Brückengleichrichter

Ein Brückengleichrichter ist eine Schaltung, die vier Dioden verwendet, um die beiden Hälften einer Wechselstromwellenform so zu steuern, dass die Last eine einzige Polarität sieht. Mit anderen Worten: Er wandelt Wechselstrom in pulsierenden Gleichstrom um, ohne dass ein Transformator mit Mittelanzapfung erforderlich ist. Die Dioden leiten paarweise, wobei sie den negativen Halbzyklus umkehren, so dass der Stromfluss durch die Last immer in dieselbe Richtung geht. Im Vergleich zu einem Einweggleichrichter nutzt eine Brücke beide Halbzyklen, was bei gleicher Netzfrequenz eine höhere durchschnittliche Gleichspannung und eine geringere Brummspannung ergibt. Sie beseitigt zwar nicht die Verluste (es sind immer zwei Dioden im Leitungsweg), aber sie nutzt die Eingangswellenform besser aus und verbessert die Ausgangsqualität. Ein Kondensator, der über den Lastwiderstand geschaltet ist, wirkt als Filter und glättet das pulsierende Ausgangssignal in eine besser nutzbare Gleichstromversorgung.

Nennwerte und thermische Grenzwerte
Die Auswahl des Gleichrichters beginnt mit den Spannungs-, Strom- und thermischen Grenzwerten. Der Spitzenwert der Rückwärtsspannung muss den maximalen Wechselstromeingang, einschließlich Transienten, übersteigen. Der Nennstrom muss sowohl die Dauerlast als auch den Einschaltstromstoß abdecken. Der Einschaltstrom hängt, insbesondere bei großen Filterkondensatoren, stark von der Impedanz und der Kapazität des Transformators ab, so dass die Aussagekraft einer einzelnen Zahl im Datenblatt begrenzt ist. Thermisch gesehen leiten zwei Dioden jede Halbwelle, so dass die Brücke ungefähr Folgendes verliert: P ≈ 2 × V_F × I_Last Dies ist eine nützliche erste Schätzung, nicht die endgültige Antwort. Die Vorwärtsspannung schwankt mit der Temperatur und dem Strom, und Stromversorgungen mit Kondensatoreingang erzeugen eher hohe Spitzenströme als glatten Gleichstrom. Das bedeutet, dass die tatsächliche Dissipation schlechter sein kann als erwartet. Belassen Sie es nicht bei Berechnungen für den stationären Zustand - wiederholte Heiz- und Kühlzyklen können zur Ermüdung von Lötstellen und internen Verbindungen führen, insbesondere bei Konstruktionen mit hoher Leistung oder schlechter Kühlung.

Restwelligkeit, Wirkungsgrad und Leitungseffekte
Für einen Kondensator-Eingangsfilter ist eine grobe Schätzung der Welligkeitsspannung: V_Rippel ≈ I_Last / (fC) wobei f das Doppelte der Wechselstromfrequenz für einen Vollwellengleichrichter ist. Dabei wird von einem relativ konstanten Laststrom ausgegangen. Reale Lasten sind oft dynamisch, so dass die gemessene Restwelligkeit in der Regel höher ist. Der Wirkungsgrad hängt stark von der Ausgangsspannung ab. Bei Niederspannungsversorgungen macht der feste Diodenabfall einen großen Prozentsatz der Gesamtleistung aus, weshalb Konstrukteure in diesen Fällen häufig Schottky-Dioden oder synchrone Gleichrichtung verwenden. Auch eine Brücke, die einen Kondensator speist, entnimmt der Quelle keinen gleichmäßigen Sinusstrom. Sie zieht den Strom in kurzen, hohen Spitzen. Das erzeugt Obertöne, verringert den Leistungsfaktor und kann Rauschen oder Spannung stromaufwärts verursachen. In Systemen mit höherer Leistung führt dieses Verhalten häufig dazu, dass zusätzliche Filterung oder Leistungsfaktorkorrektur erforderlich ist.