Как выбрать мостовой выпрямитель

Мостовые выпрямители присутствуют на рынке уже много десятилетий. Очень часто переход от дискретных диодов к интегральным мостовым выпрямителям является следствием необходимости компромисса между габаритами и стоимостью, или другими параметрами. В некоторых случаях компактные размеры и простота монтажа (вместо четырех компонентов на плату устанавливается всего один) являются критически важными параметрами, а в других случаях нет. Кроме того, применять интегральные мостовые выпрямители возможно только при условии, что уровень потребляемой мощности позволяет это сделать. В настоящей статье мы будем полагать, что выбор между дискретными диодами и интегральным выпрямителем сделан в пользу интегрального выпрямителя
607
В избранное

Мостовые выпрямители присутствуют на рынке уже много десятилетий. Очень часто переход от дискретных диодов к интегральным мостовым выпрямителям является следствием необходимости компромисса между габаритами и стоимостью, или другими параметрами. В некоторых случаях компактные размеры и простота монтажа (вместо четырех компонентов на плату устанавливается всего один) являются критически важными параметрами, а в других случаях нет. Кроме того, применять интегральные мостовые выпрямители возможно только при условии, что уровень потребляемой мощности позволяет это сделать. В настоящей статье мы будем полагать, что выбор между дискретными диодами и интегральным выпрямителем сделан в пользу интегрального выпрямителя.

Итак, мы решили использовать интегральный выпрямитель. Какие электрические и механические характеристики необходимо учитывать при выборе конкретной модели выпрямителя, и о каких дополнительных особенностях должен помнить разработчик? В этой статье мы определим самые важные параметры выпрямителей, рассмотрим существующие варианты и дадим некоторые рекомендации того, как следует анализировать характеристики выпрямителей, а также оценивать их качество и стоимость. В среде разработчиков широко распространены заблуждения относительно соотношения цены и качества мостовых выпрямителей. Узнав об этих заблуждениях, вы сможете повысить надежность своих устройств, не увеличивая их стоимости.

Габариты, корпус и мощность

Существуют трехфазные и однофазные мостовые выпрямители, применяемые в соответствующих приложениях. При необходимости можно использовать несколько однофазных мостовых выпрямителей в многофазном приложении. Исходными данными при выборе конкретной модели выпрямителя являются уровень требуемой мощности и площадь свободного места на печатной плате. Эти параметры будут определять габариты и корпусное исполнение выпрямителя.

Как правило, выпрямители, предназначенные для поверхностного монтажа, используются в приложениях с потребляемой мощностью до 70 Вт. Если требуется более высокая мощность, следует выбирать выводные модели с монтажом в отверстия. Выпрямители с SIP-корпусом перекрывают диапазон мощностей 70…1000 Вт.

Для устройств мощностью более 1000 Вт используют выпрямители с клеммными выводами или выпрямители, предназначенные для проводного монтажа. Выпрямители c клеммными выводами могут устанавливаться в колодки либо распаиваться на печатной плате. На рис. 1 показаны различные варианты выпрямителей, представленные на рынке.

Стандартные типы корпусов мостовых выпрямителей

Рис. 1. Стандартные типы корпусов мостовых выпрямителей

Во многих случаях для охлаждения выпрямителей недостаточно конвекции. Чтобы отвести тепло от мощных выпрямителей, их устанавливают на панели. При очень большой нагрузке используют радиаторы.

Чтобы оценить тепловое сопротивление, необходимо обратиться к документации на выпрямитель. При этом следует понимать, что единственный показатель, на который может повлиять производитель мостового выпрямителя это тепловое сопротивление переход-корпус. Разработчик должен обеспечить, чтобы в процессе работы температура кристалла не превышала максимально допустимое значение (обычно 125 °C), однако при проектировании рекомендуется создавать некоторый запас и ограничивать допустимый нагрев на уровне 100 °C. Чтобы оценить, как выпрямитель будет вести себя в конкретном приложении, можно выполнить тепловое моделирование и оценить тепловое сопротивление системы.

