Ch4 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น

LOGO รหัสวิชา 353152 วงจรอิเล็กทรอนิกส์ 1

วงจรเรียงกระแส[Rectifier Circuit]

1

บทท่ี 3(Full Wave Rectifier)


• Complete power supply with transformer, rectifier, filter, and regulator

2


• วงจรท่ีท ำหนำ้ท่ีเปล่ียนไฟฟ้ำกระแสสลบัใหเ้ป็นไฟฟ้ำกระแสตรง มี 2 ชนิดคือ– 1.วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืน (Half Wave Rectifier)

– 2.วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลืน่ (Full Wave Rectifier)• แบบใชห้มอ้แปลงแทบกลำง (Center tab)• แบบบริดจ ์(Bridge)

3

4

วงจรเรียงกระแสแบบเตม็คล่ืน (Full Wave Rectifier)

วงจรเรียงกระแสเตม็คล่ืน (Full Wave Rectifier) เป็นวงจรท่ีนิยมใชก้นัมำกในกำรแปลงไฟฟ้ำกระแสสลบัเป็นไฟฟ้ำกระแสตรง เพื่อใชก้บัแหล่งจ่ำยไฟฟ้ำกระแสตรง มีทั้งวงจรท่ีใชไ้ดโอดต่อแบบเต็มคล่ืนกบัหมอ้แปลงมีแทบและวงจรเรียงกระแสแบบเตม็คล่ืนท่ีต่อไดโอดแบบบริดจ์

𝑉𝐴𝑉𝐺 =2𝑉𝑝𝜋

= 0.636𝑉𝑝

เม่ือคิดเเ น็ ร อ้ อ ้ะ 𝑉𝐴𝑉𝐺จะไดเอ 63.7% ของ 𝑉𝑝 ส ำห้ับวงจ้เ้ี งก้ะแสแบบเตนมคลื่ร

Find the average value of the full-wave rectified voltage in Figure

5

𝑉𝐴𝑉𝐺 =2𝑉𝑝

𝜋= 0.636𝑉𝑝 = 0.636(15) = 9.55𝑉

VAVG คิดเเ น็ ร 63.7% ของ 𝑉𝑝.Find the average value of the full-wave rectified voltage if its peak is 155 V.

6

วงจรเรียงกระแสแบบเตม็คล่ืนท่ีใชห้มอ้แปลงมีแทบ Center-Tapped Full-Wave Rectifier Operation

วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืนท่ีใชห้มอ้แปลงมีแทบ จะใชไ้ดโอด 2 ตวั เช่ือมต่อกบั หมอ้แปลงมีแทบท่ีขั้วฝังทุติยภูมิดงัภำพแรงดนัท่ีไดจ้ำกหมอ้แปลงมีแทบ จะมีค่ำเป็นคร่ึงหน่ึงของแรงดงัรวมทั้งหมดท่ีวดัจำกขดลวดทุติยภมิู โดยแบ่งคร่ึงตรงกลำงของขดลวดดงัภำพ

จำกขอ้เสียของวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืน สำมำรถแกไ้ขปัญหำโดยกำรใชว้งจรท่ีเรียกวำ่ วงจรเรียงกระแบบเตม็คล่ืนวงจรเรียงกระแสแบบน้ีจะใชไ้ดโอดอยำ่งนอ้ย 2 ตวัต่ออยูใ่นวงจรเพื่อจะท ำใหไ้ดโอดสำมำรถน ำกระแสในแต่ละคร่ึงไซเคิลของกระแสสลบั ไดโอดทั้งสองจึงท ำหนำ้ท่ีเป็นตวัจ่ำย กระแสใหก้บัควำมตำ้นโหลดตวัละคร่ึงไซเคิลแต่ตอ้งจ่ำยใหทิ้ศทำงเดียวกนั ดงันั้นวงจรจึงสำมำรถ จ่ำยไฟกระแสตรงไดต้รงกวำ่แบบคร่ึงคล่ืน

7


During positive half-cycles, D1 is forward-biased and D2 is reverse-biased

During negative half-cycles, D2 is forward-biased and D1 is reverse-biased.

ถำ้หมอ้แปลงมีอตัรำส่วนจ ำนวนรอบเท่ำกบั 1 หมำยควำมวำ่ ถำ้มีแรงดนัขำเขำ้ท่ีขด ปฐมภูมิมีค่ำสูงสุดเท่ำกบั 𝑉𝑝(𝑝𝑟𝑖)แรงดนัขำออกท่ีขดทุติยภูมิ คร่ึงหน่ึง เม่ือวดัระหวำ่งขำแอโนดของไดโอดกบัจุดแทบ(CT)จะมีค่ำเท่ำกบัคร่ึงหน่ึงของแรงดนัขำเขำ้ คือ เท่ำกบั 𝑉𝑝(𝑝𝑟𝑖)

2ในท ำนองเดียวกนัแรงดนัอีกคร่ึงคล่ืนทำงลบของทุติยภูมิจะมีค่ำเท่ำกบั −

𝑉𝑝(𝑝𝑟𝑖)

