Ko'prik to'g'rilagichlar nima va ular qanday ishlaydi?

Ko'prik to'g'rilagichlarning ta'rifi va asosiy funksiyasi

Aslida ko'prik to'g'rilagich to'rtta diametrdan tashkil topgan bo'lib, alternativ tokni to'la to'lqinli to'g'rilash deb ataladigan jarayon orqali o'zgarmas tokka aylantiradi. Ular faqat bir qismidan foydalanadigan yarim to'lqinli modellar bilan farqlanadi, chunki ular AC signallarning ikkala tomonidan ham foydalanadi, bu esa energiya sarfini kamaytiradi va umumiy samaradorligini taxminan ikki baravar oshiradi. Bu komponentlarning jismoniy ravishada ko'prik shaklida joylashtirilishi maxsus markaziy urilgan transformatorlarga ehtiyoj yo'qligini anglatadi, bu esa qimmatga tushadi. Bu oddiy quvvat manbalaridagi qismlar uchun xarajatlarni tejab, loyihaning xususiyatlariga qaramay taxminan 30% ni tejash imkonini beradi. Eng muhimi, ushbu sozlamada kirish ulanishi tasodifan teskari bo'linganda ham elektr doim bir yo'nalishda oqib turaveradi.

Zamonaviy quvvat elektronikasida ko'prik to'g'rilagichlarning roli

Ko'prikli to'g'ritgichlar sovun chiqishlardan oqim olib, kundalik foydalanadigan telefonlarimiz va aqlli uy qurilmalarimiz kabi barcha o'zgarmas tok (DC) qurilmalarga ulanishda muhim rol o'ynaydi. Ushbu komponentlar ko'pincha elektr energiyasini samarali tarzda o'zgartirishda yordam beradigan, issiqlik ajralishini esa kamaytiradigan o'zgaruvchan rejimli quvvat manbalarining boshlang'ich nuqtasi hisoblanadi. 2023-yildagi ba'zi so'rov ma'lumotlariga ko'ra, 100 vatt ostidagi kichik adapterlarning taxminan sakkiztasida (8 ta) shunchaki ko'prikli to'g'ritgichlar mavjud, chunki ular jismoniy o'lchamlar, ishlab chiqarish xarajatlari hamda odatda 85% dan biroz yuqori bo'lgan 90% gacha bo'lgan o'zgartirish tezligi o'rtasida muvozanatni saqlaydi. Ularni nima uchun shunchalik keng qo'llashadi? Aslida, ular transformatorlarga ehtiyoj sezmaydi, ya'ni ishlab chiqaruvchilar unumdorlikdan juda ko'p voz kechmasdan kichikroq zaryad qurilmalari yaratishlari mumkin. Shuning uchun ham zamonaviy texnologiyamiz har yili yanada maydaroq bo'lib bormoqda.

To'liq to'lqinli to'g'rilash jarayoni: O'zgaruvchan tokni doimiy tokka aylantirishning soddalashtirilgan tushuntirilishi

To'rt diodli ko'prik ikki bosqichda ishlaydi:

• Musbat yarim tsikl: D1 va D3 diametrlari o'tkazuvchan bo'lib, to'g'ri tok yo'nalishini yaratadi
• Manfiy yarim tsikl: D2 va D4 diametrlari ishga tushadi, chiqish polarligini saqlab turadi

Bu ikki yo'nalishli ishlash 60 Gts AC kirishni 120 Gts pulsatsiyalangan DC ga aylantiradi, bu kondensatorlar tomonidan barqaror kuchlanish reykalarga silliq sifatda aylantiriladi. Muhandislar bir xil transformator xususiyatlari uchun yarim to'lqinli alternativ usullarga nisbatan bu usulni afzal ko'radilar, chunki u g'ildirak amplitudasini 50% kamaytiradi va samarali chiqish kuchlanishini ikki marta oshiradi.

