پل دیود چیست و چگونه کار می‌کند؟ طرز کار، مدار و کاربرد پل دیود
زمان مطالعه: در حال محاسبه...
کپی لینک
واتساپ
تلگرام
ایتا
بله
فهرست مطالب
• در هر نیم‌سیکل دو دیود هدایت می‌کنند؛ به همین دلیل خروجی حدود ۱٫۴ ولت کمتر از پیک ورودی است (با فرض ۰٫۷ ولت برای هر دیود).
• در برق ۵۰ هرتز، فرکانس ریپل خروجی پل تک‌فاز ۱۰۰ هرتز است و برای صاف‌کردن آن خازن صافی لازم است.
• پل دیود سه‌فاز شش دیود دارد، ریپل آن شش برابر فرکانس شبکه است و در ورودی درایوها، شارژر باتری و منابع تغذیهٔ صنعتی به کار می‌رود.
• برای انتخاب، ولتاژ VRRM، جریان نامی در دمای بدنهٔ مشخص، جریان ضربهٔ IFSM، نوع (تک/سه‌فاز) و روش نصب را با دیتاشیت مقایسه کنید.
پل دیود مداری از چهار دیود است که برق متناوب را به برق مستقیم تبدیل می‌کند و برخلاف یکسوساز نیم‌موج، از هر دو نیم‌سیکل ورودی استفاده می‌کند. به همین دلیل به آن یکسوساز تمام‌موج پلی یا «پل دیود رکتیفایر» هم می‌گویند. پل دیود هم به‌صورت چهار دیود جدا و هم به صورت یک قطعهٔ یکپارچه یا ماژول صنعتی عرضه می‌شود.
در این راهنما طرز کار، مدار، تفاوت تک‌فاز و سه‌فاز، کاربرد و معیارهای انتخاب پل دیود را توضیح می‌دهیم. اگر شماره‌پارت مشخصی دارید، مستقیم به دستهٔ خرید پل دیود صنعتی بروید.
پل دیود به زبان ساده چیست؟
پل دیود یک «جهت‌دهندهٔ جریان» است: جریانی که هر لحظه جهتش عوض می‌شود را طوری هدایت می‌کند که در بار همیشه در یک جهت جاری شود. هر دیود مثل یک شیر یک طرفه عمل می‌کند و چهار شیر در یک چیدمان پلی، مسیر جریان را در هر نیم‌سیکل عوض می‌کنند.
اگر با رفتار یک دیود تنها آشنا نیستید، ابتدا دیود چیست را بخوانید.
دیود پل، پل دیود و رکتیفایر پلی یکی‌اند؟
بله؛ «دیود پل»، «پل دیود»، «پل دیودی» و «Bridge Rectifier» نام‌های یک مدار یا قطعه‌اند. تفاوت واقعی در شکل عرضه است: چهار دیود جدا روی برد، یک پل یکپارچهٔ کوچک، یا ماژول پل دیود صنعتی با بدنهٔ عایق و قابل نصب روی هیت‌سینک.
طرز کار پل دیود: در هر نیم‌سیکل چه اتفاقی می‌افتد؟
در هر نیم‌سیکل دو دیود به‌صورت سری هدایت می‌کنند و دو دیود دیگر در بایاس معکوس خاموش‌اند؛ جهت جریان در بار در هر دو نیم سیکل یکسان می‌ماند. این توضیح بر پایهٔ آموزش پل دیود در Electronics-Tutorials است.
- نیم‌سیکل مثبت: دیودهای D1 و D2 به‌صورت سری هدایت می‌کنند و D3 و D4 در بایاس معکوس‌اند.
- نیم‌سیکل منفی: دیودهای D3 و D4 هدایت می‌کنند و D1 و D2 خاموش می‌شوند.
- نتیجه: جریان در بار همیشه از یک سر به سر دیگر می‌رود؛ خروجی یک ولتاژ DC ضربان‌دار است.
چرا ولتاژ خروجی پل دیود کمتر از ورودی است؟
چون جریان در هر لحظه از دو دیود عبور می‌کند و هر دیود افت ولتاژ دارد. Electronics-Tutorials با فرض ۰٫۷ ولت برای هر دیود، کاهش پیک خروجی را حدود ۱٫۴ ولت محاسبه می‌کند. در مدارهای ولتاژ پایین (مثلاً تغذیهٔ چندولتی) این افت سهم قابل توجهی از ولتاژ است. مقدار دقیق افت هر قطعه را از پارامتر VF دیتاشیت همان قطعه بخوانید.
