Współczesne układy zasilające opierają się na różnorodnych typach diod, które odpowiadają za kluczowe funkcje w procesie przetwarzania energii elektrycznej. Zadaniem diod jest przekształcenie przebiegu przemiennego na stały, stabilizacja napięcia wyjściowego oraz zabezpieczenie przed niepożądanymi zjawiskami, takimi jak przepięcia czy odwrotna polaryzacja. Dzięki odpowiedniemu doborowi elementów półprzewodnikowych możliwe jest zwiększenie wydajności i niezawodności zasilaczy, zarówno w aplikacjach konsumenckich, jak i przemysłowych.
Dioda prostownicza – fundament konwersji AC/DC
Dioda prostownicza stanowi podstawowy element każdego układu konwersji zasilania z przemiennego na stały. Dzięki swojej prostoliniowej charakterystyce przewodzenia umożliwia selektywne przewodzenie prądu tylko w jednym kierunku, co sprawia, że niezbędna jest w prostownikach, filtrach i układach zasilających o napięciu stałym. W zależności od rodzaju obciążenia i wymogów projektowych, wybiera się diody o różnej obciążalności prądowej oraz maksymalnym napięciu wstecznym.
W praktyce wykorzystywane są między innymi diody o konstrukcji krzemowej i germanowej, choć dzisiaj dominują te pierwsze ze względu na większą wytrzymałość temperaturową i lepszą wydajność. Kluczowym parametrem technicznym jest czas przełączania oraz spadek napięcia w kierunku przewodzenia – im niższy, tym mniejsze straty mocy i mniejsze wydzielanie ciepła w obudowie elementu.
Układy prostownicze: od prostowania półfalowego po mostkowe
Podstawowe układy prostownicze można podzielić na rozwiązania jedno- i dwupołówkowe, a także mostkowe. Układ półfalowy, choć najprostszy w wykonaniu, cechuje się dużymi tętnieniami prądu. Z kolei prostowniki mostkowe, składające się z czterech diod, pozwalają na wykorzystanie pełnej fali sieciowej, zmniejszając poziom tętnień i poprawiając efektywność energetyczną. Skorzystać z bogatej oferty diod można na stronie www.dacpol.eu/pl/diody, firma oferuje diody dostosowane do różnych aplikacji.
W jednym z podejść stosuje się także układy dwutonowe czy układy wielofazowe, które umożliwiają dodatkową redukcję tętnień i poprawę jakości napięcia stałego. W zależności od wymagań projektowych dobierane są diody o odpowiednich parametrach prądowo-napięciowych, a także obudowach gwarantujących właściwe odprowadzanie ciepła.
Przykładowa lista podstawowych układów prostowniczych:
- układ półfalowy
- układ dwupołówkowy (dwuobwodowy)
- mostek Graetza
Diody Zenera w stabilizacji napięcia wyjściowego
Diody Zenera stanowią jedno z najpopularniejszych rozwiązań stabilizacyjnych w prostych zasilaczach. Dzięki specyficznemu zjawisku lawinowemu w złączu p–n utrzymują stałe napięcie wsteczne po przekroczeniu poziomu zenera. W praktyce oznacza to, że przy zmianach napięcia wejściowego lub obciążenia napięcie wyjściowe pozostaje niemal niezmienne w określonym zakresie prądów.
Wybór diody Zenera wymaga uwzględnienia tolerancji napięcia przebicia, maksymalnej mocy rozpraszanej oraz charakterystyki temperaturowej. Istotnym aspektem jest także minimalny prąd, przy którym napięcie zenera osiąga wartość nominalną – zbyt wysoka wartość może powodować problemy w układach o niskim poborze prądu.
Ochrona obwodów: diody przed przepięciami i odwrotną polaryzacją
Współpraca zasilacza z układami elektronicznymi wymaga zastosowania elementów chroniących przed przepięciami i przypadkowym podłączeniem w odwrotnej polaryzacji. Diody zabezpieczające pełnią tutaj kluczową rolę, kierując przepięciowe impulsy do masy lub blokując niepożądany kierunek przepływu prądu. W skrajnych przypadkach mogą one ulec uszkodzeniu, ale dzięki temu chronią droższe komponenty elektroniczne.
Najczęściej stosuje się diody szeregowe, diody prądowe oraz specjalne diody TVS (Transient Voltage Suppressor). Ich zadaniem jest szybkie „złapanie” i rozproszenie energii przepięciowej, z zachowaniem parametrów elektrycznych urządzenia w bezpiecznych granicach. Warto dobierać je tak, aby zapewnić odpowiedni margines napięciowy względem maksymalnych wartości w sieci.
Specjalistyczne diody w optymalizacji zasilaczy (np. Schottky, TVS)
Diody Schottky charakteryzują się wyjątkowo niskim spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia oraz szybkim czasem przełączania, co czyni je idealnym rozwiązaniem w wysokoczęstotliwościowych przetwornicach impulsowych. Dzięki temu można zredukować straty mocy oraz poprawić sprawność energetyczną urządzenia, zwłaszcza przy dużych prądach obciążenia.
Diody TVS dedykowane są ochronie przed przepięciami o bardzo krótkim czasie narastania i dużej energii. Współpracują z filtrami sieciowymi i warystorami, by skutecznie ograniczać niebezpieczne impulsy do bezpiecznych poziomów. Ich szybkie przełączanie sprawia, że często znajdują zastosowanie w ochronie magistrali zasilających i interfejsów komunikacyjnych.
Artykuł sponsorowany
