ブリッジ整流器の理解：原則、分類、および実用的なアプリケーション
2024-07-09 10409

ブリッジ整流器は、4つのダイオードで構成されるブリッジ構造を介して、交互の電流（AC）を直接電流（DC）に変換します。ダイオードの一方向の導電率は、ACの正と負の半サイクルを同じ方向にDCに整理するために使用されます。ブリッジ整流器の設計により、整流効率が向上するだけでなく、安定したDC出力電圧も提供します。この記事では、実際のアプリケーションにおけるブリッジ整流器の作業原則、分類、および役割について詳しく説明します。

カタログ

整流器とは何ですか？

整流器は、交互の電流（AC）を式電流（DC）に変換するために使用される電子デバイスです。一般に、電力システムで使用され、無線信号を検出します。整流器は、ダイオードの一方向の導電率を利用することにより、ACからDCへの変換を促進し、電流が1つの方向のみに流れるようにします。それらは、真空チューブ、イグニッションチューブ、固体シリコン半導体ダイオード、水銀アークなど、さまざまな材料で作ることができます。反対の関数（DCをACに変換）を実行するデバイスは、インバーターと呼ばれます。

スタンバイアップ（途切れやすい電源）では、バッテリーのみを充電する必要があるため、システムには充電器が含まれていますが、負荷に電力を供給しません。対照的に、二重変換はバッテリーを充電するだけでなく、インバーターに電力を供給するため、整流器/充電器と呼ばれます。

整流器の主な機能は、ACをDCに変換することです。これは、ACをDCに変換してからフィルタリングして、荷重またはインバーターに安定したDC出力を提供し、バッテリーの充電電圧を提供するためにフィルタリングし、充電器としても機能します。

制御されていない整流器の動作には、ACサイクルの半分を負荷に通し、脈動するDC出力を生成することが含まれます。制御された整流器では、電流の流れは、トランジスタまたはその他の制御可能なデバイスの伝導を制御することにより管理され、制御されたDC出力をもたらします。

整流器の分類

整流器は、さまざまな基準に従って分類されます。以下は一般的な分類方法です。

修正方法による分類

半波整流器は、ACサイクルの半分でのみ動作します（正のハーフサイクルまたはネガティブハーフサイクル）。残りのハーフサイクルでは非アクティブのままです。したがって、出力電圧は、AC波形の半分のみで構成されています。

ACサイクルの正と負の半サイクルの両方で、フル波整流器が導入されます。これは、出力電圧がサイクルの半サイクルの両方で正であることを意味します。

整流器による分類

ダイオード整流器は、ダイオードを主な整流要素として使用します。これらは通常、低電力および中電力整流回路で使用されます。ダイオードは、電流のみが一方向に流れるようにし、ACからDCへの変換を保証します。

SCRは、オン /オフを正確に制御できる半導体デバイスです。これは、修正プロセスの正確な制御を必要とする高出力整流回路に適しています。SCRは、高効率と高い規制を必要とするアプリケーションの最初の選択肢です。

これらの分類は、さまざまな電子システムにおけるさまざまなタイプの整流器の特定の機能とアプリケーションを理解するのに役立ちます。

図1：ブリッジ整流器

ブリッジ整流器はどのように機能しますか？

ブリッジ整流器は、一般的に交互の電流（AC）を誘導電流（DC）に変換するために使用され、ダイオードの一方向の導電率を利用する整流回路です。ブリッジ構成に配置された4つのダイオードを使用して、AC電力の正と負の半サイクルを一貫したDC出力に是正します。

ブリッジ整流器のコンポーネント

ブリッジ整流器の成分は、4つのダイオード（D1、D2、D3、D4）です。AC電源（入力）;負荷抵抗（RL）;フィルターコンデンサ（オプション、出力電圧を滑らかにするために使用）。

作業原則

ブリッジ整流器の操作には、2つの主要なプロセスが含まれます。ポジティブハーフサイクル修正と負のハーフサイクル修正です。

図2：ブリッジ整流器の波形 - 正のハーフサイクルとネガティブハーフサイクル

正のハーフサイクル修正

電圧極性AC入力の正のハーフサイクル中、入力の上端は正であり、下端は負です。伝導経路は、ダイオードD1とD2が前方バイアスであり、電流を伝導することです。電流は、ACソースの正の端子からD1を介して荷重抵抗器RLを介して流れ、D2を介してACソースの負の端子に戻ります。オフ状態は、ダイオードD3とD4が逆バイアスされ、オフのままであるということです。このサイクル中、電流はRLを左から右に流れます。

負のハーフサイクル修正

電圧の極性は、負の半サイクルの間にAC入力の極性が逆になり、上端が負と下端が正しくなることです。伝達経路は、ダイオードD3とD4が前方偏りであり、電流を伝導することです。電流は、ACソースの負の端子からD3を介して荷重抵抗器RLを介して流れ、D4を介してACソースの正端子に戻ります。オフ状態は、ダイオードD1とD2が逆バイアスされ、オフのままであるということです。極性の反転にもかかわらず、RLを介して流れる電流は依然として同じ方向に流れます（左から右）。

