ブリッジ整流器:4ダイオードvsシングルチップ?


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4ダイオード対ブリッジ整流器

(少なくともDIYオーディオ愛好家の間で)アンプやDACなどの電源を設計する時が来たら、部品リストに「4 x MUR860ダイオード」のようなものが必ず含まれることに気づきました。ウェーブブリッジ整流器(MUR860は特に人気のある選択肢です)。

ただし、これらのオールインワンブリッジ整流器「チップ」は、正しいブリッジ構成で4つのダイオードを本質的に含みます。

  1. 多くの場合、必要に応じて冷却できる金属ケーシングに収納されています
  2. 通常、はるかに高い電圧/電流定格を処理できます
  3. 4つのディスクリートダイオードよりも少ない物理/ PCBスペースを占める
  4. 多くの場合、ディスクリートダイオードのコストは4未満です。

質問:単一のブリッジ整流器チップ上で個別のダイオードを使用することにはメリットがありますか?そうでない場合、なぜそうするのがそれほど人気が​​あるように思われますか?これは、「自分で作る」ことの満足感なのでしょうか、それとも、仕事でのオーディオフォロリーなのでしょうか。ありがとう!


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ブリッジ整流回路の構築方法を学ぶことは学校で人気があるため、通常は単一のダイオードを使用してそれを構築します。現実の世界では、パフォーマンスを同じに保ちながら、回路をできるだけ小さくする必要があります。これが、4つのダイオードの代わりに1つのチップを使用する必要がある理由です。
-12Lappie

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おそらくあなたはこの記事を見たでしょう。ある男は、MUR860は他のすべてのダイオードよりも音が良く、他のすべてのマペットがそれに続くと主張しています。
スティーブG

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多くの場合、特定の理由は購入に関係しています。それが1N4004のような単純なダイオードである場合、あなたの会社はほとんど何もないためにトンでそれらを買うかもしれません。そのため、新しいコンポーネントを少量注文する代わりにそれらを4つ使用することは、魅力的ではなくなります。フットプリントに関しては、ほとんどの場合、ほとんど違いがなく、自動組み立てでは、労力は問題になりません。ワット数を4つの部品にさらに広げることで、ヒートシンクの必要性が軽減されることがよくあります。
Trevor_G 2017

@Trevor、成形ブリッジには通常、ディスクリートとして使用するのと同じ部品が含まれているため(1N400など)、プラスチック成形品は熱伝導体としては比較的貧弱です。成形ブリッジはディスクリート部​​品よりも熱的に劣ります。
Jack Creasey 2017

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一体型ブリッジ整流器は「シングルチップ」(モノリシック)ではないことに注意してください。内部的には、特別なリードフレームに取り付けられた4つの個別のダイオードです。一方、デュアルダイオード(SOT-23またはTO-220パッケージなど)は通常モノリシックです。
Dave Tweed

回答:


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ダイオードについてがらくたを書いたなんて信じられない...

MUR860は確かに良い音になりますが、説明は少し微妙です。

シリコンダイオードはすぐにはオフになりません。ダイオードの両端の電圧が負になると、ダイオードの内部に蓄積された電荷が取り除かれるまで、電流はまだ短時間逆方向に流れます。これが完了すると、ダイオードがオフになります。

次のスコーププロットに示すように、ダイオードごとにリカバリ特性は大きく異なります。

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ソース

電流は、「回復時間」と呼ばれる時間の間、実際に負の方向に進みます(ダイオードの「間違った」方向)。赤いものはもっと時間がかかります。

DC-DCコンバーターでは、ダイオードがすばやくオフになることが重要です。200kHz(サイクルタイム5µs)で動作するDC-DCコンバータで、リカバリータイムtrr = 30µsの古き良き1N4001を使用することを想像してください。オフにする時間すらありません。それはまったく機能しません。これが、DC-DCコンバータがはるかに高速なダイオードを使用する理由です。