مدار یکسوساز پل دیود: ولتاژ خروجی و خازن صافی
خروجی پل دیود تک‌فاز بدون خازن، ولتاژ DC ضربان‌داری با مقدار متوسط حدود ۰٫۶۳۷ برابر ولتاژ پیک است و ریپل آن دو برابر فرکانس شبکه است. برای رسیدن به ولتاژ DC صاف‌تر، یک خازن صافی موازی با بار قرار می‌گیرد.
| ویژگی | پل دیود تک‌فاز (تمام‌موج) | پل دیود سه‌فاز | منبع |
|---|---|---|---|
| تعداد دیود | ۴ | ۶ (دو دیود برای هر فاز) | Electronics-Tutorials |
| دیودهای هادی در هر لحظه | ۲ | ۲ (هر جفت ۶۰ درجه، یعنی یک‌ششم سیکل) | Electronics-Tutorials |
| فرکانس ریپل خروجی | ۲ برابر فرکانس شبکه (۱۰۰ هرتز در ۵۰ هرتز) | ۶ برابر فرکانس شبکه (۳۰۰ هرتز در ۵۰ هرتز) | Electronics-Tutorials |
| ولتاژ DC متوسط (بدون خازن) | حدود ۰٫۶۳۷ × ولتاژ پیک | حدود ۱٫۳۵ × ولتاژ مؤثر خط‌به‌خط | Electronics-Tutorials |
| نیاز به خازن صافی | بیشتر | کمتر؛ خروجی ذاتاً صاف‌تر است | Electronics-Tutorials |
مثال محاسبه: در برق ۵۰ هرتز، ریپل پل تک‌فاز ۱۰۰ هرتز است. در پل سه‌فاز همین عدد ۶ × ۵۰ = ۳۰۰ هرتز می‌شود. ریپل با فرکانس بالاتر با خازن کوچک‌تری صاف می‌شود.
Electronics-Tutorials دامنهٔ ریپل را با جریان بار (I)، فرکانس ریپل (f) و ظرفیت خازن (C) رابطه می‌دهد: جریان بار بیشتر، ریپل بیشتر؛ خازن بزرگ‌تر یا فرکانس بالاتر، ریپل کمتر. انتخاب عددی خازن برای یک دستگاه مشخص را به طراح یا دیتاشیت دستگاه بسپارید.
مزیت مدار پلی نسبت به یکسوساز تمام‌موج سروسط: طبق Electronics-Tutorials، مدار پلی به ترانسفورماتور سروسط نیاز ندارد و این اندازه و هزینه را کاهش می‌دهد.
پل دیود سه فاز چیست و چه فرقی با تک‌فاز دارد؟
پل دیود سه فاز یکسوسازی است با شش دیود که برق سه‌فاز را به DC تبدیل می‌کند و خروجی آن ریپل کمتری از پل تک‌فاز دارد. طبق Electronics-Tutorials، این پل می‌تواند از ترانسفورماتور ستاره یا مثلث تغذیه شود و به سیم نول نیاز ندارد. جریان بار هم بین شاخه‌های پل متعادل‌تر پخش می‌شود.
خلاصهٔ تفاوت‌ها در جدول بخش قبل آمده است. مدل‌های موجود را در دستهٔ پل دیود سه فاز ببینید.
کاربرد پل دیود چیست؟
کاربرد پل دیود تبدیل AC به DC در هر دستگاهی است که از برق شهر یا ژنراتور تغذیه می‌شود ولی به ولتاژ مستقیم نیاز دارد. دیتاشیت سری SKD شرکت Semikron این کاربردهای صنعتی را برای پل دیود سه‌فاز نام می‌برد:
- یکسوساز سه‌فاز برای منابع تغذیه
- یکسوساز ورودی درایوهای فرکانس متغیر (اینورتر موتور)
- یکسوساز تغذیهٔ میدان موتورهای DC
- یکسوساز شارژر باتری
در تعمیرات، پل دیود در دستگاه‌های جوش، ژنراتورها و منابع تغذیه هم دیده می‌شود. جزئیات این کاربردها را در پل دیود دستگاه جوش و ژنراتور توضیح داده‌ایم.
پل دیود صنعتی و ماژول پل دیود چه تفاوتی با پل‌های کوچک دارند؟
اصل کار یکسان است؛ تفاوت در ولتاژ و جریان، بدنهٔ عایق، روش خنک‌کاری و نصب است.