フィルタリング

整流後、出力電圧はまだDCを脈動させています。この電圧を滑らかにしてリップルを減らすために、フィルターコンデンサが追加されます。フィルターコンデンサは、負荷抵抗（RL）と並行して接続されています。このセットアップは、脈動するDCを滑らかにし、電圧リップルを減らし、より安定した出力を提供します。

ブリッジ整流器回路

ブリッジ整流器は、ダイオードの半波修正で改善されます。その主な機能は、交互の電流（AC）を直流（DC）に変換することです。これは、特定の配置で4つのダイオードを使用して、AC入力の正と負の半サイクルを単方向DC出力に是正することで行います。

図3：ブリッジ整流器回路

ブリッジ整流器は、ダイオードの単方向導電率を使用してACをDCに変換します。AC電圧と電流は定期的に方向を交互に交互にしますが、ブリッジ整流器のDC出力は常に一方向に流れます。ブリッジ整流器は、ACサイクルの半サイクルを同時に使用するため、単相半波およびフル波整流器よりも効率的です。これにより、よりスムーズでより連続したDC出力が可能になります。電源、バッテリー充電器、さまざまな電子デバイスなどのアプリケーションでは、安定したDC電源が必要です。フィルタリングと組み合わせたブリッジ整流器は、これらのアプリケーションに必要な安定したDC電力を提供できます。

ブリッジ整流器の機能

ACからDC変換

ブリッジ整流器の主な機能は、AC入力をDC出力に変換することです。AC電圧と電流が交互に流れますが、DC電圧と電流が一定の方向に流れます。ブリッジ整流器のダイオードにより、電流は一方向のみに流れるようになり、この変換が確保されます。

効率の向上

ブリッジ整流器は、AC電力の正と負の半サイクルの両方を使用します。このデュアル利用は、単相整流器と比較して効率を向上させます。リップルが少なくなると、より滑らかなDC出力が得られます。

安定したDC電力

安定したDC電源は、電子機器、電源、バッテリー充電器に適しています。フィルタリングコンデンサと組み合わせたブリッジ整流器は、この安定した電源を提供できます。

理想的には、ブリッジ整流器の出力電圧（平均値）は、

v_out =（2V_M）/π-（4V_F）/π

ここで、V_MIS入力AC電源のピーク電圧、V_Fは各ダイオードの前方電圧降下です。

例

入力電圧220V（有効値、RMS）のAC電源があり、整流にブリッジ整流器を使用しているとします。ダイオードの前方電圧降下は0.7Vです。

入力条件：

入力電圧220V AC（RMS）

ピーク電圧v_m = 220×√2≈311V

ダイオードフォワード電圧ドロップV_F = 0.7V

出力の計算：

平均出力電圧V_AVG =（2×311）/π-（4×0.7）/π≈198V

このようにして、ブリッジ整流器はAC電圧を198Vに近いDC電圧に変換します。まだいくつかの変動がありますが、適切なフィルタリングデバイスを使用して安定したDC電源を提供することにより、出力をさらに滑らかにすることができます。フィルター回路を接続した後、平均出力電圧は入力ACのRMS値の約1.2倍であり、オープンサーキット負荷電圧はRMS値の約1.414倍です。この計算は、AC入力から安定した滑らかなDC出力を達成するために必要なコンポーネントを決定するのに役立ちます。

コンデンサはフィルターとしてどのように機能しますか？

フィルタリングは、不要な信号波を除去します。ハイパスフィルタリングでは、高周波信号が回路を通過して出力まで簡単に通過しますが、低周波信号がブロックされます。AC回路には、さまざまな周波数の電圧または電流信号が含まれていますが、そのすべてが必要ではありません。不要な信号は、回路の動作を破壊する干渉を引き起こす可能性があります。これらの信号をフィルタリングするために、さまざまなろ過回路が使用され、コンデンサが重要な役割を果たします。修正信号はAC信号ではありませんが、概念は似ています。コンデンサは、絶縁体で区切られた2つの導体で構成されています。フィルタリング回路では、コンデンサはエネルギーを保存してACリップルを減らし、DC出力を改善します。

図4：ハイパスフィルター回路図

コンデンサが信号をフィルタリングする方法

コンデンサは充電を保存および解放できます。電圧が増加すると、コンデンサは充電されます。電圧が低下すると、コンデンサが排出します。この特性は、電圧の変動を滑らかにします。ブリッジ整流器などの整流回路では、出力DC電圧は滑らかではなく脈動します。フィルターコンデンサを出力に接続すると、これらの脈動を滑らかにすることができます。

