Мостовой выпрямитель: 4 диода против одного чипа?

Я замечаю (по крайней мере, среди любителей аудио DIY), что когда придет время разработать блок питания для усилителя, ЦАП или чего-то еще, что список запчастей неизбежно будет включать что-то вроде «4 x MUR860 диода» ради создания полного волновой мостовой выпрямитель (особенно популярен MUR860).

Однако вы получаете эти «микросхемы» мостового выпрямителя «все в одном», которые по существу включают 4 диода в правильной конфигурации моста, и:

1. часто размещаются в металлических оболочках, которые при необходимости могут быть охлаждены
2. как правило, может обрабатывать гораздо более высокое напряжение / ток
3. занимают меньше места на физической плате, чем 4 дискретных диода
4. часто стоят менее 4-х дискретных диодов!

Вопрос : Есть ли какие-либо преимущества в использовании отдельных диодов по сравнению с микросхемой выпрямителя с одним мостом, и если нет, то почему это так популярно? Речь идет об удовлетворении от "создания этого самостоятельно" или, возможно, о какой-то аудиофолерии на работе? Спасибо!

Не могу поверить, что я написал все это дерьмо о диодах ...

MUR860 действительно будет звучать лучше, но объяснение немного тонкое:

Кремниевые диоды не выключаются мгновенно. Поскольку напряжение на диоде становится отрицательным, ток все еще течет в обратном направлении в течение короткого времени, пока заряды, хранящиеся внутри диода, не будут очищены. Когда это будет сделано, диод выключится.

Различные диоды имеют совершенно разные характеристики восстановления, как показано на этом графике:

( источник )

Ток действительно становится отрицательным («неправильное» направление для диода) в течение времени, которое называется «временем восстановления». Красный занимает больше времени.

В преобразователе постоянного тока важно иметь диод, который быстро отключается. Представьте себе старый добрый 1N4001 с временем восстановления trr = 30 мкс в преобразователе постоянного тока, работающем на частоте 200 кГц (время цикла 5 мкс). Он даже не успел выключиться. Это не сработает вообще. Вот почему в преобразователях постоянного тока используются гораздо более быстрые диоды.

Теперь вернемся к вашему аудио материалу. Проверьте красный и фиолетовый следы выше, вы заметите, что красный занимает больше времени, но плавно отключает ток. Фиолетовый выключается очень резко, с огромным ди / дт (4 ампера как 10 нс). В выпрямителе с частотой 50 Гц такого не происходит, ток не успевает перейти в амперы до выключения диода, всего несколько мА. Но Вы получаете идею.

Как только диод выключен, это теперь конденсатор. Какая бы индуктивность ни находилась в следах, проводах и т. Д., Вокруг нее образуется цепь LC-бака с кольцом.

Количество звонков зависит от резкости выключения и тока, при котором происходит выключение. Быстро-мягкие восстановительные диоды производят меньше звонков.

Теперь этот звонок обычно на довольно высокой частоте. Также резкий di / dt при выключении генерирует широкополосный радиочастотный шум. Это соединит в соседнюю схему, добавив все виды шума и мусора к чувствительным сигналам. Это не аудиофоолерия, просто инженерия.

Тем не менее, MUR860 стоит дорого, поэтому вы можете использовать дешевые диоды с медленным восстановлением, если вы наденете на них колпачки, чтобы поглотить всплеск шума при отключении. Это делает каждый AM / FM-тюнер с питанием от сети, а также большинство потребительского аудиооборудования. Производители не будут принимать участие, если это не нужно! Все оптимизировано по стоимости. Но без колпачков тюнер будет побежден шумом и не получит радио.

Затем вы можете добавить демпфер на вторичной обмотке трансформатора, чтобы ослабить звено LC.

Вопрос: Есть ли преимущества в использовании отдельных диодов по сравнению с микросхемой выпрямителя с одним мостом?

Преимущество в том, что вы можете выбрать быстрое мягкое восстановление или диоды Шоттки. Консервированные диодные мосты обычно состоят из сверхмалых диодов.

и если нет, то почему это так популярно?