یک نمونهٔ واقعی، سری SKD شرکت Semikron است:
| مشخصه (دیتاشیت Semikron SKD 33/53/83) | مقدار |
|---|---|
| ساختار | تراشه‌های سیلیکونی با پسیواسیون شیشه‌ای، زیرلایهٔ DCB برای امپدانس حرارتی پایین |
| ولتاژ سد معکوس (VRRM) | گزینه‌های ۴۰۰ تا ۱۹۰۰ ولت (بسته به مدل) |
| جریان خروجی (ID) | ۳۳ آمپر در دمای بدنهٔ ۱۱۰ درجه (مدل SKD 33) · ۵۳ آمپر در ۱۰۰ درجه (مدل SKD 53) · ۸۳ آمپر در ۹۵ درجه (مدل SKD 83) |
| جریان ضربه (IFSM) | ۲۴۰ تا ۷۰۰ آمپر بسته به مدل و دمای پیوند |
| ولتاژ عایقی | ۳۶۰۰ / ۳۰۰۰ ولت AC (۱ ثانیه / ۱ دقیقه) |
| نصب | مناسب نصب روی PCB و لحیم موجی |
نکتهٔ مهم جدول: عدد جریان هر مدل فقط در دمای بدنهٔ مشخص شده معتبر است. ماژول ۵۳ آمپری روی هیت‌سینک ضعیف، جریان کمتری را تحمل می‌کند.
طبق Semikron Danfoss، ماژول‌های پل یکسوساز به صورت کنترل نشده (فقط دیود)، نیمه کنترل شده و تمام کنترل شده ساخته می‌شوند. در نوع کنترل شده، به‌جای بخشی یا همهٔ دیودها تریستور قرار می‌گیرد؛ برای آشنایی با این قطعه تریستور چیست را بخوانید. نمونه‌های ترکیبی را در دستهٔ ماژول دیود تریستور ببینید. انواع بدنه‌ها (شانه‌ای، مربعی، SMD و ماژول) را در انواع پل دیود مقایسه کرده‌ایم.
محدودیت‌های پل دیود
پل دیود ساده است ولی ولتاژ خروجی را کنترل نمی‌کند، افت ولتاژ دارد و بدون خازن خروجی صافی نمی‌دهد.
- بدون کنترل: ولتاژ خروجی تابع ولتاژ ورودی است. برای کنترل خروجی، پل نیمه کنترل شده یا تمام کنترل شده با تریستور لازم است.
- افت دو دیود: در هر لحظه دو دیود در مسیر جریان‌اند (حدود ۱٫۴ ولت با فرض ۰٫۷ ولت برای هر دیود، طبق Electronics-Tutorials) و این افت به گرما تبدیل می‌شود.
- ریپل: خروجی تک‌فاز بدون خازن ضربان‌دار است.
- وابستگی به دما: جریان مجاز ماژول به دمای بدنه وابسته است (دیتاشیت Semikron). هیت‌سینک نامناسب ظرفیت واقعی را کم می‌کند.
پل دیود مناسب را چطور انتخاب کنیم؟
پل دیود جایگزین باید از نظر نوع (تک‌فاز یا سه‌فاز)، ولتاژ، جریان در دمای کاری، جریان ضربه و نوع نصب با قطعهٔ اصلی برابر یا بهتر باشد.
این مراحل را به ترتیب انجام دهید:
- نوع را تعیین کنید: ورودی دستگاه تک‌فاز است یا سه‌فاز؟ تعداد پایه‌های AC قطعهٔ فعلی (دو یا سه) این را نشان می‌دهد.
- شماره‌پارت را بخوانید و دیتاشیت اصلی را پیدا کنید. مقایسه را روی دیتاشیت سازنده انجام دهید.
- ولتاژ VRRM: باید از پیک ولتاژ ورودی به‌علاوهٔ اضافه‌ولتاژهای شبکه بیشتر باشد. VRRM قطعهٔ جدید را کمتر از قطعهٔ اصلی انتخاب نکنید.
- جریان همراه با دمای بدنه: جریان نامی را با شرایط دمایی‌اش مقایسه کنید؛ مثل SKD 53 که ۵۳ آمپر را در دمای بدنهٔ ۱۰۰ درجه اعلام می‌کند.
- جریان ضربهٔ IFSM: در دستگاه‌هایی که هنگام روشن‌شدن خازن بزرگی شارژ می‌کنند، این عدد اهمیت دارد.
- نصب و عایق: ابعاد، نوع پایه، روش نصب روی هیت‌سینک و ولتاژ عایقی بدنه باید با دستگاه جور باشد.
از کجا بفهمید درست انتخاب کرده‌اید؟ این شش مورد را در یک جدول دوستونی برای قطعهٔ قدیم و جدید بنویسید. اگر حتی یک مقدار در قطعهٔ جدید ضعیف‌تر است، آن را انتخاب نکنید. پیش از نصب، سلامت قطعه را با روش‌های تست پل دیود بررسی کنید.
