วิธีที่เรคติไฟเออร์แบบบริดจ์ช่วยให้เกิดการแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงแบบเต็มคลื่น

บทบาทของไดโอดในการแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงแบบพัลซิ่ง

เรคติไฟเออร์แบบเบริดจ์ทำงานโดยการต่อไดโอดสี่ตัวเข้าด้วยกันในสิ่งที่เรียกว่าการจัดเรียงแบบเบริดจ์ ซึ่งจะเปลี่ยนกระแสสลับหรือ AC ให้เป็น DC ที่ยังคงมีลักษณะเป็นพัลส์ขึ้นลงเล็กน้อย ไดโอดเหล่านี้ทำหน้าที่คล้ายสัญญาณไฟจราจรสำหรับกระแสไฟฟ้า โดยอนุญาตให้กระแสผ่านไปได้ก็ต่อเมื่อมีแรงดันเพียงพอที่จะผลักดันผ่านมันได้ สำหรับไดโอดซิลิคอนทั่วไป เหตุการณ์นี้จะเกิดขึ้นที่ประมาณ 0.7 โวลต์ สิ่งที่ทำให้ระบบทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพคือการที่องค์ประกอบเหล่านี้สามารถจัดการทั้งสองช่วงครึ่งคลื่นของคลื่น AC ได้ เมื่อกระแสไฟฟ้าเข้ามาจากกริด ไม่ว่าจะอยู่ในช่วงบวกหรือลบ เรกติไฟเออร์จะยังคงนำทิศทางของพลังงานไปในทิศทางเดียวกันกับอุปกรณ์ที่ต้องการใช้งาน ผลลัพธ์ที่ได้คือ แทนที่จะได้รับกระแสไฟที่สลับทิศไปมาอย่างที่เห็นในกระแส AC โดยทั่วไป เราจะได้รับเฉพาะพัลส์บวก ซึ่งสามารถทำให้เรียบเนียนได้ในขั้นตอนต่อไป

การทำงานในช่วงครึ่งคลื่นบวกและลบ

เมื่อพิจารณาครึ่งรอบบวกของกระแสสลับขาเข้า ไดโอด D1 และ D2 จะทำงาน โดยพื้นฐานแล้วจะสร้างเส้นทางการนำกระแสที่เริ่มจากแหล่งจ่ายไฟ ผ่านโหลดที่ต่ออยู่ จากนั้นไหลกลับผ่านโครงสร้างสะพาน เมื่อพิจารณาครึ่งรอบลบ ไดโอด D3 และ D4 จะเป็นตัวนำกระแสแทน ซึ่งทำให้กระแสไหลผ่านโหลดในทิศทางเดียวกันตลอด เถึงแม้ว่าขั้วของแรงดันขาเข้าจะเปลี่ยนไปก็ตาม หลักการทำงานของการแปลงคลื่นเต็มรูปแบบนี้ทำให้ความถี่ของสัญญาณขาออกมีค่าเป็นสองเท่าของระบบแปลงแบบครึ่งคลื่นธรรมดา ส่งผลดีหลายประการ เช่น แรงดันริปล์ลดลงอย่างมาก ทำให้อุปกรณ์ทำงานได้อย่างราบรื่นยิ่งขึ้น การทดสอบวงจรยังแสดงให้เห็นว่าประโยชน์เหล่านี้ไม่ใช่เพียงแค่ทฤษฎีเท่านั้น

