Brückengleichrichterschaltung

Brückengleichrichterschaltung

Die Brückengleichrichterschaltung wird auch als Zweipuls-Brücken-Gleichrichterschaltung B2 bezeichnet. Sie besteht aus jeweils zwei parallel geschalteten Diodenpaaren. Der Wechselspannungseingang befindet sich zwischen den Diodenpaaren.
Durch die Anordnung der Halbleiterdioden in der Schaltung fließt der Wechselstrom in zwei verschiedenen Wegen durch die Schaltung.
Der Verbraucher wird dabei immer nur in einer Richtung vom Strom durchflossen.

Alternative Darstellung der Brückengleichrichterschaltung

Brücken-Gleichrichterschaltung

Oszilloskop-Bild der Eingangsspannung Ue

Eingangsspannung der Brückengleichrichterschaltung
Am Eingang der Brückengleichrichterschaltung wird eine ganz gewöhnliche sinusförmige Wechselspannung angelegt.

Oszilloskop-Bild der Ausgangsspannung Ua

Ausgangsspannung der Brückengleichrichterschaltung

Durch die Diodenschaltung wird der Stromfluss der zweiten Halbwelle der Eingangsspannung Ue hochgeklappt. Das bewirkt ein Pulsieren der Ausgangsspannung Ua. Sie wird auch als pulsierende (vollweg-gleichgerichtete) Gleichspannung bezeichnet.
Eine ohmsche Belastung reduziert die pulsierende Gleichspannung, gegeben durch den Quellwiderstand des Trafoausgangs. Die Form der Spannung bleibt unverändert, außer man belastet den Ausgang deutlich mehr als die angegebene Nennlast (Angabe der Herstellers) es zulässt.

Die pulsierende Gleichspannung wird mit einer nachfolgenden Glättung und Siebung stabilisiert.

Brückengleichrichter (Bauelement)

Die Brückengleichrichterschaltung gibt es fertig als Bauelement. Zur Gleichrichtung von Wechselspannungen ist der fertige Brückengleichrichter unbedingt einzelnen Gleichrichterdioden vorzuziehen. Die integrierten Silizium-Dioden sind speziell für die Gleichrichtung von Wechselspannung ausgelegt.

Kennzeichnung von Gleichrichtern

Beispiel: B 250 C 1000

B Schaltungsart
B Brückenschaltung
D Verdopplerschaltung
M Mittelpunktschaltung
V Vervielfacherschaltung
250 max. Anschlussspannung (Effektivwert)
C Kondensatorlast
1000 max. Stromentnahme in mA (Kondensatorlast)
800 0,8 A (2500 µF)
1000 1 A (2500 µF)
1500 1,5 A (2500 µF)
3200 3,5 A (5000 µF)
5000 5 A (10000 µF)

Brückengleichrichter mit Kondensatoren

Verwendet man statt eines Brückengleichrichters 4 einzelne Dioden sollte man darauf achten, für die Gleichrichtung geeignete Dioden zu verwenden. Also spezielle Gleichrichterdioden oder auch Signaldioden.
Verwendet man Universaldioden, dann sind 4 parallel geschaltete Kondensatoren zusätzlich zu verwenden. Sie dienen zum Schutz des Gleichrichters, um hohe Spannungstransienten zu unterdrücken.
1N4148 oder 1N914 eignen sich nicht als Gleichrichterdioden. Sie dienen vor allem zur Signalverarbeitung, wenn es auf hohe Schaltgeschwindigkeit oder hohe Frequenz ankommt.
Besser sind Dioden zwischen 1N4001 (max. 50 V) und 1N4007 (max. 1.000 V). Für die Niederspannungs-Gleichrichtung empfiehlt sich die 1N4004 (max. 400 V) einsetzt und für die 230V-Gleichrichtung gleich 1N4007 (max. 1.000 V). Diese große Spannungsreserve verhindert in der Regel, dass ohne Kondensatoren parallel zu den Dioden, diese durch Spitzenspannung kaputt gehen.
Abhängig von der Stromstärke gibt es neben den 1-Ampere-Dioden 1N4001 bis 1N4007 noch die 3-Ampere-Dioden 1N5400 bis 1N5408.

Im Spannungsverlauf einer Brückengleichrichter-Schaltung mit einfachen Dioden kann es zu steilflankigen Spannungsspitzen kommen. Diese Spannungsspitzen sind besonders bei langsamen Dioden mit einem analogen Oszilloskop zu beobachten. In Relation zur Spannungsperiode der pulsierenden Gleichspannung hat die Spannungsspitze eine größere Impulsbreite.

Hinweis: Diese Spannungsspitzen wirken sich nachteilig auf Geräte aus, die in der Nähe stehen. Beispielsweise Funk-Empfänger.

Was noch dazukommen kann: Die Ersatzschaltung der Brücke mit dem Trafo bei gesperrten Dioden (Sperrschichtkapazität) bilden einen Schwingkreis, wenn die Dioden langsam genug sind, damit sich eine Oszillation aufbauen kann.
Der Schwingkreis wird durch die Spannung beim Sperren angeregt. Je nach Kombination aus Diode und Transformator können sich Schwingungen bilden, die abgestrahlt werden und so andere elektronische Geräte stören. Mit einem Widerstand könnte man diese Schwingungen dämpfen. Das würde aber den Transformator unnötigerweise belasten.

Abhilfe schaffen 4 Keramik-Kondensatoren mit ca. 100nF parallel zu den Gleichrichterdioden. Spannungsspitzen werden dadurch kurzgeschlossen und ein eventuell entstandener Schwingkreis verstimmt und somit gedämpft.

Hinweis: Zusätzliche Kondensatoren beim Gleichrichter sind in der Regel nicht notwendig.

Aber, ab einem bestimmten Zusammenwirken von Widerstand, Induktivität und Kapazität hat man es immer mit einem HF-Netzwerk zu tun. Deshalb kann diese schaltungstechnische Maßnahme wirkungslos sein.

Die gewählten Kondensatoren müssen die volle Wechselspannung zuzüglich Transienten und Spikes standhalten können. Eher sogar mehr. Dazu bedarf es Keramikkondensatoren und eine Spannungsfestigkeit mindestens in Höhe der Versorgungsspannung. Besser höher.

Desweiteren sollte die Fein-Schmelzsicherung richtig dimensioniert sein, damit nicht ein Blitzeinschlag in der Nähe einen Schaden gerade durch diese Keramikkondensatoren anrichten kann.

Dimensionierung des Brückengleichrichters

Beim Einschalten wirken die Elektrolytkondensatoren (durch Glättung und Siebung) wie ein Kurzschluss. Der Strom durch die Dioden wird nur durch den Innenwiderstand des vorgeschalteten Transformators begrenzt. Die Spitzenspannung kann weit über dem liegen, was man als Sekundärspannung vom Transformator erwartet.
Deshalb muss jede einzelne Diode etwa das doppelte der möglichen Eingangsspannung verkraften können. So hat sie noch Reserven, wenn die Eingangsspannung Spannungsspitzen aufweist.
Die Strombelastbarkeit der Dioden orientiert sich an 1 Ampere pro Millifarad der nachfolgenden Ladekapazität der Elektrolytkondensatoren (Glättung und Siebung).

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