Потому что это работает. Обратите внимание, что 4 колпачка по 3 цента работают одинаково хорошо, но коэффициент бахвальства меньше. Быстрые диоды сексуальнее и дают больше очков змеиного масла.

РЕДАКТИРОВАТЬ , старый след от моего жесткого диска ... BYV27-150 дешевые быстрые диоды, маленький 12V 10VA трансформатор.

Синий - это вторичный трансформатор. Плоская верхняя часть - это когда диод включен, питающий конденсатор заряжается, ограничивая напряжение на вторичной обмотке трансформатора из-за его внутреннего сопротивления обмотки. Синий след делает шаг вниз, когда диод выключается. Это очень очевидно, оно падает на 1 В, не может пропустить это!

Обратите внимание, что диод выключается только на пике синусоиды, если нагрузка потребляет нулевой ток. Когда нагрузка потребляет ток, как это обычно бывает, диод выключается после пика.

Теперь мне нравится смотреть это через фильтр верхних частот (желтый след ниже). Амплитуда ослаблена, поскольку фильтр верхних частот должен использовать крошечный колпачок, около 100 пФ, иначе это может привести к тому, что я хочу наблюдать, поэтому входная емкость прицела взаимодействует с ним. Но общая форма сигнала должна быть в порядке. Обратите внимание на резкий резкий скачок, за которым следует высокочастотный звонок. Диоды с более высоким Qrr, такие как 1N4001, были бы намного хуже.

РЕДАКТИРОВАТЬ 2

Я восстанавливал старый усилитель, менял электролитику с 1979 года ... и этот усилитель не имеет заглушек на диодном мосту. Возможно, потому что у него нет AM-тюнера. В любом случае, способ сделать это - прикрепить пробник на изоляторе одного из вторичных проводов трансформатора. Нет необходимости устанавливать какие-либо контакты (кроме, очевидно, заземления зонда). Этот мусор проходит через изоляцию провода и в зонд области.

Это спайк восстановления выпрямителя. К сожалению, на проводах трансформатора это проявляется как обычный режим, что означает, что вся вторичная обмотка действует как антенна и будет емкостно соединять пики в соседних цепях. Материал с высоким импедансом, такой как объемный горшок, является главной жертвой.

Вероятно, поэтому этот усилитель имеет трансформатор, который экранирован внутри металлической банки. Было бы дешевле поставить заглушки через диоды ИМО ...

Теперь, конечно, вторичное напряжение также можно измерить, прикрепив щуп к клеммам платы:

Он имеет обычный вид: плоский верх, затем шип и мгновенное падение на несколько вольт при выключении диода. Масштабирование на шипе:

Итак, вторичные трансформаторные провода имеют пики на 22 вольт (!!!!) с довольно быстрым временем нарастания 2 мкс.

Проблема не в том, что диоды слишком медленные для правильной выпрямления (очевидно, выпрямление работает просто отлично). Проблема возникает, когда эти пики соединяются в какую-то чувствительную схему. Этого трудно избежать, так как они выглядят как синфазные на проводах трансформатора.

ДРУГОЕ РЕДАКТИРОВАНИЕ

Когда осциллограф не согласен с симулятором, один или оба могут быть ошибочными, однако это всегда помогает моделировать реальную цепь (т. Е. Учитывать индуктивность трансформатора) и наблюдать за параметрами симулятора ...

Это работает как ожидалось. Из-за индуктивности трансформатора (напряжение запаздывает по току), диод выключается немного позже, чем можно было бы ожидать из визуального сравнения напряжения ненагруженного трансформатора (черный) и напряжения конденсатора (зеленый). Идеальный диод также выключился бы в тот же момент, а затем вторичное напряжение трансформатора вернулось бы к своему незагруженному значению. Это нормально.

То, что добавляет восстановление, - это крошечное время, чтобы ток диода стал отрицательным. Таким образом, когда диод блокируется, ток индуктора не равен нулю, а составляет несколько мА. Это не много, потому что 50 Гц очень медленный.

Тем не менее, когда диод выключается, индуктор становится достаточно большим, чтобы вызвать резкий всплеск отрицательного напряжения, который вызывает звон в баке LC, образованный индуктивностью и емкостью диода, что является проблемой электромагнитных помех.

