Brückengleichrichter: 4 Dioden gegen Einzelchip?

Ich stelle fest (zumindest unter den DIY-Audio-Enthusiasten), dass wenn es darum geht, ein Netzteil für einen Verstärker, einen DAC oder was auch immer zu entwerfen, die Teileliste zwangsläufig so etwas wie "4 x MUR860-Dioden" enthält, um eine vollständige zu bauen Wellenbrückengleichrichter (MUR860 ist eine besonders beliebte Wahl).

Sie erhalten jedoch diese All-in-One-Brückengleichrichter- "Chips", die im Wesentlichen 4 Dioden in der richtigen Brückenkonfiguration enthalten, und:

1. sind oft in Metallgehäusen untergebracht, die bei Bedarf gekühlt werden können
2. kann typischerweise viel höhere Spannungs- / Stromwerte verarbeiten
3. belegen weniger physischen / PCB-Platz als 4 diskrete Dioden
4. kosten oft weniger als 4 diskrete Dioden!

Frage : Gibt es Vorteile bei der Verwendung separater Dioden gegenüber einem einzelnen Brückengleichrichterchip, und wenn nicht, warum scheint dies so beliebt zu sein? Geht es nur um die Befriedigung, "es selbst zu machen", oder vielleicht um eine Audiophoolerie bei der Arbeit? Vielen Dank!

Ich kann nicht glauben, dass ich diesen ganzen Mist über Dioden geschrieben habe ...

MUR860 wird zwar besser klingen, aber die Erklärung ist etwas subtil:

Siliziumdioden schalten sich nicht sofort aus. Wenn die Spannung an der Diode negativ wird, fließt der Strom noch kurze Zeit in umgekehrter Richtung, bis die in der Diode gespeicherten Ladungen gelöscht sind. Wenn dies erledigt ist, schaltet sich die Diode aus.

Verschiedene Dioden haben sehr unterschiedliche Erholungseigenschaften, wie in diesem Anwendungsbereich dargestellt:

( Quelle )

Der Strom wird tatsächlich für eine Zeit, die als "Erholungszeit" bezeichnet wird, negativ (die "falsche" Richtung für eine Diode). Der rote dauert länger.

In einem DC-DC-Wandler ist es wichtig, eine Diode zu haben, die sich schnell ausschaltet. Stellen Sie sich vor, Sie verwenden den guten alten 1N4001 mit einer Wiederherstellungszeit von trr = 30µs in einem DC-DC-Wandler mit 200 kHz (Zykluszeit 5µs). Es würde nicht einmal Zeit haben, sich auszuschalten. Es würde überhaupt nicht funktionieren. Aus diesem Grund verwenden DC-DC-Wandler viel schnellere Dioden.

Nun zurück zu Ihren Audio-Sachen. Überprüfen Sie die roten und violetten Spuren oben. Sie werden feststellen, dass die rote länger dauert, aber den Strom sanft abschaltet. Das lila schaltet sich sehr scharf aus, mit großem di / dt (4 Ampere in wie 10ns). Bei einem 50-Hz-Gleichrichter ist dies nicht der Fall. Der Strom hat keine Zeit, um vor dem Ausschalten der Diode auf Ampere zu gehen, nur wenige mA. Aber du kommst auf die Idee.

Sobald die Diode ausgeschaltet ist, ist sie jetzt ein Kondensator. Unabhängig davon, welche Induktivität sich in den Leiterbahnen, Drähten usw. befindet, bildet sich damit ein LC-Tankkreis und ein Ring.

Die Menge des Klingelns hängt von der Ausschaltschärfe und dem Strom ab, bei dem das Ausschalten erfolgt. Fast-Soft-Recovery-Dioden erzeugen weniger Klingeln.

Dieses Klingeln hat normalerweise eine ziemlich hohe Frequenz. Auch das scharfe di / dt beim Ausschalten erzeugt breitbandiges HF-Rauschen. Dies wird in nahegelegene Schaltkreise eingekoppelt und fügt empfindlichen Signalen alle Arten von Rauschen und Müll hinzu. Dies ist keine Audiophoolery, sondern nur Engineering.

