پل دیود (Bridge Rectifier)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
پل دیود (Bridge Rectifier) :
پل دیود (Bridge Rectifier) یک مدار یکسوساز تمام موج (Full-Wave Rectifier) است که از چهار دیود در یک پیکربندی پل (Bridge Configuration) تشکیل شده است. این مدار برای تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) بدون نیاز به ترانسفورماتور با تپ وسط (Center-Tapped Transformer) استفاده می شود. پل دیود یکی از رایج ترین مدارهای یکسوساز در منابع تغذیه است.
پیکربندی پل دیود به این صورت است: چهار دیود (D1, D2, D3, D4) در یک حلقه بسته متصل می شوند. دو نقطه اتصال بین دیودها به عنوان ورودی AC (معمولا با علامت ~ یا AC) و دو نقطه دیگر به عنوان خروجی DC (مثبت و منفی) در نظر گرفته می شوند. در هر نیم سیکل از ورودی AC، دو دیود هدایت می کنند و دو دیود دیگر قطع هستند.
مکانیزم کار پل دیود به این صورت است: در نیم سیکل مثبت ولتاژ AC، جریان از ترمینال مثبت ورودی وارد شده، از دیود D1 عبور می کند، به بار (Load) می رسد، از دیود D3 بازمی گردد و به ترمینال منفی ورودی می رسد. در نیم سیکل منفی، جریان از ترمینال منفی (که اکنون مثبت شده) وارد، از دیود D2 عبور می کند، به بار می رسد، از دیود D4 بازمی گردد و به ترمینال مثبت (که اکنون منفی شده) می رسد. در هر دو نیم سیکل، جهت جریان در بار یکسان است.
پارامترهای مهم یک پل دیود عبارتند از: حداکثر جریان خروجی DC (I_O)، حداکثر ولتاژ معکوس (PIV) (که در پل دیود، هر دیود باید ولتاژ معکوس معادل پیک ولتاژ ورودی را تحمل کند)، حداکثر ولتاژ ورودی AC (RMS)، افت ولتاژ کل (که مجموع افت ولتاژ دو دیود در مسیر است، معمولا ۱.۴ ولت برای سیلیکون)، و جریان هجومی (Surge Current) قابل تحمل.
مزایای پل دیود نسبت به یکسوساز تمام موج با ترانسفورماتور تپ وسط عبارتند از: عدم نیاز به ترانسفورماتور با تپ وسط (که گران تر است)، استفاده بهینه از سیم پیچ ترانسفورماتور (در هر دو نیم سیکل از کل سیم پیچ استفاده می شود)، و ولتاژ معکوس کمتر روی هر دیود (در مقایسه با یکسوساز تمام موج با تپ وسط).
پل های دیود به دو صورت مجتمع (Integrated) و گسسته (Discrete) موجود هستند. پل های دیود مجتمع (مانند سری KBPC، DB، و W) چهار دیود را در یک بسته واحد شامل می شوند و برای جریان های ۱ تا ۵۰ آمپر و ولتاژهای تا ۱۰۰۰ ولت رایج هستند. پل های دیود گسسته با چهار دیود جداگانه ساخته می شوند و انعطاف پذیری بیشتری در انتخاب دیودها دارند.
کاربرد اصلی پل دیود در منابع تغذیه خطی (Linear Power Supplies) و قسمت ورودی (Front-End) منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) است. وظیفه آن تبدیل ولتاژ AC شبکه (۲۲۰ ولت یا ۱۱۰ ولت) به یک ولتاژ DC پالسی است که سپس توسط خازن صاف کننده (Smoothing Capacitor) به DC نسبتا صاف تبدیل می شود. همچنین در شارژرهای باتری، درایوهای موتور DC کوچک، و تجهیزات الکترونیکی عمومی کاربرد دارد.
انتخاب پل دیود مناسب بر اساس جریان بار و ولتاژ ورودی انجام می شود. باید جریان خروجی پل دیود حداقل ۱.۵ تا ۲ برابر جریان بار در نظر گرفته شود تا حاشیه ایمنی کافی باشد. همچنین ولتاژ معکوس پل دیود باید حداقل ۱.۵ برابر پیک ولتاژ ورودی AC باشد. به عنوان مثال، برای ورودی ۲۲۰ ولت AC، پیک ولتاژ حدود ۳۱۰ ولت است، بنابراین پل دیود با ولتاژ حداقل ۴۰۰ ولت (ترجیحا ۶۰۰ ولت یا ۱۰۰۰ ولت) انتخاب می شود.
یکی از نکات مهم در استفاده از پل دیود، مدیریت حرارتی است. در جریان های بالا، تلفات توان در پل دیود (P_loss = 2 * V_F * I_out) قابل توجه است و نیاز به هیت سینک (Heat Sink) دارد. بسیاری از پل های دیود قدرتی دارای سوراخی برای نصب بر روی هیت سینک هستند.
پل های دیود مدرن ممکن است شامل دیودهای شاتکی (Schottky) برای کاهش افت ولتاژ و افزایش بازده باشند، به ویژه در منابع تغذیه با ولتاژ خروجی پایین. همچنین پل های دیود با بازیابی سریع (Fast Recovery) برای کاربردهای فرکانس بالا (مانند یکسوسازی در مبدل های سوئیچینگ) موجود هستند.
در نهایت، پل دیود یک مدار اساسی و پرکاربرد در الکترونیک است که نقش حیاتی در تأمین تغذیه DC برای اکثر دستگاه های الکترونیکی ایفا می کند. سادگی، قابلیت اطمینان، و هزینه پایین آن باعث شده است که برای چندین دهه به عنوان یکی از اجزای اصلی منابع تغذیه باقی بماند.
