Spis treści:
Viele netzbetriebene Geräte verwenden Wechselstrom (AC), aber LED-Lampen und batteriebetriebene Elektronik benötigen zum Beispiel Gleichstrom (DC). Die Stromumwandlung ermöglicht es uns, die gelieferte Energie an die Bedürfnisse eines bestimmten Geräts anzupassen. Eine Möglichkeit, dies zu tun, bietet ein Graetz-Brückengleichrichter.
Was ist eine Graetz-Schaltung?
Stellen Sie sich den Strom, der durch einen geschlossenen Stromkreis fließt, als Wasser vor, das durch ein Netzwerk von Rohren von einem Reservoir in ein anderes gepumpt wird. In dieser Analogie fungiert je nach Flussrichtung der Pumpe ein Behälter als Einlass und der andere als Auslass. Das Gleiche würde in einem einfachen Stromkreis passieren, wenn die Richtung des Eingangsstroms umgekehrt würde. Ohne eine Komponente, die als Transformator fungiert, um den Gleichstromeingang bereitzustellen, würden seltsame Dinge passieren – wenn zum Beispiel eine Diode an den Stromkreis angeschlossen wäre (in diesem Vergleich könnte es sich um ein Wasserrad handeln), würde sie anfangen zu blinken, wenn sich die Stromrichtung kontinuierlich ändert. Dies veranschaulicht recht gut, warum viele elektronische Geräte eine Gleichstromquelle benötigen, um richtig zu funktionieren.
Eine Graetz-Brücke, auch als Gleichrichter-Brückenschaltung bekannt, ist eine Schaltung, die zur Umwandlung von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) verwendet wird. Die Schaltung wurde von Karl Pollak erfunden und im Dezember 1895 in Großbritannien und im Januar 1896 in Deutschland patentiert, aber 1897 erfand Leo Graetz unabhängig eine ähnliche Schaltung und veröffentlichte das Ergebnis seiner Arbeit. Es handelt sich um eine beliebte Gleichrichterschaltung, die in Stromversorgungen, Ladegeräten, Spannungsregelungssystemen und überall dort eingesetzt wird, wo eine Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom erforderlich ist. Eine vorbereitete Graetz-Schaltung besteht aus vier Dioden, die in einer Brückenanordnung verbunden sind – daher die gebräuchlichere Bezeichnung. Diese Dioden ermöglichen es, den Strom in beide Richtungen zu leiten, so dass Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt werden kann.
Wie funktioniert eine Graetz-Brücke (Graetz-Schaltung)?
Während der einen Hälfte der Wechselstromperiode sind zwei Dioden in der Brücke leitend und die beiden anderen sind gesperrt. Der Strom fließt durch den Stromkreis über die beiden leitenden Dioden. In der anderen Hälfte der Wechselstromperiode sind die Rollen der Dioden vertauscht. Die Dioden, die vorher sperrend waren, werden leitend und die leitenden Dioden werden sperrend. Der Strom fließt durch den Stromkreis über zwei weitere Dioden. Auf diese Weise wird der Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt, da der Strom unabhängig von der Richtung des Wechselstroms in der gleichen Richtung durch den Stromkreis fließt. Die Graetz-Brücke bietet somit eine effektive und effiziente Möglichkeit zur Gleichrichtung von Wechselstrom, was sie zu einer beliebten Wahl für viele elektronische Anwendungen macht. Die Einfachheit der Konstruktion zeichnet sich auch durch eine geringe Verlustleistung aus. Die Implementierung bleibt einfach, die Energieeffizienz hoch und die Vielseitigkeit der Anwendungen reicht von einfachen Gleichstromversorgungen bis hin zu anspruchsvollen Spannungsregelungssystemen. Deshalb finden wir Graetz-Brücken in Stromversorgungen für Computer, Fernsehgeräte, Ladegeräte und Notstromanlagen.
Moderne Gleichrichterbrücken
Moderne Gleichrichter-Brückenelemente sind kleine, kompakte und diskrete Halbleitermodule, die zu relativ geringen Kosten hergestellt werden können. Sie werden nicht nur häufig in Stromversorgungen für elektrische Geräte eingesetzt, sondern sind auch sehr beliebt für allgemeine Schaltungsdesign-Anwendungen. Sie werden in der Regel in einphasige Gleichrichterbrücken oder dreiphasige Gleichrichterbrücken und weiter in ungesteuerte, Halbwellen- und vollgesteuerte (Vollwellen-) Diodenbrücken unterteilt. Es gibt sie in einer Vielzahl von Montagekonfigurationen und mit gängigen Optionen wie Schraubmontage, Oberflächenmontage (SMD) oder Durchgangslochdesigns für die Leiterplattenmontage (THT). Aufgrund von Unterschieden in der Art und Weise, wie sie eingehende Wechselstromsignale verarbeiten, gibt es einen spürbaren Unterschied in der Gesamtbetriebsleistung (Ausgangsspannung) zwischen den verschiedenen Brückentypen, und das führt uns zu der Frage nach den Kriterien für eine sinnvolle Auswahl im Hinblick auf die gewünschte Anwendung.
Die Wahl einer Graetz-Brücke - worauf sollten Sie achten?
Die Wahl hängt von den Anforderungen der Schaltung an Geschwindigkeit, Effizienz und Kontrollierbarkeit ab. Ebenso wichtig ist der Designraum, wenn Sie zusätzliche Komponenten auf der Platine installieren müssen. Dies ist jedoch eine Selbstverständlichkeit. Stellen Sie sicher, dass die Gleichrichterbrücke über ausreichende Strom- und Spannungseigenschaften verfügt, um die erwartete Last zu bewältigen. Sowohl Spitzen- als auch Durchschnittsstrom und -spannung sollten berücksichtigt werden. Wählen Sie am besten Modelle mit einer möglichst geringen Verlustleistung, um die Effizienz des Gesamtsystems zu erhöhen. Ein angemessener Betriebstemperaturbereich verhindert eine Überhitzung und gewährleistet einen stabilen Betrieb unter verschiedenen Umgebungsbedingungen. Wenn die Brücke Gleichrichterdioden verwendet, überprüfen Sie deren Parameter, wie z.B. Schaltgeschwindigkeit, Spannungsabfall (VF) und Bandbreite beim Entgegenwirken der Verpolung.
Bei der Vollwellengleichrichtung wandelt eine Diodenbrücke die negative Komponente der Eingangswechselspannung aktiv in eine positive Spannung um und gleichrichtet dann das gesamte resultierende Signal in Gleichstrom (gepulsten Strom). Diese Aufgabe wird von zwei Leistungsdioden in einem Vollwellengleichrichter übernommen, eine für jede Halbwelle. Bei der Einweggleichrichtung hingegen wird ein anderer Ansatz als beim ersten Schritt verfolgt. Anstatt die negative Komponente der Spannung umzuwandeln, verwendet der Einweggleichrichter eine einzelne Diode, um sie einfach vollständig zu entfernen, bevor der Rest der Brückenschaltung die verbleibende Hälfte des Signals in einen nutzbaren Gleichstromeingang umwandelt. Das bedeutet, dass Vollwellengleichrichter effizienter sind als Einweggleichrichter, da die gesamte Eingangswellenform umgewandelt und zur Versorgung der restlichen Schaltung verwendet wird. Dies führt in der Regel auch zu einer geringeren Welligkeitsspannung als bei einer Einweg-Brückengleichrichterschaltung zu beobachten ist. Klare Beschreibungen der technischen Parameter von integrierten Schaltungen und Brückengleichrichtern finden Sie bei Botland.
