Ispravljač predstavlja statički pretvarač električne energije naizmenične struje u električnu energiju jednosmerne struje. Osnovni element većine ispravljača je transformator. Kao što znamo, transformatori su uglavnom skupi i glomazni, što bitno utiče na sam uređaj koji koristi ispravljač. Međutim, postoje i ispravljači koji ne koriste transformator. Ovakvi ispravljači su jeftiniji i manji, ali mogu se koristiti samo kod uređaja koji ne zahtevaju velike struje. U ovom tekstu upoznaćemo se sa principom rada i proračunima takvih ispravljača.
Kondenzator za smanjivanje napona
Osnovni element ovakvih ispravljača je kondenzator za smanjivanje napona (eng. Voltage Dropping Capacitor) koji se vezuje serijski sa fazom naizmeničnog napajanja i koji, kao što i samo ime govori, ima ulogu u smanjivanju ulaznog napona od 230 VAC. Odabir ovog kondenzatora i dizajn samog ispravljača zahtevaju znanje i praktično iskustvo, kako bi se dobili željeni napon i struja. U kolu se mora koristiti X-rated kondenzator, određen za upotrebu u AC mreži. Običan kondenzator se ne može koristiti iz prostog razloga što bi strujni “vrhovi” iz mreže naravili “rupe” u dielektriku pa bi brzo došlo do proboja kondenzatora.
Pre odabira kondenzatora, potrebno je razumeti princip rada. X-Rated kondenzatori se prave za napone od 250, 400 i 600 VAC, mada ih ima i za veće napone. Reaktansa kondenzatora (Xc), efektivna vrednost naizmeničnog napona (U=230 V) i frekvencija (f=50 Hz) su važni parametri koji će se razmatrati pri odabiru kondenzatora. Pored ovih parametara, pri odabiru kondenzatora moramo imati i željenu vrednost struje (I) koja nam je potrebna. U tu svrhu poslužićemo se Omovim zakonom:
I = U/Z
gde Z predstavlja električnu impedansu. Impedansa se računa po jednačini Z = √(R2+Xc2). Pošto je reč o kondenzatoru, nema omskog otpora, pa je impedansa jednaka reaktansi kondenzatora (Z = Xc). Reaktansa kondenzatora kapacitivnosti C pri frekvenciji f računa se pomoću formule:
Xc = 1/(2·Pi·f·C)
Sada naša jednačina za jačinu struje dobija oblik:
I = 2·U·Pi·f·C
Na primer, ako imamo kondenzator od 0,22 μF, pri uslovima gradske mreže u našoj zemlji (230V/50Hz) dobićemo struju jačine I = 15,9 mA. Ako je kondenzator deklarisan na 230 V, kolo će moći da isporuči struju od oko 15 mA. Za mnoga kola to nije dovoljno, pa se preporučuje upotreba kondenzatora od 470 nF deklarisanog na 400 V. Struja koja će tada moći da se isporuči potrošaču kreće se oko 30 mA.
Ispravljanje i “peglanje” napona
Ispravljanje napona vrši se pomoću dioda. Ove diode treba da imaju dovoljan PIV (Peak Inverse Voltage). PIV predstavlja maksimalni napon koji dioda može da izdrži pri inverznoj polarizaciji. Npr. dioda 1N4001 može da izdrži do 50 V, dok dioda 1N4007 ide do 1000 V inverznog napona. Dakle, pogodna opcija za ispravljač je dioda 1N4007. Pošto je ovo silicijumska dioda, pad napona na njoj je 0,6 V. Većina ispravljačkih dioda serije 1N deklarisane su za struje od 1 A. Na našem ispravljaču, struja će biti mnogo manja, pa ove diode zadovoljavaju sve uslove. Diode se vezuju u Grecov spoj (može se koristiti i integrisani Grecov spoj), na čijem izlazu dobijamo talasni jednosmerni napon. Njegovo peglanje vršimo elektrolitskim kondenzatorom od 1000 μF.