2เม่ือพิจำรณำแรงดนัท่ีตกคร่อมไดโอด

ขณะท่ีน ำกระแส (𝑉𝐷𝑖𝑜𝑑𝑒 หรือ 𝑉𝐷) จะไดว้ำ่ แรงดนัแบบเตม็คล่ืนสูงสุดท่ีตกคร่อมโหลด เท่ำกบั

𝑉𝑜𝑢𝑡 =𝑉𝑝(𝑝𝑟𝑖)

2− 𝑉𝐷 ≡

8


ผลของอตัราส่วนจ านวนรอบกบัแรงดนัขาออกแบบเตม็คลืน่ (Effect of the Turns Ratio on the Output Voltage)

9


แรงดันสูงสุดด้านกลับ (Peak Inverse Voltage)

แรงดนัสูงสุดดำ้นกลบั เป็นค่ำแรงดนัยอ้นกลบัสูงสุดท่ีตกคร่อมไดโอดขณะท่ีไดรั้บไบอสักลบั ไดโอดท่ีใชจ้ะตอ้งมี แรงดนัพงัทลำย (Breakdown) สูงกวำ่ 2เทำ่ของแ้งดเรัสงูสดุเดเอำรกลบั (PIV)

10


แรงดันสูงสุดด้านกลับ (Peak Inverse Voltage)

𝑃𝐼𝑉 =𝑉𝑝(𝑠𝑒𝑐)

2− 0.7𝑉 − −

𝑉𝑝(𝑠𝑒𝑐)

2

=𝑉𝑝(𝑠𝑒𝑐)

2+


2− 0.7𝑉

= 𝑉𝑝(𝑠𝑒𝑐) − 0.7𝑉จะไดเอ

𝑃𝐼𝑉 = 2𝑉𝑝(𝑜𝑢𝑡) + 1.4𝑉 − 0.7𝑉

ดเงัรัร้

𝑃𝐼𝑉 = 2𝑉𝑝(𝑜𝑢𝑡) + 0.7𝑉

จำก 𝑉𝑝(𝑜𝑢𝑡) =𝑉𝑝(𝑠𝑒𝑐)

2− 0.7𝑉

หำ 𝑉𝑝(𝑠𝑒𝑐)โดเ อำ สมกำ้𝑉𝑝(𝑜𝑢𝑡) + 0.7𝑉 =


2

จะไดเอ 𝑉𝑝(𝑠𝑒𝑐) = 2 𝑉𝑝(𝑜𝑢𝑡) + 0.7𝑉

𝑉𝑝(𝑠𝑒𝑐) = 2𝑉𝑝(𝑜𝑢𝑡) + 1.4𝑉

(a) Show the voltage waveforms across each half of the secondary winding and across RL when a 100 V peak sine wave is applied to the primary winding in Figure

(b) What minimum PIV rating must the diodes have?

11


EXAMPLE

(a) transformer turns ration =𝑁2

𝑁1=

1

2= 0.5

𝑉𝑝(𝑠𝑒𝑐) = 𝑛𝑉𝑝(𝑝𝑟𝑖) = 0.5 100 = 50𝑉

(b)

𝑉𝑝(𝑜𝑢𝑡) =𝑉𝑝(𝑠𝑒𝑐)

2− 0.7𝑉 =

50

2− 0.7𝑉 = 24.3𝑉

𝑃𝐼𝑉 = 2𝑉𝑝(𝑜𝑢𝑡) + 0.7𝑉 = 2 24.3 + 0.7 = 49.3 𝑉

12

วงจรเรียงกระแสแบบเตม็คล่ืนแบบบริดจ ์(Bridge)Bridge Full-Wave Rectifier Operation

วงจรเรียงกระแสเต็มคล่ืนแบบบริดจ์เป็นวงจรท่ีแกไ้ขจุดอ่อนของวงจรเรียงกระแสเต็มคล่ืนแบบใชห้มอ้แปลงท่ีมีเซ็นเตอร์แทบซ่ึงมีรำคำแพง ไดโอดจะน ำกระแสคร้ังละตวัท ำให้ท ำงำนหนัก ส่วนวงจรเรียงกระแสเต็มคล่ืนแบบบริดจ์ ไม่จ ำเป็นตอ้งใชห้มอ้แปลงเซ็นเตอร์แทบท ำให้ประหยดัข้ึนและไดโอดจะน ำกระแสคร้ังละ 2 ตวั ท ำใหไ้ดโอดทนแรงดนัสูงข้ึน เอำทพ์ุทของวงจร ตลอดจนรูปร่ำงจะมีลกัษณะเหมือนกบัวงจรเรียงกระแสเตม็คล่ืนทุกอยำ่ง

Full-Wave Rectification

• By considering one period of a sinusoidal input :

– Positive-half cycle

– Negative-half cycle


• Positive-half cycle of a sinusoidal input :


• Negative-half cycle of a sinusoidal input :

-

+

- -

- -

+ +

+

on

on

off

off

+

• An average dc level is

-

+

0.636dc mV V=

Practical output waveform of Full-Wave Rectification

• The output signal is shown as

• The accurate average dc of full-wave rectified output thus is

( )0.636 2dc m KV V V= -

18

วงจรเรียงกระแสแบบเตม็คล่ืนแบบบริดจ ์(Bridge)Bridge Full-Wave Rectifier Operation

+

–

+

–

F

Vin

D3

D4

D1

D2RL Vout

+

–0

I

Conduction path for the positive half-cycle.

