Bruggelijkrichter (Brugcel)

Afbeelding 1

Afbeelding 2

Bruggelijkrichters dienen om een wisselspanning in een gelijkspanning om te zetten. De wisselspanning van het lichtnet heeft een frequentie van 50 herz (Hz), ofwel 50 perioden per seconde. In tekening 02 is de sinusvorm van de netspanning weergegeven.

Er bestaan drie basisschakelingen.

Afbeelding 3

• de enkelfazige/enkelzijdige met één diode (zie fig. 1). Frequentie op de uitgang = 50 herz.
• de dubbelfazige/dubbelzijdige met twee diodes en een middenaftakking op de trafo (zie fig. 2). Frequentie op de uitgang = 100 herz.
• de dubbelfazige/dubbelzijdige met een bruggelijkrichter (zie fig. 3). Frequentie op de uitgang = 100 herz.

In dit voorbeeld gebruiken we een trafo met secundair een spanning van 12 volt wisselspanning (AC). De dioden in fig. 1 en fig. 2 (zie afbeelding 03) moeten minstens een sperspanning hebben van twee × de topwaarde van de wisselspanning. De bruggelijkrichter bestaat uit vier dioden in een behuizing, de brugcel (zie links op tekening 01) of uit vier losse dioden die in brug geschakeld zijn (zie rechts op tekening 01). Dit is de Graetz-schakeling, genoemd naar de uitvinder ervan.
Achter de gelijkrichter hebben we een pulserende gelijkspanning, daarom wordt een elco geplaatst (met grote capaciteit) om de rimpelspanning te verminderen. De onbelaste spanning achter de elco is 1,414 × de wisselspanning die op de ingang van de gelijkrichter staat, minus de drempelspanning over twee diodes (1,4 volt). Dus bij een ingangsspanning van 12 volt wisselspanning staat er op de elco een spanning van: (12 × 1,414) - 1,4 = 15,56 volt.
In figuur 2 (zie tekening 03) geleidt afwisselend diode A of B. In figuur 3 (zie tekening 03) geleiden afwisselend de diodeparen A en A' of B en B'. Aan de rechterzijde van tekening 03 is de vorm van de uitgangsspanning weergegeven.

Afbeelding 4 In tekening 04 ter verduidelijking van de werking nogmaals de schakeling uit figuur 2 hierboven. Tijdens de positieve fase van de netspanning geleidt diode A (zie fig. 1A) en tijdens de negatieve fase van de netspanning geleidt diode B (zie fig. 1B). Daar de netfrequentie 50 herz. is, en tijdens de negatieve én positive fase van de netspanning een diode in geleiding is, staat op de uitgang (+) een pulserende gelijkspanning met een frequentie van 100 herz.

Afbeelding 5 In tekening 05 ter verduidelijking van de werking nogmaals de schakeling uit figuur 3 hierboven (zie tekening 03). Tijdens de positieve fase van de netspanning geleiden de diodes A en A' (zie fig. 2A). Tijdens de negatieve fase van de netspanning geleiden diodes B en B' (zie fig. 2B). Daar de netfrequentie 50 herz. is, en er bij zoweel de negatieve als de positieve fase van de netspanning twee diodes geleiden, staat op de uitgang (+) een pulserende gelijkspanning met een frequentie van 100 herz.

Code

Op een brugcel staat een code: de B van brug, dan de maximale spanning: bijv. 40 volt, daarna de C van Current (stroom in milliampère), en daarachter de maximaal toelaatbare continu-stroom, in dit geval 2200 milliampère oftwel 2,2 Ampère (zie tekening 01). In tekening 06 is een bruggelijkrichter weergegeven met een maximale spanning van 40 volt en een maximale stroom van 5000 milliampère ofwel vijf ampère.

Afbeelding 6
Er zijn ook typen waarop achter de C twee waarden aangegeven staan: bijv. C3300/2200. Het eerste getal is de maximaal toelaatbare continu-stroom, wanneer de brugcel op een voldoende groot koelelement gemonteerd is, én er koelpasta tussen de brugcel en het koelelement aangebracht is. Het tweede getal (achter de schuine streep) is de maximaal toelaatbare stroom, wanneer de brugcel vrij opgesteld is, dus zonder aanvullende koelingmaatregelen.

Afvlakking van de uitgangsspanning

Afbeelding 7
Achter de gelijkrichter (dus op + en -) is een pulserende gelijkspanning ('rimpelspanning' genoemd) aanwezig, en daar is de meeste apparatuur niet voor ontworpen. Die apparatuur verwacht een behoorlijk afgevlakte spanning (gelijkspanning, met zo klein mogelijke rimpel). Daarom wordt over de plus en min van de gelijkrichter een elco met grote capaciteit geplaatst (zie tekening 07) om de rimpelspanning te verminderen c.q. af te vlakken. De uitgangsspanning noemt men daarom 'afgevlakte gelijkspanning'. De waarde van de elco (aantal μF) is afhankelijk van de grootte van de uitgangsstroom.

Afbeelding 8
Bij enkelzijdige gelijkrichting met één diode zal op de buffer-elco een grote rimpel staan. De uitgangsspanning bevat dan een rimpel die veel te groot om gevoelige apparatuur te kunnen voeden (zie tekening 08). We kunnen deze rimpel nog wel verkleinen door een aantal zeer grote elco's parallel te schakelen, maar vanwege de ruimte die dit inneemt (en de kosten) gebruikt men voor het merendeel voedingen met bruggelijkrichter.

Afbeelding 9
Bij dubbelzijdige gelijkrichting (bruggelijkrichter) zal op de buffer-elco een veel kleinere rimpel staan, omdat de frequentie van het aantal pulsen nu verdubbeld is (zie tekening 09).