เหตุใดจึงใช้ไดโอดสี่ตัวในโครงสร้างสะพานสำหรับการแปลงคลื่นเต็มรูปแบบ

การจัดเรียงแบบสะพานไดโอดสี่ตัวช่วยกำจัดความจำเป็นในการใช้หม้อแปลงแบบมีขั้วกลางที่ซับซ้อน ทำให้การสร้างอุปกรณ์ง่ายขึ้นและประหยัดต้นทุนด้านชิ้นส่วน การจัดวางอย่างสมดุลนี้ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลต่อเนื่องไม่ว่าทิศทางของกระแสขาเข้าจะเป็นอย่างไร จึงสามารถดึงพลังงานจากหม้อแปลงออกมาได้เกือบทั้งหมด เมื่อเปรียบเทียบกับระบบทั้งคลื่นแบบไดโอดสองตัวรุ่นเก่า ระบบนี้มีการสูญเสียพลังงานน้อยกว่าประมาณ 40% ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยให้วิศวกรสามารถออกแบบวงจรให้มีขนาดเล็กลง แต่ยังคงประสิทธิภาพการทำงานที่ยอดเยี่ยม

เครื่องมือจำลองสมัยใหม่สำหรับตรวจสอบประสิทธิภาพของวงจรสะพานไดโอด

วิศวกรใช้เครื่องมือจำลองที่อิงตาม SPICE เช่น LTspice และ MATLAB Simulink เพื่อจำลองการกระจายความร้อน การตกคร่อมของแรงดันไฟฟ้า และการตอบสนองต่อสัญญาณชั่วขณะภายใต้สภาวะการใช้งานจริง โมเดลเหล่านี้สามารถทดสอบสถานการณ์สุดขั้ว เช่น การโอเวอร์โหลดถึง 300% เป็นระยะเวลา 10 มิลลิวินาที ก่อนการผลิตต้นแบบจริง ซึ่งช่วยลดระยะเวลาพัฒนาลงได้ถึง 30% และรับประกันความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์

การจัดรูปแบบของเรกติไฟเออร์แบบสะพานเฟสเดี่ยวเทียบกับสามเฟส

การออกแบบและการประยุกต์ใช้เรกติไฟเออร์แบบสะพานเฟสเดี่ยวในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

เราพบตัวเรียงกระแสแบบสะพานเฟสเดียวได้ทั่วไปในอุปกรณ์ประจำวันที่ไม่ต้องการกำลังไฟมากนัก ลองนึกถึงที่ชาร์จโทรศัพท์เล็กๆ ที่เราเสียบเข้ากับปลั๊กผนัง ตัวควบคุมไฟ LED หรือแม้แต่เครื่องใช้ในครัวบางชนิด สิ่งที่ทำให้พวกมันทำงานได้ดีคือการจัดเรียงไดโอดสี่ตัวอย่างชาญฉลาด ซึ่งทำหน้าที่รับไฟฟ้าจากผนังปกติ (โดยทั่วไประหว่าง 120 ถึง 240 โวลต์) แล้วแปลงให้กลายเป็นสิ่งที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเราสามารถใช้งานได้ ส่วนที่ดีที่สุดคือ วงจรเหล่านี้ไม่ซับซ้อนเลย หลายคนรู้ดีว่าประสิทธิภาพมีความสำคัญเวลาสร้างอุปกรณ์ต่างๆ และตัวเรียงกระแสเหล่านี้มีประสิทธิภาพประมาณ 90 ถึง 95% ซึ่งถือว่าน่าประทับใจมาก นั่นจึงเป็นเหตุผลว่าทำไมผู้ผลิตถึงชอบใช้พวกมันในผลิตภัณฑ์ที่มีพื้นที่จำกัดภายในตัวเรือน และไม่มีใครอยากจ่ายเพิ่มเพื่อชิ้นส่วนที่ใหญ่ขึ้น เพียงแค่ดูว่าที่ชาร์จโทรศัพท์รุ่นใหม่ๆ มีความบางลงแค่ไหนเมื่อเทียบกับเมื่อหลายปีก่อน!