Das heißt, MUR860 ist teuer, so dass Sie billige Dioden mit langsamer mieser Erholung verwenden können, wenn Sie Kappen darüber setzen, um die Ausschaltgeräuschspitze zu absorbieren. Jeder netzbetriebene AM / FM-Tuner sowie die meisten Consumer-Audiogeräte tun dies. Hersteller werden kein Teil einbauen, es sei denn, es wird benötigt! Alles ist kostenoptimiert. Aber ohne die Kappen würde der Tuner durch das Rauschen überwunden und nicht das Radio empfangen.

Sie können dann dem Sekundärtransformator einen Dämpfer hinzufügen, um das LC-Klingeln zu dämpfen.

Frage: Gibt es Vorteile bei der Verwendung separater Dioden gegenüber einem einzelnen Brückengleichrichterchip?

Der Vorteil ist, dass Sie Fast-Soft-Recovery- oder Schottky-Dioden auswählen können. Eingemachte Diodenbrücken bestehen normalerweise aus extrem langsamen Dioden.

und wenn nicht, warum scheint es so beliebt zu sein?

Weil es funktioniert. Beachten Sie, dass 4 Kappen zu je 3 Cent genauso gut funktionieren, der Prahlerfaktor jedoch geringer ist. Schnelle Dioden sind sexier und erzielen mehr Schlangenölpunkte.

EDIT , eine alte Scope-Spur von meiner Festplatte ... BYV27-150 billige schnelle Dioden, kleiner 12V 10VA Transformator.

Blau ist Transformator sekundär. Das flache Oberteil ist, wenn die Diode eingeschaltet ist, der Versorgungskondensator aufgeladen wird und die Spannung am Sekundärtransformator aufgrund seines internen Wicklungswiderstands begrenzt wird. Die blaue Kurve tritt beim Ausschalten der Diode einen Schritt zurück. Es ist sehr offensichtlich, es fällt um 1V, kann es nicht verfehlen!

Beachten Sie, dass die Diode an der Spitze der Sinuswelle nur ausgeschaltet wird, wenn die Last keinen Strom zieht. Wenn die Last Strom zieht, was normalerweise der Fall ist, schaltet sich die Diode nach der Spitze aus.

Jetzt schaue ich mir das gerne durch einen Hochpassfilter an (gelbe Spur unten). Die Amplitude wird gedämpft, da das Hochpassfilter eine winzige Kappe von etwa 100 pF verwenden muss, da es sonst das, was ich beobachten möchte, stören würde, sodass die Eingangskapazität des Oszilloskops damit interagiert. Die allgemeine Form des Signals sollte jedoch in Ordnung sein. Beachten Sie böse scharfe Spitzen, gefolgt von HF-Klingeln. Höhere Qrr-Dioden wie 1N4001 wären viel schlechter.

BEARBEITEN 2

Ich habe einen alten Verstärker restauriert und die Elektrolyse von 1979 geändert ... und dieser Verstärker hat keine Kappen über der Diodenbrücke. Wahrscheinlich, weil es keinen AM-Tuner gibt. Der Weg, dies zu tun, besteht darin, die Zielfernrohrsonde auf den Isolator eines der Sekundärdrähte des Transformators zu kleben. Sie müssen keinen Kontakt herstellen (außer die Sonde offensichtlich zu erden). Dieser Müll wird durch die Isolierung des Kabels in die Zielfernrohrsonde eingekoppelt.

Das ist eine Gleichrichter-Wiederherstellungsspitze. Leider erscheint es als Gleichtakt auf den Transformatorkabeln, was bedeutet, dass die gesamte Sekundärwicklung als Antenne fungiert und die Spitzen kapazitiv in nahegelegene Schaltkreise einkoppelt. Hochohmiges Zeug wie der Volumentopf ist ein Hauptopfer.