Ko'prikli to'g'rilagichlarda ichki elektr sxemasi va diametr ishlashi

Ko'prikli to'g'rilagich sxemalaridagi to'rt diametrli konfiguratsiya va komponentlar joylashuvi

Ko'prikli to'g'rilagichlar markaziy ulanmagan transformator talab qilmasdan to'liq to'lqinli to'g'rilashni ta'minlash uchun to'rtta diametrli tartibdan foydalanadi. Ushbu konfiguratsiyada:

• AC kirishning musbat yarim tsikli davrida ikkita diametr o'tkazuvchan bo'ladi (odatda D1 va D3)
• Qolgan ikkitasi manfiy yarim tsikl davrida faollashadi (D2 va D4)

Ushbu tartib kuchlanishning o'zgaruvchan polaryati qanday bo'lishidan qat'i nazar, yuk orqali tokni bir yo'nalishda o'tkazishini ta'minlaydi. Zamonaviy dizaynlar elektromagnit to'siq (EMI) va issiqlik to'planishini kamaytirish, shu bilan birga yuqori chastotali qo'llanmalarda ishonchlilarni oshirish maqsadida komponentlar orasidagi masofani optimallashtiradi.

O'zgaruvchan tok kirishining musbat va manfiy yarim davrlarida tok oqimi

Musbat yarim davr davomida nima sodir bo'lishini ko'rib chiqsak, kiruvchi kuchlanish D1 va D3 diodlar orqali elektr o'tkazishga olib keladi. Bu oqim uchun AC manba o'tkazgich terminalidan yuk orqali o'tib, neytralga qaytish uchun aniq yo'l yaratadi. Endi manfiy yarim davr boshlanganda, hamma narsa to'liq o'zgaradi. Polaryatsiyaning teskari bo'lishi o'rniga D2 va D4 diodlarini ishga tushiradi. Yo'nalish o'zgargan bo'lsada, tok avvalgidek aynan bir xil usulda yuk orqali o'taveradi. Butun uskuna shu jihatdan samarali, chunki bu tashqi oddiy yarim to'lqinli to'g'rilagichlarga qaraganda chiqish chastotasini aslida ikki marta oshiradi. Va aynan shu ikkilantirish ta'siri tufayli qo'shimcha filtrlash amalga oshirilishidan oldin ham signaldagi to'lqin sezilarli darajada kamayadi.

Kuchlanish tushishiga e'tibor: Kremniyli diodlar vs. Shottki diodlari

Oddiy silikon diodlar odatda har birida taxminan 0.7 volt pasayish hosil qiladi, shu sababli ham to'rtburchak sxemada ishlatilganda ular jami 1,4 voltgacha bo'lgan kuchlanishni 'yeydi'. Bu esa aksariyatimiz ko'p uchratadigan past kuchlanishli tizimlarda chiqish kuchlanishining 5 dan 10 foizgacha pasayishiga olib keladi. Shottki diodlari esa har bir dioddagi pasayish faqat taxminan 0,3 voltga teng bo'lgani uchun, oraliqda umumiy 0,6 voltgina bo'ladi va o'tkazuvchanlik yo'qotishlarini taxminan 60% ga kamaytiradi. Shu sababli ham har bir milliamp hisobga olinadigan batareyka bilan ishlaydigan qurilmalarda ko'plab dizaynerlar aynan shularga afzallik beradi. Lekin e'tibor berish lozim bo'lgan noqulay tomoni ham bor. Ushbu Shottkilar teskari tokni nisbatan yaxshi o'tkazadi, ba'zan xona haroratida ham 5 mA gacha bo'lishi mumkin. Shu sababli ham muhandislar aksari teskari tokni boshqarish eng muhim bo'lgan aniqlik talab etiladigan analog ishlarda ulardan foydalanishdan voz kechadi.

Chiqishni silliq qilish: Doimiy tokdagi to'lqinlarni filtrlash

Pulsatsiyalangan doimiy tokni tushunish va to'lqinlarni kamaytirish zarurligi

Ko'prik to'g'rilagichlar qoldiq g'ildirak kuchlanishi bilan pulsatsiyalangan o'zgarmas tok hosil qiladi, odatda bir fazali to'liq to'lqinli sxemalarda 100 Gts bo'ladi. Bu raqamli sxemalar va dvigatel boshqaruvlari bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin. Nominal kuchlanishning 5% dan ortiq bo'lgan g'ildirak o'zgarishi kalitlash quvvati manbalarida komponent xizmat muddatini 23% ga kamaytiradi (IEEE Power Electronics Society 2023), shu sababli nozik elektronikalar uchun filtrlash zarurdir.