ตัวเรียงกระแสแบบสะพานสามเฟสในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์อุตสาหกรรมและระบบพลังงานหมุนเวียน

เรกติไฟเออร์แบบไบรด์จสามเฟสทำงานด้วยไดโอดหกตัวที่จัดวางในรูปแบบเฉพาะ ซึ่งสามารถจัดการกับแรงดันไฟฟ้าสูงมากได้ โดยบางครั้งอาจสูงถึงประมาณ 690 โวลต์ เอซี ระบบที่ใช้เรกติไฟเออร์ประเภทนี้จะผลิตกระแสตรงที่เรียบเนียนกว่าระบบเฟสเดี่ยวอย่างชัดเจน โดยทั่วไปจะช่วยลดแรงดันริปล์ลงได้ประมาณ 3 ถึง 5 เท่า แอปพลิเคชันทางอุตสาหกรรมพึ่งพาเรกติไฟเออร์เหล่านี้เป็นอย่างมากในแง่ของประสิทธิภาพการทำงาน ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์เครื่องจักรควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ โครงการผลิตพลังงานลมขนาดใหญ่ และสถานีชาร์จยานยนต์ไฟฟ้า ซึ่งความต้องการพลังงานอาจแตกต่างกันอย่างมาก ตั้งแต่เพียง 10 กิโลวัตต์ ไปจนถึง 500 กิโลวัตต์ ประสิทธิภาพจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยมักจำเป็นต้องรักษาระดับไว้เหนือ 96 เปอร์เซ็นต์ เพื่อให้มีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ แม้แต่โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ก็ยังใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีเรกติฟิเคชันสามเฟส เพราะช่วยรักษาระดับกระแสตรงให้คงที่ขณะเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าหลัก ซึ่งถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจ่ายพลังงานอย่างสม่ำเสมอ

การตั้งค่า	ไดโอเดส	การใช้งานทั่วไป	ประสิทธิภาพ	ความจุในการรับน้ำหนัก
โครงการการประกอบการ	4	ที่ชาร์จ, SMPS, อุปกรณ์ IoT	90–95%	<5 กิโลวัตต์
สามเฟส	6	มอเตอร์อุตสาหกรรม ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์	96–98%	5–500 กิโลวัตต์

การเลือกคอนฟิกูเรชันที่เหมาะสมตามโหลดและความต้องการด้านกำลังไฟฟ้า

เมื่อจัดการกับโหลดที่ต่ำกว่า 5 กิโลวัตต์ โดยที่ริปเปิลบางส่วนไม่ใช่ปัญหาใหญ่ วงจรเรคติไฟเออร์แบบเฟสเดียวโดยทั่วไปจะให้คุ้มค่าต่อเงินที่จ่าย และยังทำงานได้อย่างเพียงพอ อย่างไรก็ตาม สิ่งต่าง ๆ จะเปลี่ยนไปเมื่อความเสถียรกลายเป็นสิ่งสำคัญ แอปพลิเคชันที่ต้องการระดับแรงดันไฟฟ้าคงที่ สูงสุดด้านประสิทธิภาพ หรือจัดการกับกำลังไฟเกิน 10 กิโลวัตต์ มักจะหันไปใช้ระบบสามเฟสแทน ซึ่งเป็นระบบที่ผู้ผลิตส่วนใหญ่และติดตั้งระบบพลังงานหมุนเวียนนิยมใช้สำหรับงานที่ต้องการสมรรถนะสูง ก่อนตัดสินใจติดตั้งระบบใด ๆ ควรตรวจสอบข้อมูลแรงดันย้อนสูงสุด (PIV) เทียบกับค่าที่อาจเกิดขึ้นจริงในระบบอยู่เสมอ เพราะความล้มเหลวในช่วงแรกมักเกิดจากการที่ผู้ติดตั้งมองข้ามเรตติ้งเหล่านี้ไป

ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลัก: ประสิทธิภาพ, ค่าริปเปิลแฟกเตอร์ และแรงดันย้อนสูงสุด