さて、あなたのオーディオ関連に戻りましょう。上記の赤と紫のトレー​​スを確認してください。赤のトレースには時間がかかりますが、電流がやわらかくオフになります。紫色のものは非常に急激にオフになり、巨大なdi / dt(10アンペアのように4アンペア)になります。これは50Hz整流器ではこのように発生せず、ダイオードがオフになる前に電流がアンペアに流れる時間はなく、数mAしかありません。しかし、あなたはアイデアを得ます。

ダイオードがオフになると、コンデンサになります。トレース、ワイヤなどのインダクタンスがどのようなものであっても、周囲にLCタンク回路を形成し、リンギングします。

リンギングの程度は、ターンオフの鋭さ、およびターンオフが発生する電流によって異なります。高速ソフト回復ダイオードはリンギングを少なくします。

現在、このリンギングは通常かなり高い周波数です。また、ターンオフ時の鋭いdi / dtは、広帯域RFノイズを生成します。これは近くの回路に結合し、あらゆる種類のノイズとゴミを敏感な信号に追加します。これはオーディオフォロリーではなく、エンジニアリングです。

とは言っても、MUR860は高価であるため、ターンオフノイズスパイクを吸収するためにそれらの間にキャップを配置すれば、遅いクラミー回復を備えた安価なダイオードを使用できます。主電源のすべてのAM / FMチューナーだけでなく、ほとんどの家庭用オーディオ機器でもこれが可能です。製造業者は必要がない限り部品を入れません!すべてがコスト最適化されています。しかし、キャップがなければ、チューナーはノイズによって克服され、ラジオを受信しません。

次に、トランスの2次側にスナバを追加して、LCリンギングを減衰させることができます。

質問:単一のブリッジ整流器チップを介して個別のダイオードを使用することには利点がありますか?

利点は、高速ソフトリカバリ、またはショットキーダイオードを選択できることです。キャンドダイオードブリッジは通常、超低速ダイオードで構成されます。

そうでない場合、なぜそうするのがとても人気があると思われるのですか?

それが機能するので。それぞれ3セントの4つのキャップも同様に機能しますが、自慢の要素は少ないことに注意してください。ファストダイオードはよりセクシーで、より多くのヘビ油ポイントを獲得します。

編集、私のハードディスクからの古いスコープトレース... BYV27-150安価な高速ダイオード、小型12V 10VAトランス。

青は二次トランスです。フラットトップパーツは、ダイオードがオンのとき、電源コンデンサが充電され、内部の巻線抵抗によりトランスの2次側の電圧を制限します。青色のトレースは、ダイオードがオフになるとステップダウンします。それは非常に明白で、1V低下し、見逃せません!

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負荷の電流がゼロの場合、ダイオードは正弦波のピークでのみオフになることに注意してください。負荷が電流を引き込む場合(通常はそうです)、ダイオードはピーク後にオフになります。

今、私はハイパスフィルター(下の黄色のトレース)を通してこれを見るのが好きです。ハイパスフィルターは約100pFの小さなキャップを使用する必要があるため、振幅は減衰されます。しかし、信号の一般的な形状は問題ないはずです。不快な鋭いスパイクとそれに続くHFリンギングに注意してください。1N4001のようなより高いQrrダイオードは、はるかに悪くなります。

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編集2

私は古いアンプを復元し、電解液を1979年から変更しています...そしてこのアンプにはダイオードブリッジの両端にキャップがありません。おそらくAMチューナーがないためでしょう。とにかく、これを行う方法は、トランスの2次ワイヤーの1つの絶縁体にスコーププローブを取り付けることです。何らかの接触を行う必要はありません(明らかにプローブを接地する場合を除きます)このゴミは、ワイヤの絶縁体を介してスコーププローブに結合しています。

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それは整流器の回復スパイクです。残念ながら、これはトランスワイヤのコモンモードとして表示されます。つまり、2次巻線全体がアンテナとして機能し、スパイクを近くの回路に容量結合します。ボリュームポットのような高インピーダンスのものは、最大の犠牲者です。

これがおそらくこのアンプが金属缶の中にシールドされたトランスを持っている理由です。ダイオードIMOにキャップを付ける方が安かったでしょう...