Kondensatorli Filtrlash: Kuchlanishni Siljitish Uchun Roli va Integratsiyasi

Siljituvchi kondensatorlar zaryad-chiqish tsikllari orqali g'ildiraklarni kamaytiradi:

• AC to'lqin shaklining cho'qqilarida energiyani saqlash
• Kuchlanish tushayotgan paytlarda saqlangan tokni chiqarish
• G'ildirak amplitudasini 60–80% gacha kamaytirish

To'g'rilagich bosqichidan keyin o'rnatilgan elektrolit kondensatorlar yuqori sig'ish zichligi (1–10,000 µF) tufayli hukmronlik qiladi. Keramik namunalar aralash arxitekturalarda yuqori chastotali shovqinni so'ndirish uchun ularni qo'llab-quvvatlaydi.

Samolyotli G'ildirakni Bosish Uchun Optimal Sig'imni Hisoblash

Minimal sig'imni aniqlash uchun ushbu formuladan foydalaning:

C = I_load / (f_ripple – V_ripple(max))  

Erga:

• I_load = Maksimal yuklanish toki (A)
• f_ripple = To'lqin chastotasi (bir fazali to'liq to'lqin uchun 100 Gts)
• V_ripple(max) = Qabul qilinadigan cho'qqidan-cho'qqigacha bo'lgan to'lqin kuchlanishi (V)

100 Gts chastotali 2A yuklanish uchun maksimal 500 mV to'lqin bo'lganda:
C = 2 / (100 – 0.5) = 40,000 µF

Kondensatorning yoshlanishini va harorat ta'sirini kompensatsiya qilish uchun 20–30% ga kattaroq o'lcham tanlash kerak.

Ko'prikli to'g'rilagich turlari va ularning samaradorlik afzalliklari

Odatdagi turlari: Oddiy kremniy, Shottki, SCR asosidagi va Sinxron to'g'rilagichlar

Ko'prikli to'g'ritgichlar bugungi kunda turlicha sohalarda qo'llaniladigan, eng muhim samaradorlikka ega bo'lgan to'rt asosiy turga ega. Kremniy diodlardan tayyorlangan standart namunalar hali ham ommabop, chunki ular AC ni DC ga maqbul narxda aylantiradi. Har bir volt muhim bo'lgan vaziyatlarda shottki diodli versiyalar ulanishlari orqali kamroq kuchlanish pasayishini ta'minlaydi. Ushbu turlar quyosh paneli zaryad boshqaruvchilari kabi mayda farqlar katta ahamiyat kasb etadigan qurilmalarda ko'proq uchraydi. Shuningdek, sanoat motorlarini aniq boshqarish imkonini beradigan SCR asosidagi modellar ham mavjud, garchi ularni to'g'ri ishlash uchun kerak bo'ladigan murakkab triger sxemalari bilan ishlash hech kimga yoqmasa ham. Oxirgi navbatda, MOSFETlar bilan aqlli boshqaruv qurilmalarni juftlashtirgan sinxron to'g'ritgich dizaynlari mavjud. Ular yuqori chastotali quvvat manbalarida o'tkazuvchanlik yo'qotishlarini taxminan 40% ga kamaytirishi mumkin, bu esa dastlabki narx yuqori bo'lishiga qaramay, ularni yanada jozibador qilmoqda.

Ishlash taqqoslashi: Turli diod texnologiyalarining samaradorligi va qo'llanilishi

2023-yildagi to'g'rilagich samaradorligi bo'yicha o'tkazilgan tadqiqot turli xil savdoviy jihatlarni aniqladi:

Texnologiya	Samaradorlik doirasi	Ideal Foydalanish Holati
Kremniy diodi	80–85%	Lineyniy elektr ta'minoti
Shottki	88–92%	Past kuchlanishli DC/DC konvertorlar
SCR asosidagi	75–82%	Faza boshqaruvli dvigatellar
Sinxron (MOSFET)	94–97%	Server PSUlar, EV zaryad qurilmalari

50V dan pastda tez tiklanish vaqti (10ns) tufayli Shottki to'g'ri lagichlari hukmronlik qiladi, shu tarzda SCR variantlari 100–500A sanoat tartibga solishda a'lo bajariladi.