جمع‌بندی
پل دیود چهار دیود (یا شش دیود در نوع سه‌فاز) است که برق متناوب را به DC تمام‌موج تبدیل می‌کند. در هر لحظه دو دیود هدایت می‌کنند، پس افت ولتاژ دوبرابر یک دیود است. خروجی تک‌فاز بدون خازن ریپل ۱۰۰ هرتزی دارد و نوع سه‌فاز خروجی صاف‌تری می‌دهد. برای انتخاب، ولتاژ VRRM، جریان در دمای کاری، IFSM و نوع نصب را با دیتاشیت بسنجید.
گام بعدی: اگر پل دیود دستگاهتان مشکوک است، تست پل دیود را انجام دهید.
سؤالات متداول
پاسخ مهمترین سوالات فنی و کاربردی درباره پل دیود را در ادامه بخوانید
پل دیود چیست؟
پل دیود مداری از چهار دیود است که به شکل پل بسته می‌شوند و برق متناوب (AC) را به برق مستقیم تمام‌موج (DC) تبدیل می‌کنند. پل دیود از هر دو نیم‌سیکل ورودی استفاده می‌کند. به‌صورت چهار دیود جدا، قطعهٔ یکپارچه یا ماژول صنعتی عرضه می‌شود.
پل دیود چگونه کار می‌کند؟
در نیم‌سیکل مثبت دو دیود به‌صورت سری هدایت می‌کنند و دو دیود دیگر در بایاس معکوس خاموش‌اند. در نیم‌سیکل منفی جای این دو جفت عوض می‌شود. نتیجه این است که جریان در بار همیشه در یک جهت جاری می‌شود و خروجی DC ضربان‌دار است.
چرا ولتاژ خروجی پل دیود کمتر از ورودی است؟
چون در هر لحظه جریان از دو دیود می‌گذرد و هر دیود افت ولتاژ مستقیم دارد. با فرض ۰٫۷ ولت برای هر دیود، پیک خروجی حدود ۱٫۴ ولت کمتر از پیک ورودی است. مقدار دقیق را از پارامتر VF دیتاشیت همان قطعه بخوانید.
فرکانس ریپل خروجی پل دیود چند هرتز است؟
در پل دیود تک‌فاز، فرکانس ریپل دو برابر فرکانس شبکه است؛ یعنی در برق ۵۰ هرتز، ۱۰۰ هرتز. در پل دیود سه‌فاز، ریپل شش برابر فرکانس شبکه، یعنی ۳۰۰ هرتز است. به همین دلیل خروجی پل سه‌فاز به خازن صافی کمتری نیاز دارد.
پل دیود سه فاز چیست؟
پل دیود سه فاز یکسوسازی با شش دیود، دو دیود برای هر فاز، است که برق سه‌فاز را به DC تبدیل می‌کند. در هر لحظه دو دیود هدایت می‌کنند و ریپل خروجی شش برابر فرکانس شبکه است. این نوع در ورودی درایوهای موتور، شارژر باتری و منابع تغذیهٔ صنعتی کاربرد دارد.
کاربرد پل دیود چیست؟
پل دیود در هر دستگاهی که با برق AC تغذیه می‌شود ولی به DC نیاز دارد به کار می‌رود. دیتاشیت Semikron برای پل سه‌فاز این کاربردها را نام می‌برد: منابع تغذیه، ورودی درایوهای فرکانس متغیر، تغذیهٔ میدان موتور DC و شارژر باتری.
فرق پل دیود با یکسوساز تمام‌موج سروسط چیست؟
هر دو از دو نیم‌سیکل استفاده می‌کنند، ولی یکسوساز سروسط به ترانسفورماتور سروسط نیاز دارد و پل دیود نه. به همین دلیل مدار پلی اندازه و هزینهٔ ترانسفورماتور را کاهش می‌دهد. در عوض، در پل دیود جریان در هر لحظه از دو دیود می‌گذرد.
برای تعویض پل دیود به چه مشخصاتی نگاه کنم؟
ابتدا نوع تک‌فاز یا سه‌فاز را مشخص کنید. سپس ولتاژ VRRM، جریان نامی همراه با دمای بدنه، جریان ضربهٔ IFSM، ابعاد، روش نصب و ولتاژ عایقی را با دیتاشیت قطعهٔ اصلی مقایسه کنید. هیچکدام از این مقادیر در قطعهٔ جدید نباید ضعیف تر باشد.
Infineon
Fuji Electric
Semikron
Mitsubishi Electric
Vincotech
Toshiba
Fairchild Semiconductor
Sanken Electric
IXYS
Sanyo
Starpower
LS Electric