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もちろん、プローブをPCB端子に貼り付けることで、2次電圧も測定できます。

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それは通常の外観を持っています:フラットトップ、そしてダイオードがオフになるとスパイクと瞬時に数ボルトのドロップダウン。スパイクの拡大:

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したがって、2次トランスのワイヤには22ボルトのスパイクがあり(!!!!)、立ち上がり時間は2µsとかなり高速です。

問題は、ダイオードが適切な整流のために遅すぎることではありません(明らかに、整流は正常に機能します)。これらのスパイクがいくつかの敏感な回路に結合すると、問題が発生します。変圧器のワイヤではコモンモードとして表示されるため、これを回避するのは困難です。

別の編集

オシロスコープがシミュレータと一致しない場合、一方または両方が間違っている可能性がありますが、実際の回路をモデル化して(つまり、トランスのインダクタンスを考慮に入れて)、シミュレーションのパラメータを監視すると役立ちます...

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これは期待どおりに機能します。変圧器のインダクタンス(電流遅れ電圧)により、ダイオードは、変圧器の無負荷電圧(黒)とコンデンサー電圧(緑)の視覚的な比較から予想されるよりも少し遅れてオフになります。完全なダイオードも同時にオフになり、トランスの二次電圧が無負荷の値に戻ります。これは正常です。

回復によって追加されるのは、ダイオード電流が負になるまでのわずかな時間です。したがって、ダイオードがブロックすると、インダクタ電流はゼロではなく、数mAになります。50Hzは非常に遅いため、これは多くありません。

ただし、ダイオードがオフになると、インダクタは十分な大きさで鋭い負の電圧スパイクを生成し、インダクタンスとダイオードの容量によって形成されるLCタンクにリンギングを引き起こします。これがEMIの問題です。

実際には、インダクタは高周波で多くの損失があるため、リンギングはここに示されているよりもはるかに短くなります。ここでは約1MHzでリンギングします。

より高速なダイオード(Qrrが低い)を使用すると、より低い負の電流でオフになるため、リンギングを励起するために利用できるエネルギーの量が減少します。ソフトリカバリダイオードは、同じ効果を持つより滑らかな電流ステップを生成します。したがって、高速/ソフトリカバリダイオードは、ここでEMI問題を低減するように機能します。しかし、より安価な修正は、ダイオードの両端にキャップを配置することです。それも同様に動作します。

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赤いトレースは、キャップとスナバなしです。1MHzで鳴ります。ダイオードの両端に10nFのコンデンサを追加すると、リンギング周波数が100kHz(緑)に下がりますが、これは問題ではなくなり、エッジも滑らかになるため、EMIの問題がなくなります。青はスナバを追加したものです(R3 / C3)。かなりきれいですが、厳密には必要ありません。変圧器の鉄損はとにかくほとんどそれを弱めます。

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要約:超高速ダイオードはノイズの発生が少なくなりますが、それは微妙な副作用のためです:オフになる前にインダクターに蓄積される電流(およびエネルギー)が少なくなり、その時点でインダクターに蓄積されたエネルギーがリンギングになります。コンデンサーでインダクターエネルギーを吸収し、スナバ抵抗でそれを散逸させることも同様に優れています。実際、それはより少ないコストでより効果的に機能します...つまり、高価な超高速ダイオードの実際のコスト/利益の増加はありません。しかし、彼らは働きます。それらは最適なソリューションではありません。


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ブリッジ整流器の整流出力がフィルターコンデンサーに出会ったら、さまざまなダイオードの微妙な特性によってどのような違いがありますか?
マイクウォーターズ

ダイオードスナップシャットは非常に高いdi / dtを持ち、パルス化された広帯域RFを放射します。大きな平滑化キャップは、> 20nHのインダクタンスとトレースインダクタンスを持ち、RFで何もフィルタリングしません。さらに、変圧器の配線とスルーホール整流器ブリッジがループアンテナとして機能します。ダイオードの真上にキャップを配置すると、ループアンテナの面積が減少し、ゴミの放射効率が大幅に低下します。レイアウトは重要です。キャップはダイオードの両端に配置する必要があります。
peufeu 2017