Очень часто производители предоставляют трехмерные модели своих интегральных выпрямителей. Это существенно упрощает конструирование устройств, создание посадочных мест и проектирование печатных плат, особенно в тех случаях, когда речь идет об уникальных корпусах, которых нет в библиотеке вашего САПР. Поскольку силовые электронные устройства работают с высокими напряжениями, то они должны соответствовать требованиям отраслевых стандартов, например, по уровню напряжения изоляции. Это же касается и составных частей электронных устройств, в частности, выпрямителей, радиаторов и т. д. Проверьте, что используемые вами компоненты соответствуют требованиям UL. Это является важным условием успешного прохождения испытаний и сертификации.

Рейтинг пускового тока

При выборе выпрямителя следует убедиться, что он способен выдерживать высокие пусковые токи. Автономным устройствам и преобразователям напряжения часто приходится иметь дело со значительными бросками тока при запуске. Это связано с наличием входных конденсаторов, которые заряжаются большим током при включении питания. Если кристалл выпрямителя имеет малый размер, или тепло от него отводится неэффективно, то он не всегда может справиться с перегревом, возникающим при первоначальном броске тока. В результате, при включении питания кристалл может быть поврежден. Поэтому при выборе выпрямителя необходимо учитывать рейтинг пускового тока и при необходимости проконсультироваться с производителем.

Недорогие выпрямители и выпрямители от малоизвестных производителей зачастую имеют меньший размер кристалла по сравнению с дорогими моделями от известных производителей. Небольшой размер кристалла является достоинством, только если речь идет о микропроцессорах или о других интегральных микросхемах со сверхбольшой степенью интеграции (VLSI), однако для силовых компонентов это скорее недостаток. Уменьшение размера кристалла выгодно для производителя, так как это позволяет ему снизить стоимость продукции. Дешевый выпрямитель может некоторое время нормально работать, однако в конечном итоге вероятность отказа для него существенно выше, чем для качественных дорогих моделей. Таким образом, выбирая выпрямитель, помните, что скупой платит дважды.

Если из-за поломки выпрямителя потребителю придется поменять блок, расположенный в труднодоступном месте, например, на крыше или на башне, тогда затраты на замену могут составить сотни (или даже тысячи) долларов. Очевидно, что в подобных случаях не стоит рисковать и экономить несколько центов на выпрямителе. На рис. 2 показаны средние диапазоны рейтингов тока для различных типов выпрямителей.

Обзор рейтингов тока для типовых мостовых выпрямителей

Рис. 2. Обзор рейтингов тока для типовых мостовых выпрямителей

Высокое качество – это норма?

Сегодня все считают, что высокое качество – это норма, однако это совсем не так. Если в 80-е и 90-е многие компании делали ставку на качество, то сейчас в отрасли царят совсем другие настроения: «Это самый дешевый компонент? Я могу получить его сегодня и начать зарабатывать деньги?»

При выборе мостового выпрямителя запрашивайте у производителя информацию о качестве и надежности, интересующего вас компонента. Если мостовой выпрямитель не может выдержать суровые квалификационные испытания и сертификацию согласно AEC-Q, или производитель не предоставляет отчет о надежности, то следует отказаться от использования такого сомнительного компонента.

Поставщики, ориентированные на качество, знают, что автомобильные стандарты задают очень высокую планку надежности. Если электронный компонент отвечает требованиям надежности автомобильных стандартов, это означает, что он, скорее всего, будет отвечать требованиям надежности большинства других стандартов. Именно поэтому производители часто сертифицируют свою продукцию в соответствии с AEC-Q. Например, компания Taiwan Semiconductor (TSC) сертифицирует все свои электронные компоненты согласно автомобильным стандартам и гарантирует уровень надежности на уровне не хуже, чем 4 отказа на миллиард. При таком уровне качества и при условии нормальных условий эксплуатации электронный компонент будет исправно работать десятилетиями.

Прямое падение напряжения и процесс обратного восстановления

После того как определена мощность, средний и пусковой ток мостового выпрямителя, следующим шагом становится определение прямого падения напряжения, требуемого в проектируемом устройстве. Кроме того, следует выяснить необходимый уровень быстродействия диодов и решить, будет ли достаточно типового времени восстановления 3 мкс (стандартное значение для мостовых выпрямителей общего назначения). Как правило, в большинстве приложений хватает быстродействия мостовых выпрямителей общего назначения. Однако в некоторых специализированных приложениях можно дополнительно повысить эффективность за счет использования быстродействующих диодов или диодов Шоттки.