MOSFET va Sinxron To'g'ri Lagich Dizaynlari Foydalaniladigan Yuqori Samaradorlikdagi Qo'llanmalar

So'nggi davrning most to'g'ri o'tkazgich texnologiyasi Galliy nitrid MOSFETlarni joriy etishni boshladi, bu esa aloqa quvvat tizimlarining samaradorligini taxminan 99% ga yaqin darajada oshiradi. Bu ajoyib ko'rsatkich 1 MHz dan yuqori chastotalarda ishlaganda noqulay bo'lgan kalitlanish yo'qotishlarini sezilarli darajada kamaytirish orqali erishiladi. Avtomobil sohasidagi dasturlarga kelsak, sinxron topologik yechimlardan foydalangan zaryad qurilmalari eski diodli bloklar usuliga nisbatan issiqquv (issiqlik) ta'sirini taxminan 30% ga kamaytiradi. Elektr transport vositalarida yaqinda o'tkazilgan keng ko'lamli sinovlar shuni tasdiqladi. Shamol generatorlari uchun muhandislar kremniy karbiddan tayyorlangan diodlar bilan IGBT kalitlarini aralashtirgan g'ildirama yechimlarni sinab ko'ryaptilar. Ushbu kombinatsiya 3 kV kuchlanish va 100 A tok sharoitlarida qiyin vazifalarni bajarish jarayonida to'g'ri o'tkazish operatsiyalarida maksimal samaradorlikni taxminan 2% ga yaxshilashni ko'rsatdi. Har bir foiz ham umumiy tizim samaradorligiga ta'sir qiladigan qayta tiklanuvchi energiya sohasida bunday yaxshilanishlar juda muhim.

Ko'prik to'g'rilagichlarning qo'llanilishi va amaliy ishlash ko'rsatkichlari

Quvvat manbalarida, dvigatellar boshqaruvlarida va sanoat tizimlarida asosiy qo'llanilishi

Ko'prikli to'g'ritlagichlar zamonaviy elektr tizimlarida muhim rol o'ynaydi. Ushbu qurilmalar o'zgaruvchan tokni doimiy tokka aylantiradi va bu jarayon benihoya samaradorlik bilan amalga oshiriladi, shu sababli ham ular kompyuter quvvat manbalarida shunchalik muhim. Ularsiz nozik plataga barqaror bo'lmagan kuchlanish tebranishlari yetib borardi va bu qattiq diskdan boshlab asosiy plata gacha barcha narsalarga zarar yetkazishi mumkin. Sanoat sohasida ishlab chiqaruvchilar motorlarning aylanish tezligi va yaratadigan kuchini boshqarishda ko'prikli to'g'ritlagichlardan foydalanadi. Ularni zavodlarda ham har tomonlama uchratamiz — payvandlash apparatlari, avtomatlashtirilgan montaj liniyalari ulardan quvvat olib ishlaydi. Elektr uzilishlarga umuman yo'l qo'ymasligi kerak bo'lgan kasalxonalarda yoki server fermalarda esa uzilmas quvvat manbailari (UPS) tarmoqdagi uzilishlar sodir bo'lganda tashqi elektr ta'minoti bilan zaxira generatorlari orasida hech qanday uzilishsiz o'tish uchun aynan shu komponentlarga tayanadi. Bu silliq o'tish hayotni saqlaydigan uskunalarning ishlashini ta'minlaydi va ma'lumotlarning yo'qolishini oldini oladi.

Yarim to'lqinli va markaziy chiqishli to'liq to'lqinli to'g'ritlagichlarga nisbatan afzalliklari

Köprü to'g'rilagichlar yarim to'lqinli to'g'rilagichlardan farq qiladi, chunki ular asosan o'zgaruvchan tok signallarining yarmidan voz kechadi yoki maxsus transformatorlarga ehtiyoj sentsr ta'minlovchi modellardan. Köprü to'g'rilagichlar bilan istalgan elektronika do'konida topish mumkin bo'lgan oddiy komponentlardan foydalanib butun to'lqinli o'zgartirishga erishamiz. Endi sentsr ulanishlarga ehtiyoj yo'q, shu tufayli tizimlarni yig'ish osonroq bo'lib, aksariyat quvvat qo'llanmalarida xarajatlarni taxminan 30% ga kamaytiradi. Yana bir katta afzallik - ikkita diodli sozlamalarga nisbatan teskari maksimal kuchlanish ta'siri deyarli yarmiga kamaytiriladi. Bu ishonchlilik juda muhim bo'lgan elektr transport vositasini zaryadlash stansiyalari kabi qattiq sharoitlarda qismlarning umri uzayishini anglatadi.