เมื่อประเมินสะพานรีคติไฟเออร์ ตัวชี้วัดประสิทธิภาพที่สำคัญสามประการที่กำหนดประสิทธิผลในระบบแปลงพลังงาน ได้แก่ ประสิทธิภาพ อัตราแรงกระเพื่อม (ripple factor) และแรงดันย้อนกลับสูงสุด (peak inverse voltage: PIV) พารามิเตอร์เหล่านี้มีผลต่อความน่าเชื่อถือในการใช้งานและต้นทุนในระยะยาว สำหรับการประยุกต์ใช้งานตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไปจนถึงขับเคลื่อนมอเตอร์ในอุตสาหกรรม

การเข้าใจอัตราแรงกระเพื่อมและความส่งผลต่อความเสถียรของเอาต์พุต

ตัวประกอบริปเปิลบอกเราว่ามีสัญญาณ AC กี่มากน้อยเหลืออยู่ในเอาต์พุต DC จากเรคทิไฟเออร์ โดยยิ่งตัวเลขนี้ต่ำเท่าไร พลังงานไฟฟ้าก็จะยิ่งสะอาดและมีเสถียรภาพมากขึ้น เรคทิไฟเออร์แบบบริดจ์ส่วนใหญ่มีตัวประกอบริปเปิลประมาณ 0.48 ซึ่งเพียงพอสำหรับอุปกรณ์อย่างไมโครโปรเซสเซอร์หรืออุปกรณ์การสื่อสารที่ต้องการไฟฟ้าที่ค่อนข้างสะอาด อย่างไรก็ตาม หากมีริปเปิลมากเกินไป จะเริ่มสร้างความร้อนเพิ่มเติมในองค์ประกอบต่างๆ ที่อยู่หลังเรคทิไฟเออร์ และที่แย่กว่านั้น แรงดันกระชากเหล่านี้อาจทำให้อุปกรณ์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าทำงานผิดพลาดได้ หากระบบมีตัวประกอบริปเปิลเกิน 0.6 วิศวกรมักต้องเพิ่มตัวกรองเพื่อลดความผันผวน ซึ่งตัวกรองเหล่านี้ไม่ใช่ของถูก ค่าใช้จ่ายโครงการมักจะเพิ่มขึ้นระหว่าง 18 ถึง 22 เปอร์เซ็นต์ ขึ้นอยู่กับประเภทของโซลูชันการกรองที่นำมาใช้

พารามิเตอร์	สะพานเรคทิฟายเออร์	เทียบเท่าแบบ Center-Tapped
ตัวประกอบริปเปิลโดยทั่วไป	0.48	0.48
การสูญเสียจากคลื่นรบกวน (Ripple-Induced Losses)	6-9%	8-12%

ประสิทธิภาพโดยทั่วไปของเรคทิไฟเออร์แบบบริดจ์และปัจจัยที่มีอิทธิพล

เรคติไฟเออร์แบบสะพานมาตรฐานมีประสิทธิภาพประมาณ 81.2% ซึ่งสูงกว่าเรคติไฟเออร์แบบครึ่งคลื่น 40–50% แหล่งที่มาหลักของการสูญเสีย ได้แก่:

• แรงตกคร่อมไดโอดรวมในทิศทางเดิน (1.4V สำหรับไดโอดซิลิคอนสองตัวที่ทำงานร่วมกัน)
• การสูญเสียจากความต้านทานของลวดขดลวดหม้อแปลง (3–7% ขึ้นอยู่กับขนาดของลวดขด)
• การลดค่าประสิทธิภาพจากความร้อนเมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเกิน 85°C

สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อีก 10–15% โดยการเลือกไดโอดให้เหมาะสม (เช่น ไดโอดชอตตี้) และการติดตั้งแผ่นระบายความร้อนอย่างถูกต้อง โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่มีกระแสไฟฟ้าสูง

