שתי דיודות ופיתול מוצמד: איך שנאי עם הקשה מרכזי מייצר DC-גל מלא

מָבוֹא

שנאי מתואר בדרך כלל כמחליף מתח פשוט: הוא מעלה או מטה AC תוך שמירה על זהה התדר. אבל הוסף פרט חכם אחד - חוט שנשלף מהאמצע המדויק של הפיתול המשני - ואותו שנאי הופך ללב כמעט כל ספק כוח DC ליניארי קלאסי. זהו השנאי בעל הקשה מרכזית , ועם שתי דיודות בלבד הוא הופך את שני חצאי גל ה-AC לזרם ישר שמיש.

מה זה ואיך זה עובד

במילים פשוטות: המשני מלופף כסליל אחד ארוך, אך חיבור שלישי ( הברז המרכזי ) נלקח מנקודת האמצע שלו. זה מפצל את הפיתול לשני חצאים שווים שהם תמונות מראה בקוטביות - כאשר הקצה העליון חיובי, הקצה התחתון שלילי באותה מידה, ולהיפך. שתי דיודות, אחת בכל קצה חיצוני, מתחלפות. במהלך חצי המחזור החיובי הדיודה העליונה מוליכה ודוחפת זרם דרך העומס לכיוון הברז המרכזי; במהלך חצי המחזור השלילי הדיודה התחתונה מוליכה ודוחפת זרם באותו כיוון . מכיוון שזרם העומס לעולם אינו מתהפך, הפלט הוא DC - ובניגוד למיישר חצי גל, אף חלק ממחזור ה-AC לא מתבזבז.

למהנדסים: הברז המרכזי הוא הארקה/הפניה של המעגל. יחסי מפתח (Vm = שיא מתח של חצי פיתול אחד, ברז מרכזי לקצה אחד):

• פלט DC ממוצע: Vdc ≈ 0.637 Vm = 0.9 × Vrms(half)
• שיא מתח הפוך לדיודה: PIV = 2 Vm — כל דיודה חוסמת חייבת להיות מדורגת בערך כפול מהשיא המפותל למחצה
• תדר אדווה: 2 × line frequency (100 הרץ על רשת 50 הרץ, 120 הרץ על 60 הרץ)
• מקדם אדווה ≈ 0.48, יעילות תיקון מקסימלית ≈ 81.2%, מקדם ניצול שנאי (TUF) ≈ 0.69

רק דיודה אחת נמצאת בנתיב בכל פעם, כך שיש טיפה אחת של ~0.7V סיליקון - לעומת שתי טיפות (~1.4V) במיישר גשר.

דוגמה ליישום

שנאי נפוץ של 12-0-12 V (RMS) כולל כל חצי מתפתל ב-12 V RMS. בהזנת המיישר, תפוקת ה-DC הבלתי מסוננת היא בממוצע של כ -0.9 × 12 ≈ 10.8 V (שיא ≈ 16 V לפני נפילת הדיודה), וקבל מסנן מחליק לאחר מכן את אדוות ה-120 הרץ למסילה יציבה. טופולוגיה זו נמצאת בספקי כוח ספסל, מטעני סוללות ומכשור מדויק. בהשוואה למיישר גשר, עיצוב הברז המרכזי משתמש בכל השנאי בצורה פחות יעילה (TUF 0.69 לעומת 0.81) אך מאבד רק נפילת דיודה אחת - יתרון אמיתי באספקת מתח נמוך שבה כל וולט נחשב.

תפיסה שגויה נפוצה ועובדה מהנה

תפיסה מוטעית: "הברז המרכזי הוא רק חוט נוסף שימושי." למעשה הוא מגדיר את התייחסות הקרקע וזו הסיבה שכל דיודה מתנהלת בחצי מחזורים חלופיים. בלי זה אתה צריך ארבע דיודות (גשר), כי אין נקודת אמצע להתייחס לעומס.

עובדה מהנה: מכיוון שכל דיודה משתמשת רק בחצי מהפיתול, שנאי בעל הקשה מרכזית צריך בערך פי שניים מהסיבובים המשניים (ונחושת) כשנאי גשר שווה ערך כדי לספק את אותו מתח DC. המסחר ברור: שנאי כבד ויקר יותר - אבל אתה חוסך אובדן מתח של דיודה.

(עקרונות עבור Wevolver, Power4All, ואלקטרוניקה הדרכה על מיישרי גל מלא.)