptibile să ardă.

Problemă: Îmbătrânirea condensatorului de filtru

Sursele de alimentare AC/DC utilizează în general condensatoare electrolitice pentru a suprima ondulațiile. Acești condensatori oferă o capacitate ridicată pentru o anumită tensiune de funcționare (au aproape cea mai mare capacitate disponibilă înmulțită cu tensiune sau CV). În plus, acest CV ridicat este realizat la un preț accesibil.

În ciuda acestor avantaje, condensatoarele electrolitice au limitările lor. Un dezavantaj major este că au o speranță de viață mult mai scurtă decât alte condensatoare. Acest lucru se datorează faptului că electrolitul din interiorul condensatorului se evaporă în timp și capacitatea scade. Până la sfârșitul duratei de viață a condensatorului, capacitatea va scădea cu aproximativ 20%.

De asemenea, este demn de remarcat faptul că rezistența la condensator de serie echivalentă (ESR) crește odată cu utilizarea. Un VSH mai mare generează mai multă căldură, iar căldura este factorul principal care poate accelera evaporarea electrolitului. Acest lucru va duce la o situație de fugă termică.

Ideea este că condensatorii electrolitici sunt probabil primele componente care vor eșua într-un sistem electronic proiectat corespunzător. Proiectantul ignoră această problemă de fiabilitate pentru a reduce pur și simplu costurile. Odată cu îmbătrânirea, capacitatea va scădea și vom avea valuri mai mari la $$ V _ $$. Am creat $$ C_L = 220 μF $$ și $$ R_L = 1 k \ Omega $$ pentru a crea grafica acestui articol. Să reducem $$ C_L $$ cu 20% pentru a vizualiza efectul îmbătrânirii condensatorului (ignorăm creșterea ESR pentru a simplifica lucrurile). Cu $$ C_L = 176 μF $$, obținem curba roșie în Figura 8.

Figura 8

Așa cum era de așteptat, un condensator mai mic duce la fluctuații mai mari. Prin urmare, atunci când ondulațiile sunt mai mari decât se aștepta, ar trebui să examinăm frecvența ondulațiilor: dacă frecvența este de două ori mai mare decât frecvența de intrare, diodele funcționează corect și probabil că este ceva în neregulă cu condensatorul.

Problemă: un condensator de filtru scurtcircuitat

Condensatoarele electrolitice de obicei nu se deschid. De fapt, stratul de oxid de aluminiu, care formează dielectricul condensatorului, are proprietăți de auto-recuperare și, de obicei, poate corecta imediat un scurt mic. Cu toate acestea, există încă șanse de a avea un condensator cu scurgeri în care apare un rezistor relativ mic în paralel cu condensatorul. Dacă această rezistență la scurgere este atât de mică, condensatorul va părea scurtcircuitat. Aplicarea unei tensiuni inverse la condensator poate duce la o componentă cu scurgeri. Ceva care se poate întâmpla la prima fabricație a unei plăci. În acest caz, circuitul poate fi modelat așa cum se arată în Figura 9.

Figura 9

Rezistorul de scurgere va face descărcarea condensatorului mai rapidă și, prin urmare, vom avea valuri mai mari similare cu curbele roșii din Figura 8. Dacă rezistorul de scurgere este atât de mic, ieșirea va fi scurtcircuitată la masă. În consecință, un condensator scurtcircuitat poate face ca diodele sau transformatorul să nu se deschidă.

Concluzie

În acest articol, am examinat diferite defecte ale unui redresor cu diodă pentru a oferi o perspectivă asupra depanării unei surse de alimentare AC/DC. Am văzut că frecvența undelor de ieșire poate fi examinată pentru a verifica dacă puntea diodei funcționează corect sau nu. În plus, amploarea undelor ne poate oferi câteva indicii despre problemele condensatorului de filtrare.

Ce alte subiecte de depanare ați dori să vedeți discutate? Spuneți-ne în comentariile de mai jos.