Chuyển Đổi AC Thành DC Trong Mạch Chỉnh Lưu Cầu Như Thế Nào?

Mạch chỉnh lưu cầu là bộ chuyển đổi biến dòng điện xoay chiều (AC) do máy phát điện tạo ra thành dòng điện một chiều (DC) để cung cấp điện cho các thiết bị hay linh kiện điện.

Chúng sử dụng tính dẫn một chiều của các điốt. Cụ thể, chia 4 điốt thành 2 nhóm và dẫn tương ứng theo cực của điện áp thứ cấp ở máy biến áp. Cực dương nối với cực trên và cực âm nối với cực dưới của tải điện trở để luôn có được điện áp xung một chiều trên tải. 

Đặc biệt, mạch chỉnh lưu cầu hoạt động một cách mạnh mẽ chẳng hạn như: sạc pin lưu trữ hay hạn chế dòng ắc quy chạy ngược trở lại máy phát điện để bảo vệ máy phát điện không bị cháy.

Cấu tạo của mạch chỉnh lưu cầu 

Mạch chỉnh lưu cầu điển hình

• Trong nửa chu kỳ dương: D1 và D3 bật, D2 và D4 tắt.
• Trong nửa chu kỳ âm: D1 và D3 tắt, D2 và D4 bật.

Điện áp ngược của mỗi diode trong mạch cầu này bằng giá trị cực đại của điện áp thứ cấp của máy biến áp, nhỏ hơn một nửa so với mạch chỉnh lưu toàn sóng. Vì vậy chỉnh lưu cầu là một cải tiến trên chỉnh lưu nửa sóng diode.

Bên cạnh đó, trong khi mạch chỉnh lưu toàn sóng yêu cầu thứ cấp biến áp phải có một vòi trung tâm và diode phải chịu được áp ngược lớn mà người ta sử dụng thêm hai diode thì mạch chỉnh lưu cầu có thể khắc phục được khuyết điểm đó. Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị bán dẫn và giá thành rẻ, mạch chỉnh lưu cầu được sử dụng rộng rãi trong thực tế.

Tuy nhiên, lưu ý cần phải xem diode như một thành phần chỉnh lưu nên được lựa chọn theo các phương pháp chỉnh lưu khác nhau và các yêu cầu về tải. Nếu như không đúng cách có thể dẫn đến việc cháy điốt.

Mạch chỉnh lưu cầu chuyển đổi AC thành DC như thế nào?

Để đơn giản hóa, diode được xử lý bằng một mô hình lý tưởng là điện trở thuận bằng 0 và điện trở ngược là vô hạn. Mạch chỉnh lưu cầu cũng có thể coi là một loại mạch chỉnh lưu toàn sóng. 

Các cuộn dây của máy biến áp được nối với 4 điốt theo phương pháp trên. Từ D1-D4 là 4 điốt chỉnh lưu giống nhau được nối theo dạng cầu nên chúng được gọi là mạch chỉnh lưu cầu. Sử dụng chức năng dẫn hướng của diode, đầu ra thứ cấp có thể được dẫn đến tải trong nửa chu kỳ âm. 

Nhìn hình vẽ ta có thể thấy rằng: Trong nửa chu kỳ dương, dòng điện có D1 và D3 và trong nửa chu kỳ âm, dòng điện có D2 và D4 dẫn qua RL từ từ trên xuống dưới. 

Trong cấu trúc này, để đạt được chỉnh lưu toàn sóng:

• Nếu đầu ra cùng một điện áp một chiều: cuộn thứ cấp của máy biến áp chỉ cần một nửa cuộn so với chỉnh lưu toàn sóng. 
• Nếu đầu ra cùng một dòng điện được phát ra: đường kính dây của cuộn dây phải dày tương ứng. 

Về phần tạo xung thì hoàn toàn giống với mạch chỉnh lưu toàn sóng.

Ưu điểm

điện áp ra cao, điện áp gợn sóng nhỏ, điện áp ngược cực đại. Bên cạnh đó, do máy biến áp có dòng điện cung cấp cho phụ tải theo chu kỳ âm (-) và dương (+) nên máy biến áp phát huy hết tác dụng.

Điện áp đầu ra của mạch chỉnh lưu chứa các thành phần tạo xung lớn hơn. Do đó, để giảm nhiều nhất có thể, cần phải trải qua quá trình lọc. Cụ thể, giữ DC càng nhiều càng tốt để làm cho điện áp đầu ra gần với DC lý tưởng. Ta có thể sử dụng hiệu ứng lưu trữ năng lượng của tụ điện hoặc cuộn cảm.

Bộ phận của mạch chỉnh lưu cầu

Mạch lọc cuộn cảm:

Mạch lọc sử dụng cuộn cảm với cường độ dòng điện ở hai đầu cuộn cảm không thể thay đổi đột ngột. Ta kết nối cuộn cảm và tải nối tiếp với mục đích làm dịu dòng điện đầu ra. 

Khi cường độ dòng điện do nguồn điện tăng lên thì cuộn cảm L tích trữ năng lượng, còn khi dòng điện giảm thì cuộn cảm L có tác dụng làm trơn do năng lượng được giải phóng để làm trơn dòng tải.

Ưu điểm: Góc dẫn của diode chỉnh lưu lớn, dòng đỉnh nhỏ và đặc tính đầu ra tương đối phẳng.

Nhược điểm: Có lõi bằng sắt, nặng và cồng kềnh nên gây nhiễu điện từ. Chúng chỉ thích hợp cho những trường hợp điện áp thấp và dòng điện cao.

Mạch lọc cuộn cảm

Mạch lọc tụ điện

Mạch lọc tụ điện mắc song song với một tụ điện có công suất lớn với tải trong mạch chỉnh lưu. Do tác dụng nạp và phóng điện của tụ và sự tồn tại của hiệu điện thế trên tụ mà mức xung của điện áp ra UL của mạch chỉnh lưu bị giảm đi rất nhiều.

Điện dung của tụ càng lớn hoặc điện trở tải càng lớn thì tụ phóng càng chậm và điện áp ra càng mượt. Bên cạnh đó, thành phần xung sẽ giảm và giá trị trung bình của điện áp đầu ra sẽ tăng lên.

Tuy nhiên, sự dẫn điốt của mạch lọc chỉnh lưu đầu vào điện dung một pha không phải là nửa chu kỳ dẫn hoàn toàn mà là một xung hẹp do hiệu ứng điện áp của tụ lọc, làm cho việc lựa chọn tham số của điốt chỉnh lưu và mạch chỉnh lưu của đầu vào cảm ứng rất khác nhau.

Mạch lọc tụ điện

Mạch lọc hợp chất

Mạch lọc hợp chất là loại mạch lọc có sự kết hợp giữa cuộn cảm-tụ điện hoặc điện trở-tụ điện. Nguyên lý làm việc giống như mạch lọc tụ điện và mạch lọc cuộn cảm, tuy nhiên dạng sóng đầu ra ở loại mạch lọc này mượt mà hơn và tải gần bằng điện áp nguồn cung cấp cho ắc quy khô.

Mạch lọc hợp chất

B2bmart.vn vừa giới thiệu đến bạn đọc một số thông tin về cách chuyển đổi AC thành DC trong mạch chỉnh lưu cầu. Hi vọng qua bài đọc trên sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn và có thể áp dụng chúng vào công việc của mình.