Amaliy quvvatni o'zgartirish sharoitida samaradorlik va ishonchlilikni o'lchash

Ishlamani baholashda muhandislar tizimning to'lqinlarni qanchalik yaxshi yo'qotayotganini tekshiradi, odatda yaxshi sozlanmalarda 5% dan kam bo'lishini nazarda tutadi, shuningdek, yuk ko'payganda issiq barqarorlikni tekshiradi. Juda samarali bo'lishi kerak bo'lgan MOSFET asosidagi dizaynlarda, yuk banki sinovlari ular haqiqatan ham 95% dan yuqori ko'rsatkichlarga erishganligini tasdiqlashga yordam beradi. Komponentlar yuqori chastotalarda ishlaganda issiqlikni o'lchash ayniqsa muhim, chunki bu issiq nuqtalarga olib keladi va ular e'tiborga olinishi kerak. Sanoat darajasidagi uskunalar almashtirish kerak bo'lguncha juda uzoq muddat ishlaydi, odatda nosozliklar orasidagi o'rtacha vaqt 100 ming soatdan ortiq bo'ladi. Bunday ishonchlilik telekommunikatsiya infratuzilmasi yoki doimiy ishlash eng muhim bo'lgan quyosh elektr stansiyalari kabi to'xtab turish imkoniyati bo'lmagan joylarda uskunalar nima uchun yaxshi ishlashini tushuntiradi.

Ko'p beriladigan savollar

Ko'prikli to'g'rilagich nima uchun ishlatiladi?

Ko'prikli to'g'rituvchi o'zgaruvchan tokni (AC) doimiy tokga (DC) aylantirish uchun ishlatiladi va quvvat manbalari, dvigatellar haydovchilari hamda elektron qurilmalarda barqaror va samarali quvvat o'zgartirishni ta'minlash uchun keng qo'llaniladi.

Nima uchun ko'prikli to'g'rituvchi yarim to'lqinli to'g'rituvchidan samaraliroq?

Ko'prikli to'g'rituvchi yarim to'lqinli to'g'rituvchiga qaraganda samaraliroq, chunki u AC tsiklining ikkala yarmidan foydalanadi, energiya sarfini kamaytiradi, samaradorlikni ikki marta oshiradi va markaziy uzatmali transformatorlarga ehtiyojni bekor qiladi.

Ko'prikli to'g'rituvchilarda Shottki diametrlaridan foydalanishning afzalliklari qanday?

Ko'prikli to'g'rituvchilardagi Shottki diodlari quvvat yo'qotishini kamaytiradigan pastroq kuchlanish tushishi bilan ta'minlaydi va har bir vatt muhim bo'lgan past kuchlanishdagi qo'llanmalarda samaradorlikni oshiradi.

Kondensatorli filtrlash ko'prikli to'g'rituvchi sxemalarida qanday ishlaydi?

Ko'prikli to'g'rituvchi sxemalaridagi kondensatorli filtrlash o'zgaruvchan tok to'lqinining cho'qqisida energiyani saqlab, kuchlanish botig'ida esa uni chiqarish orqali amalga oshiriladi, bu esa to'lqinlarning amplitudasini kamaytiradi va silliq doimiy tok chiqishini ta'minlaydi.

Zamonaviy orali to'g'rilagich dizaynlarida MOSFETlarning roli qanday?

Zamonaviy orali to'g'rilagich dizaynlaridagi MOSFETlar o'tkazish yo'qotishlarini kamaytirish va yuqori chastotali dasturlarda ishlashni yaxshilash orqali samaradorlikni oshiradi, bu esa kompakt va energiya samaradorligi yuqori bo'lgan elektron tizimlar uchun foydali.