แรงดันย้อนสูงสุดและผลกระทบต่อการเลือกไดโอดและต้นทุน

ไดโอดจำเป็นต้องทนต่อแรงดันย้อนกลับสูงสุดที่จะเกิดขึ้นในขณะทำงาน ซึ่งวิศวกรเรียกว่าแรงดันย้อนกลับสูงสุด หรือย่อว่า PIV ในวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ ค่า PIV นี้จะเท่ากับค่าแรงดันขาเข้ากระแสสลับสูงสุดที่เราเรียกว่า Vm ไดโอดมาตรฐานส่วนใหญ่ที่มีค่าเรทที่ 600 โวลต์ ใช้งานได้ดีกับระบบกระแสสลับ 240 โวลต์ทั่วไป อย่างไรก็ตาม สถานการณ์จะต่างออกไปในระบบที่ใช้พลังงานหมุนเวียนซึ่งทำงานบนสายไฟ 480 โวลต์ แอค. ระบบทั้งนี้ต้องการไดโอดที่มีค่าเรทอย่างน้อยประมาณ 1000 โวลต์ และการเพิ่มขึ้นของข้อกำหนดนี้อาจทำให้ต้นทุนของชิ้นส่วนเพิ่มขึ้นได้ตั้งแต่ 35% ถึง 60% การเลือกใช้ค่า PIV ที่เหมาะสมจึงมีเหตุผลทั้งในด้านการเงิน เพราะช่วยป้องกันการใช้จ่ายเกินจำเป็นสำหรับชิ้นส่วนที่มีคุณสมบัติเกินความต้องการ ขณะเดียวกันก็ยังคงปกป้องระบบจากการกระตุ้นของแรงดันที่เกิดขึ้นอย่างไม่คาดคิดเป็นครั้งคราวในระบบไฟฟ้า

การลดแรงสั่นพ้องด้วยตัวกรองแบบคาปาซิเตอร์ในงานประยุกต์จริง

การเพิ่มตัวเก็บประจุแบบขนานที่ขาออกจะช่วยลดแรงดันรั่วได้ 65–90% ขึ้นอยู่กับค่าความจุ ความต้านทานอนุกรมเทียบเท่า (ESR) และลักษณะของภาระ หลักทั่วไปที่ใช้กันคือใช้ 1000µF ต่อกระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ ตัวกรองที่มีประสิทธิภาพทำให้สามารถปฏิบัติตามข้อกำหนดเรื่องแรงดันรั่วที่เข้มงวด (<10%) ได้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์และเครื่องมือวัดความแม่นยำ

การประยุกต์ใช้สะพานแปลงกระแสโดยทั่วไปในอุตสาหกรรมต่างๆ

แหล่งจ่ายไฟในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคและการออกแบบ SMPS

สะพานรีคทิไฟเออร์แบบเรียบง่ายมีบทบาทสำคัญในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดที่เราพบเห็นได้ทั่วไปในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็นที่ชาร์จแล็ปท็อป โทรทัศน์แอลอีดี หรือตัวแปลงสัญญาณสำหรับอุปกรณ์มือถือทุกชนิด ผู้ผลิตส่วนใหญ่ยังคงใช้การออกแบบสะพานเต็มคลื่นเนื่องจากมีเหตุผลที่ดี เพราะประมาณ 92 เปอร์เซ็นต์ของหน่วย SMPS ทั้งหมดในยุคปัจจุบันต่างพึ่งพาโครงสร้างนี้ ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น? เหตุผลก็เพราะพวกมันมีประสิทธิภาพค่อนข้างสูง โดยทั่วไปสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ อีกทั้งยังใช้พื้นที่น้อย ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบอยู่เสมอ และยังไม่ต้องพูดถึงความสามารถในการทำงานร่วมกับสวิตช์ความถี่สูงที่ทำงานที่ประมาณ 100 กิโลเฮิรตซ์ได้อย่างยอดเยี่ยม สิ่งที่สำคัญที่สุดคือ ความสามารถในการเปลี่ยนกระแสสลับ 120 โวลต์ มาตรฐานจากร outlet ให้กลายเป็นกระแสตรงที่มีเสถียรภาพโดยไม่มีปัญหาใด ๆ นั่นจึงเป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงพบเห็นมันในเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านเกือบทุกชนิดที่ต้องการการแปลงพลังงานอย่างเชื่อถือได้ในปัจจุบัน