Рабочее напряжение

Еще одной важной характеристикой мостового выпрямителя является рабочее напряжение. В традиционной двухполупериодной схеме выпрямления выходной конденсатор заряжается до пикового напряжения сети. Амплитудное значение можно рассчитать, умножив входное действующее напряжение на √2.

Например, для бытовой сети 230 В (ГОСТ 29322-2014 и IEC 60038:2009), амплитудное значение составит 230 В •√2 ≈ 325 В (без учета допустимого отклонения ±10 %). Данное значение обычно удваивают, чтобы обеспечить надежный запас, предполагая, что к мосту может быть приложено удвоенное пиковое напряжение 600 В (максимальное напряжение при обрыве нуля). Однако при прохождении испытаний согласно IEC вам может потребоваться еще более высокий рейтинг напряжения 800 В или 1000 В. Кроме того, в некоторых развивающихся странах параметры электросети вообще слабо нормируются (остерегайтесь экспорта в Индию!). По этой причине большой запас по напряжению может быть большим плюсом.

Последнее замечание заслуживает дополнительного рассмотрения. Сеть переменного тока и другие сети, где используются мостовые выпрямители, часто сталкиваются с переходными процессами и скачками напряжения. Во время тестирования на соответствие стандартам IEC испытуемое устройство будет целенаправленно подвергаться воздействию статических разрядов, синфазных и дифференциальных помех и т. д. Стандарт IEC 61000-4-5 предполагает подачу на вход устройства напряжений 300 В RMS и других помех.

Среди инженеров бытует ошибочное мнение, что для снижения стоимости изделий следует выбирать мостовые выпрямители с минимальным запасом по напряжению. Это распространенная ошибка. Например, на протяжении десятилетий диоды семейства 1N400X имеют одинаковые электрические характеристики (кроме номинального обратного напряжения) и примерно одинаковую низкую стоимость. С точки зрения цены не важно, выберете вы 1N4001, 1N4007 или другую модель. Так почему бы не применять во всех случаях 1N4007, даже для выпрямления напряжения на вторичной стороне низковольтного трансформатора на 24 В?

То же самое относится и к мостовым выпрямителям. Как правило, стоимость мостовых выпрямителей с более высоким рейтингом напряжения не намного отличается от более низковольтных моделей. Это объясняется достаточно просто. Дело в том, что обычно все модели мостовых выпрямителей изготавливаются из одной пластины кремния с расчетом получения самого высокого рейтинга напряжения. После изготовления изделия проходят дополнительную выборочную проверку. Если по каким-то причинам партия не соответствует требованиям, ее рейтинг напряжения понижается. Таким образом, модели с низким напряжением – это всего лишь партии, которые были отсеяны в процессе тестирования. Другими словами, мостовой выпрямитель на 50 или 100 В может фактически иметь рейтинг 800 В или даже 1000 В.

Тем не менее, некоторые производители не проводят проверки мостовых выпрямителей после производства, и указывают для них максимальный рейтинг напряжения, что приводит к потенциальным проблемам с надежностью. Клиенты могут избежать неприятных ситуаций, убедившись, что поставщик выполняет выборочное тестирование PAT (part average testing) [1].

Стандартные мостовые выпрямители имеют диапазон рабочих напряжений от 50 до 1000 В и выше. Специальные мостовые выпрямители (на диодах Шоттки, на сверхбыстрых диодах и т. д.) обычно имеют номинальное напряжение от 40 В до 1000 В. При прочих равных условиях следует выбирать мостовой выпрямитель с максимальным рабочим напряжением. Как показывает практика, из-за высокого спроса выпрямитель с более высоким рейтингом напряжения 800 В может стоить даже меньше, чем модели с напряжением 50 или 100 В. При этом ваше устройство будет иметь больший запас прочности, что позволит ему выдерживать неблагоприятные воздействия и сохранять работоспособность в течение долгого времени.