Dies ist wahrscheinlich der Grund, warum dieser Verstärker einen Transformator hat, der in einer Metalldose abgeschirmt ist. Es wäre billiger gewesen, Kappen über die Dioden zu setzen IMO ...

Jetzt kann natürlich auch die Sekundärspannung gemessen werden, indem die Sonde auf die Leiterplattenklemmen geklebt wird:

Es hat das übliche Aussehen: flache Oberseite, dann eine Spitze und sofort ein paar Volt abfallen, wenn die Diode abschaltet. Zoomen auf den Spike:

Die sekundären Transformatordrähte haben also 22-Volt-Spitzen (!!!!) mit einer ziemlich schnellen Anstiegszeit von 2 us.

Das Problem ist nicht, dass die Dioden für eine ordnungsgemäße Gleichrichtung zu langsam sind (offensichtlich funktioniert die Gleichrichtung einwandfrei). Das Problem tritt auf, wenn diese Spitzen in eine empfindliche Schaltung eingekoppelt werden. Dies ist schwer zu vermeiden, da sie auf den Transformatorkabeln als Gleichtakt erscheinen.

Noch eine Bearbeitung

Wenn das Oszilloskop nicht mit dem Simulator übereinstimmt, kann eines oder beide falsch sein. Es ist jedoch immer hilfreich, die reale Schaltung zu modellieren (dh die Transformatorinduktivität zu berücksichtigen) und die Sim-Parameter zu beobachten ...

Dies funktioniert wie erwartet. Aufgrund der Transformatorinduktivität (Stromverzögerungsspannung) schaltet sich die Diode etwas später aus, als dies beim visuellen Vergleich der unbelasteten Transformatorspannung (schwarz) und der Kondensatorspannung (grün) zu erwarten wäre. Eine perfekte Diode würde sich im selben Moment ebenfalls ausschalten, dann würde die Sekundärspannung des Transformators auf ihren unbelasteten Wert zurückfallen. Das ist normal.

Was die Wiederherstellung hinzufügt, ist eine winzige Zeitspanne, bis der Diodenstrom negativ wird. Wenn also die Diode blockiert, ist der Induktorstrom nicht Null, sondern einige mA. Das ist nicht viel, weil 50Hz sehr langsam ist.

Wenn sich die Diode jedoch ausschaltet, ist die Induktivität groß genug, um eine scharfe negative Spannungsspitze zu erzeugen, die ein Klingeln im LC-Tank verursacht, das durch die Induktivität und die Kapazität der Diode gebildet wird, was ein EMI-Problem darstellt.

Im wirklichen Leben ist das Klingeln viel kürzer als hier gezeigt, da der Induktor bei hoher Frequenz viele Verluste aufweist. Hier klingelt es bei ca. 1MHz.

Durch die Verwendung schnellerer Dioden (niedriger Qrr) werden sie bei einem niedrigeren negativen Strom ausgeschaltet, wodurch die zur Anregung des Klingelns verfügbare Energiemenge verringert wird. Soft Recovery-Dioden erzeugen einen gleichmäßigeren Stromschritt, der den gleichen Effekt hat. Schnelle / weiche Wiederherstellungsdioden reduzieren hier EMI-Probleme. Eine billigere Lösung besteht jedoch darin, nur Kappen über die Dioden zu setzen. Es funktioniert genauso gut.

Rote Spur ist ohne Kappen und ohne Dämpfer. Es klingelt bei 1 MHz. Durch Hinzufügen einer 10-nF-Kappe über der Diode wird die Klingelfrequenz auf 100 kHz (grün) gesenkt, was kein Problem mehr darstellt. Außerdem werden die Kanten geglättet, sodass das EMI-Problem behoben ist. Blau wird mit Snubber hinzugefügt (R3 / C3). Viel sauberer, aber nicht unbedingt notwendig. Transformator-Eisenverluste würden es sowieso meistens meistens dämpfen.

