Выпрямитель-делитель

Как работает выпрямитель-умножитель все знают. Отдельные конденсаторы заряжаются по очереди через диоды до амплитуды входного переменного напряжения, а потом эти конденсаторы соединяются последовательно и на выходе такого выпрямителя получается напряжение большее, чем входная амплитуда.

Например, в выпрямителе-удвоителе таких конденсаторов два. По входному переменному току они включены параллельно (в положительном полупериоде заряжается один, в отрицательный - другой), а по выходному постоянному - последовательно. В результате на выходе постоянное напряжение равно удвоенной амплитуде входного переменного.

Попробуем решить обратную задачу: включим пару конденсаторов по входному переменному току последовательно, а по выходному постоянному - параллельно. Такой выпрямитель должен давать на выходе постоянное напряжение, равное половине входной амплитуды.

Не могу сказать, что практически это очень важная задача. Но бывают ситуации, когда переменное напряжение источника слишком велико, а гасить половину выпрямленного напряжения линейным стабилизатором слишком накладно (на нем рассеется такая же мощность, как и в нагрузке), а импульсным чересчур сложно или нежелательно из-за генерируемых таким стабилизатором помех.

Схема, реализующая описанный абзацем выше алгоритм, в упрощенном виде показана на следующем рисунке.

Рассмотрим как она функционирует. В отрицательном полупериоде источника в работе элементы, показанные на следующем рисунке (диод VD2 заперт обратной полярностью, а ключ разомкнут):

Конденсаторы С1 и С2 включены последовательно, и через диоды VD1, VD3 заряжаются до половины входной амплитуды U/2 каждый (предполагается, что конденсаторы идентичны, в том числе и по токам утечки, если это не так, то нужны параллельные конденсаторам выравнивающие резисторы). Конденсатор С2 через диод VD4 отдает на выход половину входного напряжения.

В положительном полупериоде источника диоды VD1, VD3, VD4 заперты обратной полярностью, и схема приобретает вид, показанный на следующем рисунке:

Замкнутый в этом полупериоде ключ подключает верхнюю обкладку С1 на выход, а отрытый диод VD2 соединяет нижнюю обкладку С1 с нижним проводом схемы, т.е. С1 (ранее заряженный до U/2) оказывается подключен к выходной нагрузке.

Таким образом, наша схема по входу является однополупериодным выпрямителем (ток от источника потребляется только на отрицательной полуволне), но на выходе в каждый из полупериодов присутствует свой конденсатор, заряженный до U/2 (т. е. пульсации на выходе будут удвоенной частоты).

Чтобы перейти к полной схеме, надо сделать ключ, замыкающийся на положительном полупериоде источника. К сожалению, просто диодом тут не обойтись, поэтому поставим ключевой полевой транзистор, как показано на следующем рисунке. Это уже полная схема выпрямителя-делителя.

Чтобы VT1 открывался на положительной полуволне источника делитель R1 R2 должен быть рассчитан так, чтобы при амплитуде источника U на резисторе R1 выделялось бы напряжение, чуть большее напряжения отсечки VT1.

Проверка схемы на симуляторе, показала ее работоспособность, в соответствии с задуманным алгоритмом. Предупреждая вопросы: нет, я эту схему практически не делал (просто небольшое упражнение в схемотехнике), но не вижу ни одной причины, почему бы проверенной на симуляторе низкочастотной схеме не работать в железе. Вообще, в 21-м то веке пора бы уже доверять симуляторам не меньше, чем практике и мнению самых выдающихся инженеров.

И все же о практической реализации и требованиях к деталям. Диоды на напряжение удвоенной амплитуды источника и на половинный ток нагрузки. VT1 должен выдерживать полную амплитуду входного напряжения. Для защиты затвора имеет смысл поставить параллельно R1 стабилитрон на напряжение вдвое большее, чем напряжение отсечки транзистора. C1 и С2 идентичные должны выдерживать напряжение не ниже половины входной амплитуды. Разумно поставить параллельно им резисторы, для выравнивания напряжений. Ток через эти резисторы должен быть как минимум в несколько раз больше максимально возможного тока утечки конденсаторов. Величина С1 и С2 должна быть такой, чтобы при удвоенной частоте пульсаций обеспечивать заданный ток нагрузки.



Москва, 16.08.2013

На главную - Main page