دو دیود و سیم‌پیچ ضربه‌ای: چگونه یک ترانسفورماتور با ضربه‌ی مرکزی، DC تمام موج می‌سازد

مقدمه

ترانسفورماتور معمولاً به عنوان یک تغییر دهنده ولتاژ ساده توصیف می شود: AC را بالا یا پایین می کند در حالی که فرکانس را ثابت نگه می دارد. اما یک جزئیات هوشمندانه را اضافه کنید - سیمی که دقیقاً از وسط سیم پیچ ثانویه بیرون کشیده شده است - و همان ترانسفورماتور به قلب تقریباً هر منبع تغذیه DC خطی کلاسیک تبدیل می شود. این ترانسفورماتور با ضربه مرکزی است و تنها با دو دیود هر دو نیمه موج AC را به جریان مستقیم قابل استفاده تبدیل می کند.

چیست و چگونه کار می کند

به عبارت ساده: ثانویه به صورت یک سیم پیچ بلند پیچیده می شود، اما اتصال سوم ( شیر وسط ) از نقطه میانی آن گرفته می شود. این سیم پیچ را به دو نیمه مساوی تقسیم می کند که در قطبیت تصویر آینه ای هستند - وقتی انتهای بالایی مثبت است، انتهای پایینی به همان اندازه منفی است و بالعکس. دو دیود، یکی در هر انتهای بیرونی، به نوبت. در طول نیم چرخه مثبت، دیود بالایی جریان را از طریق بار به سمت شیر ​​مرکزی هدایت می کند و می راند. در طول نیم چرخه منفی، دیود پایینی جریان را در همان جهت هدایت می کند و فشار می دهد. از آنجایی که جریان بار هرگز معکوس نمی شود، خروجی DC است - و برخلاف یکسو کننده های نیمه موج، هیچ بخشی از چرخه AC هدر نمی رود.

برای مهندسان: شیر مرکزی زمین/مرجع مدار است. روابط کلیدی (Vm = اوج ولتاژ یک نیمه سیم پیچ، شیر مرکزی به یک انتها):

• میانگین خروجی DC: Vdc ≈ 0.637 Vm = 0.9 × Vrms(half)
• حداکثر ولتاژ معکوس در هر دیود: PIV = 2 Vm - هر دیود مسدود کننده باید تقریباً دو برابر پیک نیمه سیم پیچی باشد.
• فرکانس ریپل: 2 × line frequency (100 هرتز در شبکه 50 هرتز، 120 هرتز در 60 هرتز)
• ضریب ریپل ≈ 0.48، حداکثر راندمان یکسوسازی ≈ 81.2٪، ضریب استفاده از ترانسفورماتور (TUF) ≈ 0.69

هر بار فقط یک دیود در مسیر قرار دارد، بنابراین یک قطره سیلیکون ~ 0.7 ولتی وجود دارد - در مقابل دو قطره (~1.4 ولت) در یکسوساز پل.

مثال کاربردی

یک ترانسفورماتور معمولی 12-0-12 ولت (RMS) هر نیمه سیم پیچی در 12 ولت RMS دارد. با تغذیه یکسو کننده، خروجی DC فیلتر نشده به طور متوسط ​​حدود 0.9 × 12 ≈ 10.8 ولت (پیک ≈ 16 ولت قبل از افت دیود) است و سپس یک خازن فیلتر، ریپل 120 هرتز را به یک ریل ثابت صاف می کند. این توپولوژی در منابع تغذیه میز، شارژرهای باتری و ابزار دقیق یافت می شود. در مقایسه با یکسو کننده پل، طراحی شیر مرکزی از کل ترانسفورماتور با کارایی کمتری استفاده می کند (TUF 0.69 در مقابل 0.81) اما تنها یک افت دیود را از دست می دهد - یک مزیت واقعی در منابع ولتاژ پایین که هر ولت در آن مهم است.

تصور غلط رایج و واقعیت سرگرم کننده

تصور اشتباه: "شیر وسط فقط یک سیم اضافی مفید است." در واقع مرجع زمین را تعریف می کند و دلیل اصلی هدایت هر دیود در نیم سیکل های متناوب است. بدون آن شما به چهار دیود (یک پل) نیاز دارید، زیرا نقطه میانی برای ارجاع بار وجود ندارد.

واقعیت جالب: از آنجا که هر دیود فقط از نیمی از سیم پیچ استفاده می کند، یک ترانسفورماتور با ضربه مرکزی به حدود دو برابر چرخش ثانویه (و مس) به عنوان ترانسفورماتور پل معادل برای ارائه ولتاژ DC یکسان نیاز دارد. معامله واضح است: یک ترانسفورماتور سنگین‌تر و گران‌تر – اما شما ارزش افت ولتاژ دیود را کاهش می‌دهید.

(اصول در منابع Wevolver، Power4All و Electronics Tutorial در مورد یکسو کننده های تمام موج با مرکز ضربه خورده.)