В реальной жизни звон намного короче, чем показано здесь, потому что индуктор имеет много потерь на высокой частоте. Здесь он звучит с частотой около 1 МГц.

Использование более быстрых диодов (низкий Qrr) заставляет их отключаться при более низком отрицательном токе, что уменьшает количество энергии, доступной для возбуждения звонка. Мягкие восстанавливающие диоды производят более плавный шаг тока, что дает тот же эффект. Таким образом, диоды быстрого / мягкого восстановления работают, чтобы уменьшить проблемы с электромагнитными помехами. Но более дешевое решение - просто поставить заглушки на диоды. Это работает так же хорошо.

Красный след без колпачков и без демпфера. Звонит с частотой 1 МГц. Добавление 10нФ ограничения на диод снижает частоту звонка до 100 кГц (зеленый), что больше не проблема, это также сглаживает края, поэтому проблема электромагнитных помех исчезла. Синий с добавленным демпфером (R3 / C3). Гораздо чище, но не обязательно. В любом случае, потери в трансформаторе от железа, в основном, ослабят его.

Краткое описание: Сверхбыстрые диоды вызывают меньше шума, но это только из-за незначительного побочного эффекта: они позволяют накапливаться меньшему току (и энергии) в индукторе перед выключением, после чего накопленная энергия индуктора превращается в звон. Поглощение энергии индуктивности в конденсаторе и рассеивание ее в демпфирующем резисторе столь же хорошо, на самом деле это работает лучше за меньшие деньги ... что означает, что для дорогих сверхбыстрых диодов нет никакого реального выигрыша в затратах / выгодах. Но они работают. Они просто не оптимальное решение.

Почти всегда тип мостового выпрямителя, который вы показываете, не дешевле, чем отдельные диоды, и содержит те же диоды, которые вы могли бы использовать в дискретном мосту. Формованные блоки:
1. Как правило, монтируется одним винтом, чтобы облегчить физическую сборку там, где нет печатной платы.
2. Легче монтировать на радиаторе в алюминиевом корпусе (больших размеров), и вы можете иметь разъемы Tab для удобного физического подключения. 3. Обычно для использования ниже 400 Гц

TO220 и тому подобное будут содержать проводные и неинкапсулированные дискретные диоды. С этими форм-факторами гораздо проще работать (как для людей, так и для машин).

MUR860 это НЕ мостовой выпрямитель , однако , и вряд ли будет использоваться в тех же приложениях , которые вы видите отлитые мостовые выпрямители используются. Это высокоскоростная диодная пара, используемая для переключения источников питания, и относительно специализированное устройство.

Если посмотреть на производительность выпрямителей, работающих на частоте 50/60 Гц, вы можете использовать симулятор цепи CircuitLab.

Вот простой полуволновой выпрямитель с диодом 1N4001. Это имеет очень плохое время обратного восстановления, но оно несущественно при 50/60 Гц. Я добавил некоторое последовательное сопротивление к источнику переменного тока, поскольку в этом симуляторе он не является частью элемента источника.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Если вы запустите симуляцию, вы увидите, что обратного тока восстановления не видно. Это связано с тем, что при 50/60 Гц скорость изменения источника напряжения очень низкая, поэтому любая энергия, накопленная в соединении, легко рассеивается.

Однако история изменится, если вы повысите частоту, и только на 1 кГц обратное время восстановления действительно станет фактором. Если вы посмотрите на кривые, вы увидите, что I (RR) составляет около 130 мА.

Если мы пойдем еще дальше до 20 кГц, вы увидите, что диод серьезно скомпрометирован как накоплением заряда на переходе, так и временем обратного восстановления.

Поэтому, хотя обратное время восстановления является серьезной проблемой на высоких частотах, при 50/60 Гц это не так. Это связано прежде всего с тем, что скорость изменения напряжения (dv / dt) на низких частотах намного ниже.

Не могли бы вы добавить быстрые восстановительные диоды в выпрямитель с частотой 50/60 Гц? Видите ли вы какие-либо улучшения ..... очень, очень сомнительно.

Я бы посоветовал кому-нибудь найти вескую причину для использования быстрых диодов в этом типе приложений.