Источник:

  1. “Secrets Of The Datasheet: What Rectifier Specs Really Mean” by Jos van Loo and Kevin Parmenter, How2Power Today, September 2019.
  2. http://www.how2power.com
Производитель: Dc Components Co., Ltd
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
B6S
B6S
Dc Components Co., Ltd
Арт.: 42815 ИНФО PDF
Доступно: 56814 шт. 5,00
600 В, 0.5 А, мост
B6S 5,00 от 700 шт. 4,50 от 1440 шт. 4,40 от 3000 шт. 4,20 от 9000 шт. 4,00
55877 шт.
(на складе)
937 шт.
(под заказ)
DB102S
DB102S
Dc Components Co., Ltd
Арт.: 63669 ИНФО PDF
Доступно: 2783 шт. 7,20
BRIDGE RECTIFIER, 100V, 1A, DBS
DB102S 7,20 от 500 шт. 6,50 от 1000 шт. 6,30 от 2100 шт. 6,00 от 5550 шт. 5,70
1813 шт.
(на складе)
970 шт.
(под заказ)
DB104
DB104
Dc Components Co., Ltd
Арт.: 182938 ИНФО PDF
Доступно: 14837 шт. 4,00
Диод: 400 В, 1 А, мост
DB104 4,00 от 600 шт. 4,00 от 1200 шт. 4,00 от 2550 шт. 4,00 от 6700 шт. 4,00
13706 шт.
(на складе)
1131 шт.
(под заказ)
DB101
DB101
Dc Components Co., Ltd
Арт.: 445243 PDF
Доступно: 4189 шт. 5,80
Bridge Rectifiers 1A 50V
DB101 5,80 от 600 шт. 5,20 от 1250 шт. 5,10 от 2600 шт. 4,80 от 6850 шт. 4,60
1609 шт.
(на складе)
2580 шт.
(под заказ)
GBU8J
GBU8J
Dc Components Co., Ltd
Арт.: 538892 ИНФО PDF
Доступно: 3318 шт. 27,80
BRIDGE RECTIFIER, 8A, 600V
GBU8J 27,80 от 120 шт. 25,20 от 260 шт. 24,30 от 540 шт. 23,10 от 1420 шт. 22,00
3193 шт.
(на складе)
125 шт.
(под заказ)
Производитель: Vishay Intertechnology Inc.
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
DF06S-E3/77
DF06S-E3/77
Vishay Intertechnology Inc.
Арт.: 316910 ИНФО PDF
Поиск
предложений
BRIDGE RECTIFIER, SINGLE PHASE, 1A, 600V SURFACE MOUNT- SMD, FULL REEL
DF06S-E3/77
-
Поиск
предложений
B6S-E3/80
B6S-E3/80
Vishay Intertechnology Inc.
Арт.: 445065 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Bridge Rectifiers 0.5 Amp 600 Volt
B6S-E3/80
-
Поиск
предложений
Производитель: On Semiconductor
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
GBPC3508
GBPC3508
On Semiconductor
Арт.: 362370 ИНФО PDF
Поиск
предложений
BRIDGE RECTIFIER, SINGLE PHASE, 35A, 800V QC
GBPC3508
-
Поиск
предложений
Производитель: Eic Semiconductor Inc
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
2KBP10
2KBP10
Eic Semiconductor Inc
Арт.: 365895
Доступно: 1508 шт. 21,80
2KBP10 21,80 от 159 шт. 19,80 от 330 шт. 19,10 от 692 шт. 18,10 от 2000 шт. 17,20
1477 шт.
(на складе)
31 шт.
(под заказ)
Производитель: YANGZHOU YANGJIE ELECTRONIC CO., LTD.
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
DB107S
DB107S
YANGZHOU YANGJIE ELECTRONIC CO., LTD.
Арт.: 1107547 ИНФО PDF
Доступно: 94323 шт. 5,40
BRIDGE RECTIFIER, 1000V, 1A, DBS
DB107S 5,40 от 650 шт. 4,90 от 1300 шт. 4,80 от 2750 шт. 4,50 от 7300 шт. 4,30
15459 шт.
(на складе)
78864 шт.
(под заказ)
KBPC1501
KBPC1501
YANGZHOU YANGJIE ELECTRONIC CO., LTD.
Арт.: 1927192 ИНФО PDF
Доступно: 287 шт. 28,10
DIODE, BRIDGE RECT, 1-PH, 100V, MODULE
KBPC1501 28,10 от 62 шт. 28,10 от 127 шт. 28,10 от 267 шт. 28,10 от 800 шт. 28,10
117 шт.
(на складе)
170 шт.
(под заказ)
Производитель: DIODES ZETEX
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
KBP208G
KBP208G
DIODES ZETEX
Арт.: 1184137 ИНФО PDF
Поиск
предложений
BRIDGE RECTIFIER, 800V, 2A, KBP
KBP208G
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()