آشنایی با انواع یکسوسازهای الکترونیکی
در حوزه الکترونیک، مدار یکسوساز یکی از پركاربردترین مدارات است. از آنجا که تقریباً تمام دستگاههای الکترونیکی با جریان مستقیم (DC) کار میکنند و دسترسی به منابع DC محدود است، یکسوسازها گزینهای مناسب برای تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) محسوب میشوند. همانطور که میدانیم، ولتاژهای متناوب (AC) و مستقیم (DC) دو نوع اصلی از ولتاژ هستند که با استفاده از مدارهای خاص میتوان آنها را به یکدیگر تبدیل کرد. به عنوان مثال، پریزهای برق خانگی معمولاً جریان متناوب (AC) ارائه میدهند، در حالی که در شارژرهای موبایل از یکسوسازها برای تبدیل ولتاژ AC به DC استفاده میشود.
معرفی انواع یکسوساز های الکترونیک
یکسوساز دستگاهی است که برای تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) طراحی شده است. در این فرآیند، عمدتاً از دیودها استفاده میشود که اجازه میدهند جریان الکتریکی تنها از یک جهت عبور کند و از جریان در جهت مخالف جلوگیری مینمایند. علاوه بر دیودها، در برخی مدارات پیچیدهتر از تریستورها، ماسفتها، IGBT و سایر اجزای الکترونیکی پیشرفته نیز برای بهبود عملکرد و کارایی استفاده میشود.
انواع یکسوسازها: معرفی، طبقهبندی و کاربردها
یکسوسازها در انواع مختلفی طراحی میشوند که هرکدام بسته به نیاز و نوع کاربرد، ویژگیهای خاصی دارند. این دستگاهها به طور کلی بر اساس نوع منبع تغذیه، پیکربندی مدار پل، قابلیت کنترل و دیگر عوامل دستهبندی میشوند. در اینجا انواع مختلف یکسوسازها را بررسی میکنیم:
1. یکسوساز کنترل نشده
یکسوسازهای کنترل نشده به دستگاههایی اطلاق میشود که در آنها ولتاژ خروجی قابلیت کنترل ندارد. این نوع یکسوسازها معمولاً از دیودها برای یکسوسازی استفاده میکنند و در نتیجه کنترل محدودی بر توان خروجی دارند. این دستگاهها برای تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) بدون تغییر در توان خروجی، بهطور معمول در منابع تغذیه ثابت استفاده میشوند. این یکسوسازها بیشتر به دو دسته تقسیم میشوند:
یکسوساز نیمموج کنترل نشده: در این نوع یکسوساز، تنها نیمسیکل مثبت جریان AC به جریان DC تبدیل میشود و نیمسیکل منفی مسدود میشود.
یکسوساز تمامموج کنترل نشده: در این نوع، هر دو نیمسیکل مثبت و منفی جریان AC به DC تبدیل میشود، که ولتاژ خروجی دو برابر یکسوساز نیمموج است.
2. یکسوساز کنترل شده
در یکسوسازهای کنترل شده، ولتاژ خروجی قابل تنظیم است و این نوع یکسوسازها برای کاربردهایی که نیاز به تغییر در توان خروجی دارند، بهکار میروند. برای تبدیل یکسوساز کنترل نشده به یکسوساز کنترل شده، از دستگاههای حالت جامد مانند SCRs، MOSFETs و IGBTs استفاده میشود. در این نوع یکسوسازها، ولتاژ DC خروجی با استفاده از تریستورها قابل کنترل است و معمولاً در سیستمهای پیچیدهتر از دو تریستور برای تنظیم جریان در هر نیمسیکل استفاده میشود.
یکسوساز نیمموج کنترل شده: این نوع یکسوساز مشابه یکسوساز نیمموج کنترل نشده است، اما به جای دیود از SCR (تریستور) استفاده میشود که قابلیت کنترل بهتر جریان را فراهم میآورد.
یکسوساز تمامموج کنترل شده: این دستگاه هم مانند یکسوساز تمامموج کنترل نشده عمل میکند، اما با توانایی کنترل دامنه خروجی برای تبدیل هر دو نیمسیکل جریان AC به DC.
3. یکسوسازهای تکفاز و سهفاز
در این دستهبندی، یکسوسازها بر اساس نوع ورودی که از آن تغذیه میکنند، تقسیمبندی میشوند:
-
یکسوساز تکفاز: زمانی که ورودی به یکسوساز از نوع تکفاز باشد، به آن یکسوساز تکفاز میگویند.
-
یکسوساز سهفاز: هنگامی که ورودی از نوع سهفاز باشد، به آن یکسوساز سهفاز گفته میشود.
این طبقهبندیها به طور مستقیم بر کیفیت و نوع خروجی تأثیر میگذارند و بر اساس نوع کاربرد، انتخابهای متفاوتی ارائه میدهند.
یکسوسازها در صنایع مختلف مانند منابع تغذیه، شارژرها و سیستمهای الکترونیکی کاربرد فراوان دارند و انتخاب نوع مناسب آنها بر اساس نیازهای خاص هر سیستم ضروری است.
ساخت مدار یکسوساز
🛠️ ساخت یکسوساز نیمموج
در مدار یکسوساز نیمموج، در محدوده زمانی t0 تا t1 (نیمسیکل مثبت ورودی)، آند دیود بهصورت مثبت قرار میگیرد. اگر دیود را ایدهآل فرض کنیم، دیود بهعنوان یک اتصال کوتاه عمل کرده و مانند کلید جریان را در مدار جاری میکند. در نتیجه، در دو سر بار RL افت ولتاژ ایجاد میشود. در بازه زمانی t1 تا t2 که دیود در گرایش معکوس قرار دارد، جریان عبوری از دیود صفر میشود و هیچ افت ولتاژی در مدار بوجود نمیآید. این نوع یکسوساز معمولاً در مدارهایی که نیاز به ولتاژ ثابت DC ندارند، استفاده میشود.
🔌 ساخت یکسوساز تمامموج
در یکسوساز تمامموج، برخلاف یکسوساز نیمموج که فقط در یک سیکل مثبت یا منفی جریان را عبور میدهد، در این نوع یکسوساز، جریان در هر دو نیمسیکل عبور میکند. این ویژگی باعث میشود که ولتاژ DC در خروجی بیشتر و پایدارتر باشد. یکسوساز تمامموج بهطور کلی در دو نوع طراحی میشود:
⚡ یکسوساز تمامموج با ترانس سروسط
در این طراحی، از یک ترانسفورماتور با مرکز تابیدگی استفاده میشود که موجب تقسیم ولتاژ ورودی به دو نیمسیکل میشود. این نوع طراحی معمولاً در منابع تغذیه برای بهبود کیفیت ولتاژ خروجی کاربرد دارد.
🔄 یکسوساز تمامموج پل
در این نوع مدار، در نیمسیکل اول دیودهای D1 و D2 وصل شده و دیودهای D3 و D4 قطع هستند. جریان در این نیمسیکل از دیودها و بار RL عبور میکند. در نیمسیکل دوم، دیودهای D1 و D2 خاموش شده و دیودهای D3 و D4 وصل میشوند، که جریان از این دو دیود و بار RL عبور کرده و ولتاژ DC تولید میشود. این طراحی در مدارهای AC-DC با نیاز به ولتاژ بالا و جریان زیاد کاربرد دارد.
🔌 دیود یکسوساز چیست و چگونه کار میکند؟
دیود یکسوساز یک قطعه نیمههادی است که جریان الکتریکی را فقط در یک جهت (از آند به کاتد) عبور میدهد و در جهت مخالف آن را مسدود میکند. این ویژگی اصلی، پایه و اساس عمل یکسوسازی است. بهطور ساده، دیود مانند یک سوئیچ یکطرفه عمل کرده و باعث میشود که فقط نیمسیکلهای مثبت یا منفی از جریان متناوب (AC) عبور کنند، که در نهایت منجر به تولید جریان مستقیم پالسدار (Pulsating DC) میشود.
⚡ انواع مختلف دیود یکسوساز
-
🔵 دیود یکسوساز معمولی (PN Junction Diode)
این نوع دیود رایجترین و معمولترین نوع دیود است که از پیوند یک نیمههادی نوع P و نوع N ساخته میشود.
ویژگیها: ولتاژ آستانه حدود ۰.۷ ولت برای دیودهای سیلیکونی، مناسب برای مدارهای یکسوساز نیمموج و تمامموج.
کاربردها: منابع تغذیه ساده، مدارهای clamping و clipping. -
⚡ دیود شاتکی (Schottky Diode)
دیود شاتکی برخلاف دیودهای معمولی از پیوند یک نیمههادی با یک فلز ساخته میشود.
ویژگیها: ولتاژ آستانه پایین (۰.۱۵ تا ۰.۴ ولت)، سرعت سوئیچینگ بالا و کاهش تلفات توان.
کاربردها: منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS)، مدارهای دیجیتال، اینورترها. -
🔄 دیود پل یکسوساز (Bridge Rectifier)
یک پکیج از چهار دیود است که برای یکسوسازی تمامموج طراحی شده است.
ویژگیها: حذف نیاز به دیودهای جداگانه و نصب آسان بر روی PCB.
کاربردها: منابع تغذیه خطی و سوئیچینگ. -
🔒 دیود زنر (Zener Diode)
دیود زنر بیشتر برای تنظیم ولتاژ استفاده میشود، اما در یکسوسازی نیز کاربرد دارد.
ویژگیها: پس از رسیدن به ولتاژ شکست، بهطور کنترلشدهای هدایت میکند.
کاربردها: محافظت از مدارها در برابر ولتاژ معکوس زیاد و تثبیت ولتاژ.
⚙️ کاربردهای دیودهای یکسوساز
-
منابع تغذیه: تبدیل AC به DC در آداپتورها، شارژرها و دستگاهها.
-
دتکتورهای امواج رادیویی: استفاده در رادیوهای AM برای استخراج اطلاعات صوتی.
-
محافظت از مدارها: جلوگیری از اتصال معکوس منبع تغذیه و آسیبدیدگی قطعات حساس.
-
مدارهای کلیدزنی: محافظت از سوئیچهای نیمههادی در برابر ولتاژهای القایی مخرب.
در اینجا یک جدول مقایسهای از انواع یکسوسازها بهروز شده است که بهطور دقیق ویژگیهای یکسوساز نیمموج، یکسوساز تمامموج با ترانس سر وسط، و یکسوساز تمامموج پل را بررسی میکند. این مقایسه شامل جریان DC میانگین، ولتاژ معکوس اوج (PIV)، حداکثر کارایی و دیگر ویژگیها است که به انتخاب بهترین نوع یکسوساز برای کاربردهای مختلف کمک میکند.