การใช้งานในอุตสาหกรรม เช่น ในเครื่องเชื่อมและระบบควบคุมมอเตอร์

สะพานแปลงกระแสไฟฟ้า (Bridge rectifiers) มีบทบาทสำคัญในระบบการเชื่อมอุตสาหกรรม โดยทำหน้าที่เปลี่ยนกระแสไฟฟ้า 3 เฟส 480V AC มาเป็นกระแสตรง (DC) ในช่วง 200 ถึง 600 แอมป์ ซึ่งช่วยให้ความมั่นคงของแสงคออาร์กการเชื่อมคงที่ระหว่างการทำงาน ตามรายงานอุตสาหกรรมเมื่อปีที่แล้วที่สำรวจโรงงานผลิตประมาณห้าสิบแห่ง พบว่าเกือบแปดในสิบของสถานประกอบการได้นำแนวทางการใช้กระแสตรงจากสะพานแปลงกระแสไฟฟ้านี้ไปใช้โดยเฉพาะสำหรับขับมอเตอร์ เหตุผลก็คือ การควบคุมความเร็วของสายพานลำเลียงอย่างแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งในสายการผลิตจำนวนมาก การเปลี่ยนมาใช้กระแสตรงที่ควบคุมได้แทนที่กระแสสลับแบบปกติ สร้างความแตกต่างที่เห็นได้ชัดเจน ผู้ปฏิบัติงานด้านการเชื่อมรายงานว่าเกิดเศษโลหะกระเด็นลดลงประมาณหนึ่งในสามเมื่อใช้ระบบนี้ หมายความว่ารอยต่อสะอาดขึ้นโดยรวม และลดปัญหาการต้องกลับไปแก้ไขงานในภายหลัง สำหรับร้านที่ดำเนินการผลิตจำนวนมาก สิ่งปรับปรุงเช่นนี้ส่งผลลัพธ์อย่างรวดเร็วทั้งในด้านคุณภาพและประสิทธิภาพ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ารถยนต์และการบูรณาการระบบชาร์จ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในรถยนต์สมัยใหม่มาพร้อมกับเรคทิไฟเออร์แบบสะพานภายใน ซึ่งทำหน้าที่แปลงกระแสสลับ 3 เฟส ที่มีแรงดันตั้งแต่ 12 ถึง 48 โวลต์ ให้เป็นกระแสตรง (DC) ที่ใช้สำหรับการชาร์จแบตเตอรี่และขับเคลื่อนอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ในรถ อัตราประสิทธิภาพของเรคทิไฟเออร์เหล่านี้โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 88 ถึง 92 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการรักษาสภาพแบตเตอรี่ให้อยู่ในเกณฑ์ดี ไม่ว่าเครื่องยนต์จะทำงานที่ความเร็วใดก็ตาม จากตัวเลขในอุตสาหกรรมพบว่าเมื่อปีที่ผ่านมา มีเรคทิไฟเออร์แบบสะพานสำหรับยานยนต์ถูกผลิตออกจากโรงงานทั่วโลกประมาณ 240 ล้านตัว ปริมาณการผลิตจำนวนมากนี้ได้ช่วยผลักดันให้เกิดการปรับปรุงในระบบที่เกี่ยวข้อง เช่น ระบบพวงมาลัยเพาเวอร์ไฟฟ้า และระบบเชื่อมต่อและความบันเทิงรูปแบบทันสมัย ที่พบได้ในรถยนต์รุ่นใหม่ส่วนใหญ่ที่เพิ่งออกสู่ตลาดในปัจจุบัน

อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ และขั้นตอนเบื้องต้นของการแปลงพลังงานหมุนเวียน