–

+

–

+

F

Vin

D3

D4

D1

D2RL Vout

+

–0

I

Conduction path for the negative half-cycle.

วงจรเ รียงกระแสเต็มคล่ืนแบบบริดจ์มีลักษณะเหมือนวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืน เพรำะแรงดนัเอำทพ์ุทท่ีไดเ้ป็นแบบเตม็คล่ืน ขอ้แตกต่ำงระหว่ำงกำรเรียงกระแสเตม็คล่ืนแบบบริดจ์และแบบเต็มคล่ืนธรรมดำ ต่ำงกนัตรงกำรต่อวงจรไดโอด แบบเตม็คล่ืนจะใชไ้ดโอด 2 ตวั แบบบริดจจ์ะใชไ้ดโอด 4 ตวั และหม้อแปลงไฟฟ้ำท่ีใช้ก็แตกต่ำงกัน แบบเต็มคล่ืนธรรมดำใช้หม้อแปลงมีแทบกลำง (Center Trap, CT) มี 3 ขั้ว แบบบริดจ์ใชห้มอ้แปลง 2 ขั้วหรือ 3 ขั้วกไ็ด

สรุป

Vp : peak of the AC input voltage,

VD : diode barrier voltage.

In the center tapped transformer rectifier circuit, the peak AC voltage is the transformer secondary voltage to

the tap.

Rectifier Ideal VDC Realistic VDC

Half Wave Rectifier VDC = 0.318Vp VDC = 0.318(Vp – VD)

Bridge Rectifier VDC = 0.636Vp VDC = 0.636(Vp – 2VD)

Center-Tapped Transformer Rectifier VDC = 0.636Vp VDC = 0.636(Vp – VD)

20

21

22

กำรบำ้น จงท ำใส่กระดำษขนำด A4 ส่งก่อนเรียน1. จงค ำนวณหำค่ำเฉล่ียของรูปคล่ืนสัญญำณต่อไปน้ี

23

2.จำกวงจรท่ี 2-96 จงตอบค ำถำมต่อไปน้ี2.1 วงจรดงัรูปน้ีคือวงจรชนิดใด2.2 แรงดนัสูงสุดรวมท่ีขดลวดทุติยภูมิมีค่ำเท่ำไร2.3 แรงดนัสูงสุดท่ีตกคร่อมขดลวดหมอ้แปลงคร่ึงหน่ึงของขดลวดทุติยภูมิมีค่ำเท่ำไร2.4 จงวำดรูปคล่ืนแรงดนัท่ีตกคร่อมภำระ2.5 กระแสสูงสุดท่ีไหลผำ่นไดโอดมีค่ำเท่ำไรและมีควำมถ่ีเอำตพ์ุตเท่ำไร2.6 ค่ำ PIV ของไดโอดมีค่ำเท่ำไร

3.ค ำนวณหำค่ำแรงดนัสูงสุดท่ีขำแอโนดของไดโอด D1 เม่ือเทียบกบักรำวด ์ถำ้ภำระมีแรงดนัท่ีไดจ้ำกวงจรเรียงกระแสเตม็คล่ืนแบบหมอ้แปลง มีแทปกลำง มีค่ำเฉล่ียเท่ำกบั 120 Vrms4. ถำ้ตอ้งกำรสญัญำณเอำตพ์ุตทำงลบ จะท ำต่อวงจรอยำ่งไร จงวำดวงจรเรียงกระแสแบบเตม็คล่ืนในทำงลบอยำ่งสมบูรณ์

กำรบำ้น วงจรเรียงกระแสเต็มคล่ืนแบบหมอ้แปลงมีแทปกลำง

220 Vrms 60Hz

กำรบำ้น วงจรเรียงกระแสแบบเตม็คล่ืนบริดจ์

24

5. จำกวงจรเรียงกระแสเตม็คล่ืนแบบไดโอดบริดจจ์งค ำนวณหำค่ำ PIV ของไดโอด ถำ้ค่ำแรงดนัเฉล่ียของวงจรเรียงกระแสใหมี้ค่ำ 50V6. ค่ำแรงดนัใชง้ำนเอำตพ์ุตของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจมี์ค่ำ 20 โวลต์ PIV ของไดโอดในวงจรมีค่ำเท่ำไร7. จงวำดรูปคล่ืนแรงดนัเอำตพ์ุตของวงจรเรียงกระแสเตม็คล่ืนแบบบริดจแ์ละค ำนวณหำควำมถ่ีท่ีเอำตพ์ุต

220 Vrms 60Hz

Vout

Education

Ch4 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น