図5：ブリッジ整流器 - フルウェーブダイオードモジュール

•ポジティブハーフサイクル： 正の半サイクル中に電圧が増加し、コンデンサが充電されます。保存された電気エネルギーは、電圧ピークで最大値に達します。

•負の半サイクル： 負の半サイクル中に、電圧が低下し、コンデンサが負荷を介して放電します。この放電は負荷に電流を提供し、出力電圧が急激に低下し、波形が滑らかになるのを防ぎます。

コンデンサの充電および放電作用により、整流された出力電圧がより一定のDCレベルに滑らかになり、電圧の変動と波紋が減少します。

適切なコンデンサの選択

フィルターコンデンサのサイズは、フィルタリング効果に直接影響します。一般的に言えば、静電容量値が大きいほど、大きなコンデンサがより多くの電荷を保存し、より安定した電圧を提供できるため、フィルタリング効果が向上します。ただし、静電容量値を大きすぎることはできません。そうしないと、長時間のスタートアップ時間、コンデンサボリュームの増加、コストの増加につながります。

フィルターコンデンサを選択するための経験的式

c = i/（f×Δv）

ここで、Cは静電容量値（Farad、F）です

私は負荷電流です（アンペア、a）

fはパワー周波数（Hertz、Hz）です

ΔVは許容出力電圧リップル（Volt、V）です

フィルターコンデンサの役割

整流電圧が増加すると、フィルターコンデンサが充電され、電圧が徐々に上昇します。整流電圧が低下すると、フィルターコンデンサが排出し、安定した電流を提供し、出力電圧を滑らかにします。フィルターコンデンサの充電および放電作用により、整流された脈動電圧が滑らかになり、電圧リップルと変動が減少します。コンデンサは、DC信号をブロックしながらAC信号を通過できるため、フィルタリングに効果的です。より高い周波数を持つAC信号は、コンデンサをより簡単に通過し、抵抗が少なくなり、コンデンサ全体の電圧が低くなります。逆に、周波数が低いAC信号は抵抗が高く、コンデンサ全体の電圧が高くなります。DCの場合、コンデンサは開回路として機能し、電流はゼロであり、入力電圧はコンデンサ電圧に等しくなります。

整流回路のさまざまな周波数のフィルタリング

フィルターコンデンサがさまざまな周波数を処理する方法を理解するには、フーリエシリーズの拡張について簡単に説明しましょう。フーリエシリーズは、異なる周波数の正弦波信号の合計に非シヌソイド周期信号を分解します。たとえば、複雑な周期波は、異なる周波数の複数の正弦波波に分解できます。

図6：脈動波

整流回路では、出力は脈動する波であり、フーリエシリーズを使用して異なる周波数の正弦波成分に分解できます。高周波成分はコンデンサを直接通過し、低周波成分は出力に到達します。

図7：コンデンサフィルター回路図

コンデンサが大きいほど、出力波形が滑らかになります。より大きなコンデンサはより多くの電荷を保存し、より安定した電圧を提供します。

図8：コンデンサフィルタリング図

脈動する電圧波では、電圧がコンデンサ電圧を下回ると、コンデンサが負荷に排出され、出力電圧が低下しないようにします。この連続充電と放電は、出力電圧を滑らかにします。

ハイパスおよびローパスフィルター回路

ハイパスフィルターでは、コンデンサと抵抗器が直列に接続されています。高周波信号は、コンデンサを通過するときに最小電圧低下を持ち、抵抗器全体でより大きな電流とより高い出力電圧をもたらします。低周波信号は、コンデンサ全体でより大きな電圧降下に直面し、最小出力電圧になります。ローパスフィルターでは、コンデンサは高周波信号をブロックし、低周波数のみを通過させることができます。高周波信号には高インピーダンスと最小出力電圧がありますが、低周波信号はインピーダンスが低く、出力電圧が高くなります。

図9：ハイパスおよびローパスフィルター回路

ブリッジ整流器の種類

ブリッジ整流器は、建設と用途に基づいて分類されます。いくつかの一般的なタイプがあります：

単相ブリッジ整流器

単相ブリッジ整流器は最も単純な形式であり、小型電源機器でよく使用されます。単相ACを脈動DCに変換する4つのダイオードがあります。ACの正のハーフサイクル中に、Diodes D1とD2が導入し、D3とD4はオフになります。負のハーフサイクル中、D3とD4の導電性、およびD1とD2はオフになります。これにより、ACの正と負の半サイクルの両方を正のDCに修正できます。

図10：単相全波制御整流器波形図

三相ブリッジ整流器

3フェーズブリッジ整流器は、産業機器や大規模電力システムなどの高出力アプリケーションで使用されます。これらには、3相ACをよりスムーズなDCに変換する6つのダイオードが含まれています。3相ACの各サイクル中に、ダイオードのさまざまな組み合わせが導入され、陽性と負の半サイクルがDCに修正されます。この方法は、高出力要件に適したよりスムーズなDC出力を提供します。

図11：3相ブリッジが完全に制御された整流回路

制御ブリッジ整流器

制御されたブリッジ整流器は、出力電圧を調節するために、従来のダイオードの代わりにシリコン制御整流器（SCR）を使用します。SCR伝導角を制御することにより、平均DC出力を変更できます。SCR発火角を調整すると、各サイクルでの伝導時間を制御するため、平均出力DC電圧が変更されます。このタイプは、調整可能な電源とDCモーター制御システムでよく使用されます。

高周波ブリッジ整流器

高周波ブリッジ整流器は、高周波電源システムで使用され、通常、高速回復ダイオードを使用して、電源供給の切り替え（SMPS）のニーズを満たします。高速回復ダイオードは逆回復時間が短く、高周波スイッチング操作に迅速に応答する可能性があるため、整流効率が改善され、損失と騒音が減少します。

モノリシックブリッジ整流器

Monolithic Bridge Rectifiersは、4つの整流器ダイオードを単一のチップまたはモジュールに統合し、回路設計を簡素化し、主に小さな電子デバイスと電源アダプターで使用されます。標準のブリッジ整流器と同様に、モノリシックバージョンは、単一のパッケージに統合されているため、信頼性と簡単なインストールを提供します。

完全に制御されたブリッジ整流器

完全に制御されたブリッジ整流器は、通常のダイオードの代わりにサイリスタ整流器（SCR）を使用します。各整流器要素は制御可能であり、出力電圧と電流の正確な調節を可能にします。SCRの伝導角を変化させることにより、整流器の出力を正確に制御できます。この整流器は、DCモータードライブや調整可能な電源など、微細な電圧制御を必要とするアプリケーションに最適です。SCRの発火角を変える機能により、出力の正確な管理が可能になります。

半分制御されたブリッジ整流器

ハーフコントロールされたブリッジ整流器は、サイリスタ（SCR）と通常のダイオードを組み合わせます。通常、単相アプリケーションでは、2つの対向する整流要素はSCRSであり、他の2つはダイオードです。このセットアップは、部分的な規制機能を提供します。一部の要素のみが制御可能ですが、それらは低コストで制限された規制を提供します。半分制御された整流器は、部分的な制御を必要とするシステムに適しており、小型モータードライブやコストに敏感な調整可能な電源など、コストが抑制されていません。

制御されていないブリッジ整流器

制御されていないブリッジ整流器は、通常のダイオードのみを使用し、すべての整流要素は制御できません。これは、最も単純で最も一般的に使用されるブリッジ整流器です。この整流器にはレギュレーション機能がなく、出力電圧または電流を調整することはできず、基本的な修正のみを実行します。これは、パワーアダプターやバッテリー充電器など、安定したDC電源を必要とするさまざまな電子デバイスに適しています。

ブリッジ整流器の適用

溶接で偏光および安定したDC電圧を提供します

溶接装置では、ブリッジ整流器は安定したDC電圧を提供できます。この安定性は、電源が溶接プロセスに直接影響するため、高品質の溶接を可能にします。整流器はAC電力をDC電力に変換し、電流の変動を減らし、安定した溶接アークを確保し、溶接接合部の強度と品質を向上させます。この安定性は、溶接の欠陥を最小限に抑え、特にアーク溶接での全体的な精度を向上させます。

図12：溶接機で使用されるブリッジ整流器

ブリッジ整流器のもう1つの重要な関数は、偏光DC電圧を提供することです。これは、酸化物層の形成が溶接品質に影響を与える可能性のあるアルミニウムやステンレス鋼溶接などの専門的な溶接操作で特に重要です。偏光電圧により酸化が減少し、クリーンな溶接面とより強いジョイントが確保されます。ブリッジ整流器を組み合わせることにより、溶接装置はより安定した高品質の電流を提供し、溶接プロセス全体を強化します。

DC出力をさらに滑らかにし、電圧の変動を減らすために、橋の整流器がフィルターコンデンサと電圧調整器と組み合わせて使用​​されることがよくあります。フィルターコンデンサはリップルを排除し、出力電圧をよりスムーズにしますが、電圧レギュレータは出力電圧が一定であることを保証し、電圧V ariatイオンから溶接品質を保護します。この組み合わせは、溶接電源の安定性を改善し、機器の寿命を延ばします。

内部電源

家庭用家電製品、産業制御機器、通信機器などの最新の電子機器には、適切に動作するために安定したDC電源が必要です。ブリッジ整流器は、AC電力をグリッドからこれらのデバイスに必要なDC電源に変換し、ほとんどの電子コンポーネントと回路はDC電力に依存しています。

ブリッジ整流器では、4つのダイオードがブリッジ回路を形成して、AC電力を脈動DC電力に変換します。次に、フィルターコンデンサが出力を滑らかにし、電圧の変動を減らし、より安定したDC電源を生成します。正確な電力を必要とするデバイスの場合、電圧レギュレータ（線形またはスイッチングレギュレータなど）により、一定かつ正確な出力電圧が保証されます。このセットアップは、電圧の変動による損傷を防ぐことにより、機器の信頼性と寿命を改善します。

家庭用家電製品では、テレビ、サウンドシステム、コンピューターなどのデバイスの内部電力モジュールでブリッジ整流器が使用されます。たとえば、テレビの電源では、ブリッジ整流器がAC電源をDC電源に変換し、テレビ回路に配布する前にろ過および安定化されます。これにより、外部電源が変動しているにもかかわらず、電圧が安定したままであり、それにより画像と音質を維持します。

産業用制御機器には、複雑な動作環境のため、電源安定性のための要件が​​高くなっています。これらのデバイスのブリッジ整流器は、安定したDC電力を提供し、過電圧や過電流保護などの保護回路を介してシステムの安全性と信頼性を向上させます。たとえば、プログラム可能なロジックコントローラー（PLC）では、ブリッジ整流器はさまざまな条件下で安定して動作できます。

ルーターやスイッチなどの通信機器では、ブリッジ整流器は高い安定性の低ノイズパワーを提供できます。これにより、信頼できる信号伝送と機器のスムーズな動作が保証されます。ACをDCに変換し、効率的なフィルタリングと電圧調節を採用することにより、ブリッジ整流器は複雑なネットワーク環境での通信機器の信頼できるパフォーマンスをサポートします。

バッテリー充電器内

ブリッジ整流器は、AC電力をバッテリー充電器でのバッテリー充電に必要な安定したDC電源に変換します。ポータブルデバイスと電気自動車の上昇により、信頼できるバッテリー充電器が不可欠になりました。整流器は、充電器がさまざまなバッテリータイプの特定のニーズを満たす定電流と電圧を提供することを保証します。この安定した電源は、効率的な充電とバッテリー寿命の延長を可能にします。

ブリッジ整流器は通常、ブリッジ回路を形成する4つのダイオードで構成されています。AC電力の正と負の半サイクルを脈動するDCパワーに変換します。この脈動するDCパワーは基本的な要件を満たしていますが、それでも変動します。したがって、バッテリー充電器には通常、フィルターコンデンサが含まれており、電圧を滑らかにし、より安定した出力を確保します。

異なるバッテリーには、特定の充電電圧と電流が必要です。ブリッジ整流器は、これらのニーズを満たすために他の回路モジュールと組み合わされます。たとえば、リチウム電池には、過充電と過充電を防ぐために、正確な電圧と電流制御が必要です。整流器は、定電電モードと一定の電圧充電モードを統合し、充電制御回路と協力して正確な電圧と電流を提供して充電プロセスを最適化します。

パワー変換に加えて、ブリッジ整流器はバッテリー充電器も保護することができます。電源電圧は、瞬間的な過電圧またはサージを発生させる可能性があり、バッテリーと充電器が損傷する場合があります。整流器は、バリストやヒューズなどの保護コンポーネントとともに効果的な保護メカニズムを形成します。入力電圧が安全レベルを超えると、保護回路は電源を速く遮断するか、過剰な電流を迂回させてバッテリーと充電器を保護します。

ブリッジ整流器は、小型デバイス用の充電器だけでなく、高出力電気自動車充電システムでも使用されます。これらのシステムは、より高い電力と電流を処理でき、整流器は信頼できるパフォーマンスで安全で効率的な充電を保証します。効率的な整流および電圧レギュレーションテクノロジーにより、電気自動車のバッテリー寿命を速くし、延長できます。

風力タービン内

風力タービンでは、ブリッジ整流器が風によって生成されたAC電力をDC電力に変換します。このDCパワーは、その後のパワー変換とストレージの基礎です。風力タービンは、さまざまな風速を通じて電力を生成し、不安定なAC電力を生成します。整流器は、この変動するAC電力をより安定したDC電力に効果的に変換します。これは、グリッドと互換性のあるAC電力に簡単に保存または変換できます。

図13：風力タービンで使用されるブリッジ整流器

風力タービン発電機は通常、3相AC電力を生成し、それがブリッジ整流器によってDC電力に変換されます。この変換は電力を安定させ、電圧の変動の影響を減らします。整流されたDC電力は、バッテリーストレージシステムで直接使用するか、インバーターによってAC電源に変換され、風力発電の利用を最適化することができます。

風力タービンの内部では、ブリッジ整流器、フィルター回路、および保護回路が包括的な電力変換および管理システムを形成します。フィルター回路は、整流されたDC電力を滑らかにし、電圧の変動と波紋を減らし、安定した出力を達成します。保護回路は、過電圧と過電流の損傷を防ぎ、システムの安全性と信頼性を確保します。

沖合や山岳地帯などの厳しい環境条件により、風力発電システムには高い信頼性と耐久性が必要です。ブリッジ整流器は、長期の動作を確保するためにそのような条件に耐える必要があります。高品質の材料と高度な製造プロセスは、整流モジュールの耐久性と安定性を改善し、システムの効率を改善し、メンテナンスコストを削減し、機器のサービス寿命を延長します。

風力タービンにブリッジ整流器を適用すると、効率的な電力変換と管理が可能になります。これらの整流器は、エネルギー変換効率と電力品質を改善し、再生可能エネルギーの発達を促進し、化石燃料への依存を減らします。風力発電などのクリーンエネルギー源がグローバルエネルギーミックスの不可欠な部分になるにつれて、ブリッジ整流器はこの変換において重要な役割を果たします。

変調信号の振幅を検出します

電子通信システムでは、変調信号の振幅を検出する必要があります。このプロセスは、無線周波数（RF）通信およびオーディオ信号処理で特に重要です。ブリッジ整流器は、AC信号をDC信号に変換し、振幅検出をより簡単かつより正確にします。複雑なAC信号を測定可能なDC電圧に変換することにより、整流器が正確な振幅検出を有効にします。

ブリッジ回路の4つのダイオードで構成されたブリッジ整流器は、ACの正と負の半サイクルの両方を処理し、より滑らかで安定したDC出力を生成します。整流されたDC電圧は、元の信号の振幅に比例しているため、変調信号の振幅を正確に測定できます。

ブリッジ整流器は、RFレシーバーおよび送信機内の振幅検出回路に不可欠です。これらの回路は、信号強度をリアルタイムで監視し、安定した高品質の信号伝送に必要な調整を可能にします。また、アンプやボリューム制御回路などのオーディオデバイスでも一般的です。オーディオ信号の振幅を検出すると、リスニングエクスペリエンスが向上するための動的ボリューム調整が可能になります。

振幅検出の精度を向上させるために、ブリッジ整流器は、多くの場合、フィルタリングおよび増幅回路とペアになります。フィルター回路は、リップルを除去することにより整流されたDC信号を滑らかにしますが、アンプ回路は信号振幅を増加させ、それにより検出感度と精度を向上させます。この組み合わせは、さまざまな変調信号と頻度で機能し、多くのアプリケーションに信頼できる技術サポートを提供します。

通信およびオーディオ機器に加えて、ブリッジ整流器もレーダーシステムで使用され、エコー信号の振幅を検出し、ターゲットの距離とサイズを決定するのに役立ちます。医療機器では、心電図（ECG）シグナルの振幅を検出し、疾患の診断に貴重なデータを提供するのに役立ちます。

高ACを低DC電圧に変換します

ブリッジ整流器は、パワーアダプター、産業機器、さまざまな電子デバイスなどのアプリケーションの高いAC電圧を低いDC電圧に変換するために、パワーエレクトロニクスで広く使用されています。整流器は、メイン電源から高電圧ACを効率的に変換することにより、低電圧DC電力を必要とするデバイスの信頼できる操作を保証します。

ブリッジ整流器は、4つのダイオードを使用してブリッジ回路を形成して、入力AC電力の2つの半サイクルを是正し、脈動DC電力に変換することで機能します。この脈動するDC電力にはいくつかのリップルが含まれていますが、その後のフィルタリングと電圧調節は安定した低電圧DCパワーを生成します。フィルターコンデンサは電圧の変動を滑らかにしますが、電圧調整器は出力電圧が正確であることを保証し、一貫したデバイスパフォーマンスを保証します。

ブリッジ整流器は、電圧変換を実行するだけでなく、回路を保護します。たとえば、産業機器では、低電圧DCに変換すると、高電圧ACが過電圧に遭遇する可能性があります。整流器と過電圧保護回路とヒューズを組み合わせると、機器の安全性が保証されます。入力電圧が安全レベルを超えると、保護回路はすぐに電源を遮断するか、損傷を防ぐために電流を制限します。

電源アダプターでは、ブリッジ整流器が必須コンポーネントです。たとえば、携帯電話充電器はブリッジ整流器を使用して220V ACをDCに変換し、その後ろ過して踏み下げて充電のために安定した5Vまたは9V DCを出力します。このプロセスは、安全で効率的な充電を保証し、バッテリー寿命を延ばします。

多くの場合、産業機器には、内部回路と制御システムを電力するために、低電圧DC電源が必要です。ブリッジ整流器は、高電圧工業用ACを適切な低電圧DCに変換し、CNC工作機械やモーター制御システムなどの機器の通常の動作を確保します。熱散逸と効率は、高電圧ACを低電圧DCに変換する際の課題です。整流により熱が発生するため、ブリッジ整流器にはヒートシンクが装備されているか、パフォーマンスと耐久性を向上させるために高効率の半導体材料で作られています。

ブリッジ整流器vs.半波整流器

ブリッジ整流器と半波整流器は一般的な整流器タイプですが、建設、パフォーマンス、およびアプリケーションが大きく異なります。これらの違いを理解することは、さまざまなアプリケーションに最も適切な修正ソリューションを選択するのに役立ちます。

ブリッジ整流器

ブリッジ整流器は、ACサイクル全体にわたって電力を変換するため、より効率的です。ブリッジ構成に配置された4つのダイオードを使用して、AC入力の正と負の半サイクルの両方を処理できるようにします。入力電圧全体が使用されるため、出力電圧が高くなります。ブリッジ整流器を接続すると、すぐにその効率に気付くことができます。出力電圧は、半波整流器の出力電圧よりも滑らかで高くなっています。この効率は、ブリッジ整流器が電力アダプター、溶接装置、産業制御システムなどの高性能電源で使用される理由です。安定したDC出力により、安定した電力が必要なアプリケーションに最適です。

半波整流器

半波整流器はよりシンプルで、基本的な修正には1つのダイオードのみが必要です。AC入力の正のハーフサイクル中にのみ動作し、この期間中にのみ電流が通過することができます。負のハーフサイクルがブロックされているため、ポジティブなハーフサイクル電流のみを含む脈動DC出力が生じます。半波整流器を使用する場合、そのシンプルさに気付くでしょう。セットアップは簡単ですが、出力の効率が低く、電圧が低く、リップルが大きくなります。これにより、単純な充電器や低電力信号処理回路など、高出力品質を必要としない低電力デバイスに適しています。

比較とアプリケーション

効率と安定性：ブリッジ整流器は、より高い効率と安定性を提供します。彼らは完全なACサイクルを利用して、最小限のリップルでよりスムーズなDC出力をもたらします。フィルタリング回路とペアリングすると、出力電圧のリップルがさらに低下し、安定した滑らかなDC電圧を提供します。これにより、高品質が必要なアプリケーションに適しています。

複雑さとコスト：ブリッジ整流器は建設がより複雑で、4つのダイオードが必要です。ただし、電子機器の進歩により、これらのコンポーネントのコストとサイズが削減され、ブリッジ整流器がより簡単に利用可能になりました。

シンプルさと費用対効果：ハーフ波整流器は、建設が簡単でコストが低いため、高電力品質が重要ではないアプリケーションにとって有利です。それらは、ポータブルデバイスや低コストの電子機器などの小規模で低電力回路に最適です。効率が低く、電圧の変動が大きくなりますが、それらのシンプルさにより、いくつかの用途には手頃な価格の選択肢になります。

適切な整流器の選択

ブリッジ整流器と半波整流器を選択すると、アプリケーションの特定の要件に依存します。高効率と安定した出力のために、ブリッジ整流器が最良の選択です。特に低電力アプリケーションでは、単純さと低コストのために、半波整流器がより適切になる場合があります。

ブリッジ整流器とACスイッチの比較

ブリッジ整流器とACスイッチは、パワーエレクトロニクスで異なる役割を果たします。ブリッジ整流器は、交互の電流（AC）を誘導電流（DC）に変換し、ACスイッチはAC回路のオンオフ状態を制御します。それらの機能とアプリケーションを理解することは、電子機器を効果的に設計および使用するのに役立ちます。

ブリッジ整流器

ブリッジ整流器は、ACの正と負の半サイクルをDCに変換します。これは、交互に動作する4つのダイオードを使用して達成され、AC電流が単一の方向に流れ、脈動するDC出力が得られるようにします。ブリッジ整流器を使用する場合、サイクル全体でACをDCにどれだけ効率的に変換するかがわかります。特に、フィルターコンデンサと電圧調整器と組み合わせると、出力電圧が高く、より滑らかになり、変動を減らして安定したDCを提供できます。これらの特性により、ブリッジ整流器は、パワーアダプター、溶接機器、および安定した信頼性の高い電源が必要な産業制御システムに最適です。

ACスイッチ

ACスイッチは、サイリスタ、双方向サイリスタ、またはAC回路の伝導と切断を制御するためのソリッドステートリレーなどの電子スイッチング要素を使用します。ACスイッチを使用すると、それらは迅速に対応し、サービス寿命が長く、信頼性が高いことがわかります。高周波数で動作することができ、家電製品、照明システム、産業用自動化制御など、頻繁にスイッチングを必要とするアプリケーションに適しています。システムが安全かつ効率的に動作するように、効果的に配電分布を管理します。

組み合わせたアプリケーション

一部のシステムでは、ブリッジ整流器とACスイッチが複雑な電力管理と制御のために一緒に使用されます。たとえば、途切れやすい電源（UPS）システムでは、ブリッジ整流器が入力AC電源をバッテリーストレージとインバーターの使用のためにDC電源に変換します。ACスイッチは電源スイッチングを制御し、バックアップ電源にすばやく切り替えることにより、主電源故障中の連続電力を確保します。この組み合わせは、両方のコンポーネントの強度を活用して、安定した信頼できる電力ソリューションを提供します。

設計上の考慮事項

ブリッジ整流器とACスイッチの設計と選択には、さまざまな要因が含まれます。ブリッジ整流器の場合、入力電圧と電流仕様、整流効率、熱管理、および物理サイズを検討してください。ACスイッチの場合、電圧と電流の評価、スイッチング速度、頑丈さ、電磁互換に注意してください。エンジニアは、特定のアプリケーション要件に基づいて適切なコンポーネントを選択して、最適なパフォーマンスと信頼性を実現する必要があります。

結論

整流器は、電子システムと電力システムで非常に重要です。半波整流器、フル波整流器、またはブリッジ整流器であろうと、それらはすべて、さまざまなアプリケーションシナリオで重要な役割を果たします。ブリッジ整流器は、高性能の電源、溶接機器、および産業制御システムが高いため、高性能の電源、産業制御システムで広く使用されています。半波整流器は、単純な構造と低コストのため、低電力電子デバイスに適しています。整流器を設計および選択するとき、エンジニアは、入力電圧、電流仕様、整流効率、熱管理などの要因を特定のアプリケーション要件に従って包括的に考慮して、最適なパフォーマンスと信頼性を確保する必要があります。整流器の開発と適用は、電子機器の効率と安定性を改善するだけでなく、技術の進歩と産業のアップグレードを促進します。

よくある質問[FAQ]

1.ブリッジ整流器の利点は何ですか？

高効率：ブリッジ整流器は、ACサイクルの両方の半分をDCに変換し、ACサイクルの半分のみを使用する半波整流器よりも効率的になります。これは、エネルギーが無駄になることが少なく、より多くの電力が負荷に供給されることを意味します。

より高い出力電圧：ブリッジ整流器は完全なAC波形を使用するため、結果のDC出力電圧は半波整流器と比較して高くなります。これは、より堅牢な電源につながります。

リップルの削減：フル波修正プロセスは、半波修正と比較して、より少ないリップル（変動）でよりスムーズなDC出力を生成します。このスムーズな出力は、機密の電子デバイスにとって重要です。

信頼性と耐久性：ブリッジ構成で4つのダイオードを使用すると、信頼性と耐久性が向上します。1つのダイオードが失敗したとしても、効率が低下しますが、回路はまだ機能します。

センタータップされた変圧器の必要はありません：中央にタップされたトランスを必要とするフル波整流器とは異なり、ブリッジ整流器はこれを必要とせず、設計をよりシンプルで安価にします。

2.ブリッジ整流器で4つのダイオードが使用されるのはなぜですか？

全波修正：4つのダイオードを使用する主な理由は、フル波修正を達成することです。これは、ACサイクルの正と負の両方の半分が使用され、整流器の効率と出力電圧が増加することを意味します。

方向制御：ダイオードは、電流の流れを指示するブリッジ構成に配置されます。AC入力の正のハーフサイクル中に、2つのダイオードが導入され、電流が一方向に荷重を通過できるようにします。負のハーフサイクル中に、他の2つのダイオードが導入されますが、それらは依然として同じ方向に荷重を通して電流を向けます。これにより、一貫したDC出力が保証されます。

電圧利用：4つのダイオードを使用することにより、ブリッジ整流器はAC電圧全体を利用して、電力変換効率を最大化できます。各ダイオードペアは交互に導入され、負荷が常に単方向電流を確認するようにします。

3.ブリッジ整流器の欠点は何ですか？

電圧降下：ブリッジ整流器の各ダイオードは、小さな電圧降下（通常はシリコンダイオードの場合は0.7V）を導入します。4つのダイオードを使用すると、合計電圧降下が約1.4Vになり、出力電圧がわずかに減少します。

複雑さ：ブリッジ整流器回路は、1つではなく4つのダイオードが必要なため、単純な半波整流器よりも複雑です。これにより、回路の設計とアセンブリの複雑さが向上します。

電力損失：ダイオード全体の電圧降下は、電力損失にも変換されます。これは、高電流アプリケーションでは重要です。これにより、電源の全体的な効率が低下します。

熱生成：ダイオードの電力損失は熱生成につながります。これにより、特に高出力用途では、過熱を防ぐためにヒートシンクなどの追加の冷却測定が必要になる場合があります。

4. DCをブリッジ整流器に入れた場合はどうなりますか？

整流なし：ブリッジ整流器は、電流が一方向にダイオードを通過できるようにすることにより、ACをDCに変換するように設計されています。DCを入力に適用すると、DCはすでに単方向であるため、ダイオードは電流を切り替えたり是正したりしません。

電圧降下：DCは一度に2つのダイオード（ブリッジの各脚に1つ）を通過し、電圧低下が約1.4V（ダイオードあたり0.7V）を引き起こします。これは、出力DC電圧が入力DC電圧よりもわずかに低くなることを意味します。

熱生成：ダイオードを通過する電流は、電力散逸により熱を生成します（p =i²r）。入力電流が高く、ダイオードが損傷する可能性があるか、熱散逸測定が必要な場合、この熱は重要になる可能性があります。

可能な過負荷：適用されたDC電圧がダイオードの定格電圧よりも大幅に高い場合、ダイオードの分解を引き起こし、回路の故障につながる可能性があります。損傷を避けるために、適切な電圧定格を順守する必要があります。