สะพานแปลงกระแส (Bridge rectifiers) เป็นส่วนประกอบสำคัญในไมโครอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งช่วยทำให้แรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงได้จากแผงโซลาร์เซลล์มีความเสถียร ก่อนที่จะผ่านกระบวนการติดตามจุดกำลังไฟสูงสุด โดยทั่วไปแรงดัน DC จากแผงจะอยู่ที่ประมาณ 18 ถึง 40 โวลต์ เมื่อพิจารณาในระบบที่มีขนาดใหญ่ขึ้น เช่น การติดตั้งเชิงพาณิชย์ การจัดเรียงแบบสามเฟส (three phase bridge configurations) มักจะให้ความเสถียรที่ดีกว่าบนสาย DC bus โดยมีประสิทธิภาพดีขึ้นประมาณ 25-30% เมื่อเทียบกับระบบครึ่งคลื่น (half wave options) ที่ยังคงใช้กันอยู่ในระบบที่เล็กกว่า โครงสร้างเดียวกันนี้ยังถูกนำไปใช้ในระบบควบคุมการหมุนใบพัดของกังหันลมด้วย กระบวนการแปลงในกรณีนี้ต้องจัดการกับแรงดันสูงมาก เช่น ลดจาก 480 โวลต์ AC ลงเหลือเพียง 48 โวลต์ DC และสามารถควบคุมระดับแรงดันรั่ว (ripple) ให้อยู่ต่ำกว่าประมาณ 2% ซึ่งถือว่าน่าประทับใจมากเมื่อพิจารณาจากภาระงานที่ระบบเหล่านี้ต้องรับมืออย่างต่อเนื่องทุกวัน

สะพานแปลงกระแส เทียบกับ แปลงกระแสแบบมีเส้นกลาง: ข้อแลกเปลี่ยนในการออกแบบ

การเปรียบเทียบประสิทธิภาพและการใช้หม้อแปลงไฟฟ้า

เรคติไฟเออร์แบบบริดจ์ทำงานที่ระดับประสิทธิภาพใกล้เคียงกับรุ่นที่ใช้แทปตรงกลาง (ประมาณ 81.2%) แต่กลับใช้หม้อแปลงได้มีประสิทธิภาพมากกว่า เมื่อพิจารณาจากตัวประกอบการใช้งานหม้อแปลง (transformer utilization factors) วงจรแบบบริดจ์จะมีค่า 0.812 ในขณะที่แบบใช้แทปตรงกลางทำได้เพียง 0.693 เท่านั้น ซึ่งหมายความว่าวิศวกรสามารถใช้หม้อแปลงขนาดเล็กลงได้ ช่วยประหยัดต้นทุนวัสดุและพื้นที่ ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? ก็เพราะเรคติไฟเออร์แบบบริดจ์ใช้ขดลวดรองทั้งหมดตลอดทั้งสองครึ่งของรอบสัญญาณ AC ทำให้สามารถถ่ายโอนพลังงานได้มากกว่าโมเดลอื่นๆ จึงทำให้มันกลายเป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยมในกรณีที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่หรืองบประมาณ

ข้อดีของการไม่มีแทปตรงกลางและประสิทธิภาพเอาต์พุตที่สูงกว่า

การกำจัดขั้วกลางช่วยลดความซับซ้อนในการผลิตและจำนวนชิ้นส่วนลง วงจรเรียงกระแสแบบสะพานช่วยให้ได้แรงดันขาออกที่สูงขึ้นโดยใช้หม้อแปลงมาตรฐาน และกระจายความร้อนอย่างสม่ำเสมอมากขึ้นบนไดโอด ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งาน โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง เช่น ระบบยานยนต์และระบบอุตสาหกรรม