Zusammenfassung: Superschnelle Dioden verursachen weniger Rauschen, aber nur aufgrund eines subtilen Nebeneffekts: Sie lassen vor dem Ausschalten weniger Strom (und Energie) im Induktor aufbauen. An diesem Punkt wird die gespeicherte Energie des Induktors in Klingeln umgewandelt. Das Absorbieren der Induktorenergie in einem Kondensator und das Abführen in einem Dämpfungswiderstand ist genauso gut. Tatsächlich funktioniert es besser für weniger Geld ... was bedeutet, dass es für teure superschnelle Dioden keinen wirklichen Kosten-Nutzen-Gewinn gibt. Aber sie arbeiten. Sie sind einfach nicht die optimale Lösung.

Fast immer ist der von Ihnen gezeigte Brückengleichrichtertyp nicht billiger als einzelne Dioden und enthält dieselben Dioden, die Sie möglicherweise in einer diskreten Brücke verwenden. Die geformten Einheiten sind:
1. In der Regel eine einzelne Schraubbefestigung, um die physische Montage dort zu erleichtern, wo keine Leiterplatte vorhanden ist.
2. Einfachere Montage auf einem Kühlkörper in einem Aluminiumgehäuse (größere Größen) und Laschenanschlüsse für eine einfache physische Verkabelung. 3. In der Regel zur Verwendung unter 400 Hz

Der TO220 und dergleichen enthalten drahtgebundene und nicht eingekapselte diskrete Dioden. Diese Formfaktoren sind viel einfacher zu handhaben (sowohl Mensch als auch Maschine)

Der MUR860 ist jedoch KEIN Brückengleichrichter und wird wahrscheinlich nicht in denselben Anwendungen verwendet, in denen geformte Brückengleichrichter verwendet werden. Dies ist ein Hochgeschwindigkeitsdiodenpaar, das zum Schalten von Stromversorgungen verwendet wird, und ein relativ spezialisiertes Gerät.

Wenn Sie sich die Leistung von Gleichrichtern ansehen, die mit 50/60 Hz arbeiten, können Sie den CircuitLab-Schaltungssimulator verwenden.

Hier ist ein einfacher Halbwellengleichrichter mit einer 1N4001-Diode. Dies hat eine sehr schlechte Rückwärtswiederherstellungszeit, ist jedoch bei 50/60 Hz nicht von Belang. Ich habe der Wechselstromquelle einen Serienwiderstand hinzugefügt, da sie in diesem Simulator nicht Teil des Quellenelements ist.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Wenn Sie die Simulation ausführen, werden Sie feststellen, dass kein Rückwärtswiederherstellungsstrom angezeigt wird. Dies liegt daran, dass bei 50/60 Hz die Änderungsrate der Spannungsquelle sehr gering ist, so dass die in der Verbindungsstelle gespeicherte Energie leicht abgeführt werden kann.

Die Geschichte ändert sich jedoch, wenn Sie die Frequenz erhöhen, und bei nur 1 kHz wird die umgekehrte Erholungszeit zu einem Faktor. Wenn Sie die Kurven untersuchen, werden Sie feststellen, dass das I (RR) ungefähr 130 mA beträgt.

Wenn wir noch weiter auf 20 kHz gehen, können Sie sehen, dass die Diode sowohl durch die Speicherung der Sperrschichtladung als auch durch die Rückwärtswiederherstellungszeit ernsthaft beeinträchtigt wird.

Während Reverse Recovery-Zeiten bei hohen Frequenzen ein ernstes Problem darstellen, sind sie es bei 50/60 Hz nicht. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die Änderungsrate der Spannung (dv / dt) bei niedrigen Frequenzen sehr viel geringer ist.

Könnten Sie schnell Wiederherstellungsdioden in eine 50/60-Hz-Gleichrichteranwendung einbauen? Würden Sie eine Verbesserung sehen ..... sehr, sehr zweifelhaft.

Ich würde jeden herausfordern, einen guten Grund zu finden, schnelle Dioden in dieser Art von Anwendung zu verwenden.