Naponska regulacija
Naponsku regulaciju vršićemo zenerovom diodom. Zenerova dioda je tako dizajnirana da radi pri inverznoj polarizaciji i koristi lavinski proboj, kako bi na svojim krajevima držala konstantan napon. Zato je postala nezamenljiva kod jednostavnijih naponskih regulatora. Serijski sa zenerovom diodom mora se postaviti otpornik kako bi se ograničila struja koja kroz nju protiče. Svaka zenerova dioda je deklarisana naponom na njenim krajevima pri inverznoj polarizaciji i snagom. Izlazni napon našeg ispravljača će zavisiti od upotrebljene zenerove diode (npr. 12V).
Električna šema ispravljača
Konačno, nakon teoretskog dela, dolazimo do samog ispravljača. Šema ispravljača prikazana je na Slici 1. Kondenzator C1 (225K 400V) predstavlja X-rated kondenzator od 2,2 μF. Otpornik R2 ima ulogu odvođenja struje iz kondenzatora nakon prekida napajanja. Bez ovog otpornika čitav uređaj bi mogao biti uništen. Otpornik R1 štiti uređaj od strujnog udara prilikom priključivanja na mrežu. Punotalasni ispravljač (Grecov spoj koji čine diode D1-D4) ispravlja sniženi AC napon, dok kondenzator C2 pegla dobijeni DC napon. Pri ovakvom dizajnu, ispravljač će moći da isporuči struju od oko 100 mA pri 24 V. Ovaj napon se dalje može regulisati na željeni napon pomoću zenerove diode od 1W. Radi sigurnosti, poželjno je na ulazu u ispravljač postaviti osigurač kao i jedan metal-oxide varistor (MOV) paralelno fazi i nuli napajanja, kao bezbednosna mera usled kratkog spoja ili slično. LE dioda se upotrbljava kao indikacija prisustva napona, a otpornik R4 ograničava struju kroz nju.
Slika 1. Električna šema ispravljača bez transformatora
Prednosti i mane
Prednosti ovakve vrste ispravljača su manja cena u odnosu na konvencionalne ispravljače sa transformatorima i manje dimenzije i masa. Transformatori su skupi, glomazni i teški, te bitno utiču na dimenzije i masu uređaja u koje se ugrađuju. Mane ispravljača bez transformatora su niska izlazna struja (do oko 100 mA), nepostojanje galvanske razdvojenosti mrežnog napona od 230 VAC i uređaja koji se napaja i variranje izlaznog napona i struje usled variranja mrežnog napona.
PAŽNJA ! ! !
Izrada ovog oblika ispravljača se preporučuje samo osobama sa iskustvom u radu sa napajanjem iz gradske mreže. Dakle, ne upuštajte se u rad sa ovakvim kolom ako niste iskusni u rukovanju sa visokim naponima.
Velika pažnja se mora preduzeti za vreme testiranja napajanja. Ne dirajte bilo koje tačke uređaja ako je on povezan na napon gradske mreže. Čak i nakon isključivanja napajanja, izbegavajte kontakt sa kondenzatorom za smanjivanje napona, kako biste sprečili električni udar. Posebnu pažnju treba obratiti kako ne bi došlo do kratkih spojeva tokom povezivanja i testiranja. Ispravljač mora biti izolovan od ostatka kola i mora biti smešten u metalnu kutiju (naravno, bez kontakata delova ispravljača sa kutijom) koja je propisno uzemljena.
Pozdrav, pratim vašu stranicu već duže vremena, pa mi treba mala pomoć. Imam voltmetar koji mjeri istosmjerni napon do 100 V, a meni treba da mjeri izmjenični napon do 100 V. Mislio sam prije voltmetra staviti grecov spoj sa nekim filterom, kondezator i sl. Ako možete da mi odgovorite koje elemente da nabavim i kako da ih povežem. Velika hvala unaprijed.