ข้อเสีย: แรงดันตก, การกระจายความร้อน, และความซับซ้อน

เมื่อใช้เส้นทางการนำไฟฟ้าแบบไดโอดคู่แทนการออกแบบแบบมีจุดกึ่งกลาง จะพบว่ามีแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าสูงกว่ามาก อยู่ที่ประมาณ 1.4 โวลต์ เมื่อเทียบกับเพียง 0.7 โวลต์ ส่งผลให้มีประสิทธิภาพต่ำลงในแอปพลิเคชันที่ใช้แรงดันต่ำ ซึ่งการสูญเสียพลังงานอาจอยู่ระหว่าง 5 ถึง 8 เปอร์เซ็นต์ สำหรับระบบที่จัดการกระแสไฟฟ้าเกิน 10 แอมป์ จะจำเป็นต้องใช้ฮีตซิงก์ขนาดใหญ่ขึ้น ทำให้ใช้พื้นที่บนบอร์ดมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ อาจจะต้องการพื้นที่เพิ่มขึ้นอีกราว 15 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ แม้ว่าจะมีเทคนิคจัดการความร้อนขั้นสูงหลายอย่างในปัจจุบัน การทำงานกับวงจรไดโอดทั้งสี่ตัวนี้ยังคงสร้างปัญหาให้กับช่างเทคนิคในสนามอยู่ดี การวินิจฉัยและซ่อมแซมต้องใช้เวลานานขึ้นเนื่องจากมีจำนวนชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้องมากกว่า ทำให้การแก้ไขปัญหามีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับระบบที่เรียบง่ายกว่า

คำถามที่พบบ่อย

เร็กติไฟเออร์แบบเบริดจ์คืออะไร

เร็กติไฟเออร์แบบเบริดจ์คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เปลี่ยนกระแสสลับ (AC) ให้เป็นกระแสตรง (DC) โดยใช้ไดโอดสี่ตัวที่จัดเรียงในรูปแบบเบริดจ์

ทำไมต้องใช้ไดโอดสี่ตัวในวงจรเรียงกระแสแบบเบริดจ์

ใช้ไดโอดสี่ตัวเพื่อให้วงจรเรียงกระแสสามารถแปลงคลื่นไฟฟ้า AC ทั้งหมด (ทั้งครึ่งช่วงบวกและลบ) ให้เป็น DC ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการเรียงกระแสแบบง่ายอื่นๆ

เครื่องมือที่ใช้พื้นฐานจาก SPICE คืออะไร และทำไมจึงถูกใช้งาน

เครื่องมือที่ใช้พื้นฐานจาก SPICE เช่น LTspice และ MATLAB Simulink เป็นโปรแกรมจำลองที่ใช้ในการสร้างแบบจำลองและวิเคราะห์วงจรไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้วิศวกรสามารถทำนายพฤติกรรมของวงจรภายใต้เงื่อนไขต่างๆ ก่อนจะสร้างต้นแบบจริง

วงจรเรียงกระแสแบบเฟสเดียวและสามเฟสต่างกันอย่างไร

วงจรเรียงกระแสแบบเฟสเดียวโดยทั่วไปใช้ไดโอดสี่ตัว และเหมาะสำหรับงานที่ใช้กำลังไฟต่ำ ในขณะที่วงจรเรียงกระแสสามเฟสใช้ไดโอดหกตัว และรองรับกำลังไฟที่สูงกว่า โดยให้กระแส DC ที่เรียบเนียนกว่า สำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม

ริปเปิลแฟกเตอร์คืออะไร

ริปเปิลแฟกเตอร์เป็นค่าที่ใช้วัดส่วนประกอบของกระแสสลับที่ยังคงเหลืออยู่ในกระแสตรงที่ออกมาจากวงจรเรียงกระแส ค่าริปเปิลแฟกเตอร์ที่ต่ำแสดงว่ากระแสตรงที่ได้มีความสะอาดและเสถียรมากขึ้น

โดยทั่วไปแล้ว เรกเตอร์แบบ bride ถูกนำไปใช้เพื่ออะไรบ้าง

ไดโอดสะพานถูกใช้ในแอปพลิเคชันต่าง ๆ รวมถึงแหล่งจ่ายไฟสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ระบบควบคุมมอเตอร์อุตสาหกรรม อัลเทอร์เนเตอร์ในยานยนต์ และระบบพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานหมุนเวียน