วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ (Bridge Rectifier)

วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ (Bridge Rectifier)

1. วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ (Bridge Rectifier)

                วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์มีลักษณะเหมือนวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น เพราะแรงดันเอาท์พุทที่ได้เป็นแบบเต็มคลื่น ข้อแตกต่างระหว่างการเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์และแบบเต็มคลื่นธรรมดา ต่างกันตรงการต่อวงจรไดโอด แบบเต็มคลื่นจะใช้ไดโอด 2 ตัว แบบบริดจ์จะใช้ไดโอด 4 ตัว และหม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้ก็แตกต่างกัน แบบเต็มคลื่นธรรมดาใช้หม้อแปลงมีแท็ปกลาง (Center Trap, CT) มี 3 ขั้ว แบบบริดจ์ใช้หม้อแปลง 2 ขั้วหรือ 3 ขั้วก็ได้ แสดงดังรูปที่ 1

รูปที่ 1 วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์

2. การทำงานวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์

                การทำงานของวงจร ไดโอดจะผลัดกันนำกระแสครั้งละ 2 ตัว โดยเมื่อไซเคิลบวกของแรงดันไฟสลับ (Vin) ปรากฎที่ด้านบนของขดทุติยภูมิของหม้อแปลงและด้านล่างจะเป็นลบ จะทำให้ไดโอด D₁ และ D₂ ได้รับไบอัสตรงจะมีกระแสไหลผ่านไดโอด D₁ ผ่านโหลด R_L ผ่านไดโอด D₂ ครบวงจรที่หม้อแปลงด้านล่าง มีแรงดันตกคร่อมโหลด R_L ด้านบนเป็นบวก ด้านล่างเป็นลบ ได้แรงดันไฟช่วงบวกออกทางเอาท์พุท

                                                                               

รูปที่ 2 ไดโอด D₁ และ D₂ ได้รับไบอัสตรงและรูปคลื่นแรงดันตกคร่อมโหลด (Vout)

                ในช่วงเวลาต่อมาไซเคิลลบของแรงดันไฟสลับ (Vin)  ปรากฎที่ด้านบนของขดทุติยภูมิของหม้อแปลง และด้านล่าง เป็นบวก ดังแสดงในรูปที่ 3  ในช่วงเวลานี้ไดโอด D₁ และ D₂ จะได้รับไบอัสกลับแต่ไดโอด D₃ และ D₄ จะได้รับไบอัสตรง ทำให้มีกระแสไหลผ่านไดโอด D₄ ผ่านโหลด R_L และผ่านไดโอด D₃ ครบวงจรที่หม้อแปลงด้านบน มีแรงดันตกคร่อมโหลด R_L ด้านบนเป็นบวกด้านล่างเป็นลบ ได้แรงดันไฟช่วงบวกออกทางเอาท์พุททำให้ได้คลื่นไฟตรงรวมกันเต็มคลื่นดังรูปที่ 4

                                                                        

รูปที่ 3 ไดโอด D₃ และ D₄ ได้รับไบอัสตรงและรูปคลื่นแรงดันตกคร่อมโหลด (Vout)

รูปที่ 4 รูปคลื่น Vout เปรียบเทียบกับ Vin ของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์

3. แรงดันเอาท์พุทของวงจร

                วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นทั้งแบบมีแท็ปกลางและแบบบริดจ์จะให้แรงดันเอาท์พุททุกๆ ครึ่งรอบของแรงดันไฟสลับที่เข้ามาทั้งซีกบวกและซีกลบ ค่าเฉลี่ยของแรงดันเอาท์พุทจึงมีค่าเป็น 2 เท่าของแรงดันไฟตรงที่ได้จากวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น ค่าแรงดันเอาท์พุทมีค่าเป็น 0.636 เท่า ของแรงดันไฟสูงสุด ดังสมการที่ 1

                                           

                                                                                                                             V_DC = 0.636 V_P       ……………………  (1)

รูปที่ 5 แสดงค่าแรงดันไฟตรงกับค่าแรงดันไฟสูงสุด Vp ของวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น

4. แรงดันสูงสุดด้านกลับ (Peak Inverse Voltage)

                วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์จะมีค่าแรงดันสูงสุดด้านกลับ (PIV) น้อยกว่าวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นที่ใช้หม้อแปลงมีแท็ปครึ่งหนึ่ง เมื่อพิจารณาวงจรในรูปที่ 6 (ก)   เมื่อไดโอด D₁,D₂ นำกระแส ไดโอด D₁,D₂ จะทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ปิดวงจร (ถ้าไม่คิดแรงดันตกคร่อมไดโอด) จะเห็นว่าแรงดันสูงสุดด้านกลับที่ตกคร่อมไดโอด D₃ และ D₄ ที่ได้รับไบอัสกลับจะมีค่าเท่ากับแรงดันพีค (Vp)

(ก)

(ข)

รูปที่ 6 แสดงค่าแรงดันสูงสุดด้านกลับที่เกิดกับวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์

                ในทำนองเดียวกันเมื่อพิจารณาค่าแรงดันตกคร่อมไดโอดขณะที่ไดโอด D₁ , D₂ นำกระแส (V_B) ดังรูปที่ 6 (ข) จะเห็นว่าแรงดัน PIV ที่เกิดกับไดโอด D₃ และ D₄ จะหาได้จากสูตร

                                                                                                                                 PIV = V_P(out) + V_B ……………………………….(2)

                เช่นเดียวกันถ้าหากว่าต้องการใช้ไฟตรงที่เรียงกระแสออกมาเรียบขึ้นเราก็ต้องใช้ตัวเก็บประจุค่ามากๆ มาเป็นวงจรกรองกระแส ยิ่งตัวเก็บประจุมีค่ามากการคายประจุก็ต้องใช้เวลานานขึ้น จึงทำให้ไฟกระแสตรงที่ออกมาเรียบที่สุด

5. ไดโอดบริดจ์แบบต่างๆ

                วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์เป็นที่นิยมใช้กันมาก จึงมีการผลิตไดโอดแบบบริดจ์ขึ้นมาใช้งานกลายเป็นไดโอดสำเร็จรูปโดยยังมีโครงสร้างเหมือนกับบริดจ์ที่ใช้ไดโอด 4 ตัว และถ้าเป็นวงจรที่ต้องเรียงกระแสไฟ 3 เฟส จะต้องมีไดโอดเพิ่มขึ้นมาอีก 2 ตัว กลายเป็นไดโอดบริดจ์ 5 ขา แทนที่จะมี

ขาใช้งาน 4 ขา เหมือนกับไดโอดเฟสเดียว    

(ก)

(ข)

 

รูปที่ 7 สัญลักษณ์ของไดโอดบริดจ์แบบต่างๆ