このおかげで-ダイオードの速度は、セパレートダイオードを使用する利点についての私の質問に直接答えました。乾杯-私はやることがたくさんあります!
abza 2017

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これは、50/60 Hzで動作する整流器の完全に誤ったソリューションの説明です。実際に高速リカバリーダイオードが必要な場合は、受信信号の高速dV / dtレートが必要です。正弦波が整流されている場合、信号のピーク時の変化率は0です。ダイオードのモデルはVfと直列抵抗であり、出力はコンデンサーストレージです。順方向電流は実際にはゆっくりと減少します。高速スイッチングダイオードを必要とする高速過渡電圧はありません。
Jack Creasey 2017

負荷がゼロ電流を消費しない限り、ダイオードは正弦波の上部で導通を停止しませんが、少し遅れて停止します。編集を参照してください。
peufeu 2017

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あなたが示すブリッジ整流器のタイプは、ほとんどの場合、個々のダイオードよりも安くはなく、ディスクリートブリッジで使用する可能性のある同じダイオードが含まれています。成形されたユニットは次のとおり
です。1. PCBが存在しない場所での物理的な組み立てを容易にするために、通常1つのネジで取り付けます。
2.アルミニウムケース(大きいサイズ)の場合、ヒートシンクへの取り付けがより簡単で、物理的な配線を容易にするためのタブ接続が可能です。3.通常は400 Hz未満で使用

TO220などには、ワイヤボンディングされ、カプセル化されていない個別のダイオードが含まれます。これらのフォームファクターは非常に扱いやすいです(人間と機械の両方のアセンブリ)

MUR860はありませしかし、ブリッジ整流器と、あなたが使用する成形ブリッジ整流器を参照してください同じ用途で使用される可能性は低いだろう。これは、スイッチング電源と比較的特殊なデバイスで使用される高速ダイオードのペアです。


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ああ、でもこれは「オーディオファン」の世界で、通常のルールや常識が適用されないことがよくあります。彼らはあなたのアンプの音を良くすることになっているので、何人かの人々はACラインコードに1000ドルの北を支払う 多分彼らは無酸素銅を持っています。スピーカーワイヤーの同上。私が覚えているなら、誰かが特別なレンガを持っていて、アンプを付けて音質を改善することもできます。(もちろん、賢明なオーディオファンがいます。それは、多くの誤った情報と多くの詐欺師がいるだけです。)
John D

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@JohnD。オーディオファンの説明はありません.....だから、恐ろしい価格でモンスターケーブルなどの製品が使用されているのがわかります。本当に悲しい。
Jack Creasey

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@johnD-1000米ドルではありません。10,000ドルを費やして、別の電柱を取り付けている人がいます:wsj.com/articles/…
Whiskeyjack

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@Whiskeyjackすごい。その男が聴いていたレコードを作ったレコーディングスタジオは、すべてのレコーディングおよびマスタリング機器、LOLに電力を供給するために自分のポールにお金を払ったと思いますか?
John D

@johnD-私は真剣にセットアップを通常のワイヤーと電柱にこっそり変更して、彼らが違いを感じているかどうかを確認したいと思います。そうでない場合は、それを彼らに開示し、彼らの反応を見てください。
ウイスキージャック

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50/60 Hzで動作する整流器の性能を調べる場合、CircuitLab回路シミュレータを使用できます。

これは、1N4001ダイオードを使用した単純な半波整流器です。これには非常に悪い逆回復時間がありますが、50/60 Hzでは重要ではありません。このシミュレータではソース要素の一部ではないため、AC電源に直列抵抗を追加しました。

概略図

この回路のシミュレーションCircuitLabを使用して作成された回路

シミュレーションを実行すると、逆回復電流が見られないことがわかります。これは、50/60 Hzでは電圧源の変化率が非常に低いため、ジャンクションに蓄積されたエネルギーが容易に消費されるためです。

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ただし、周波数を上げると状況が変わり、1 kHzだけでは逆回復時間が重要になります。曲線を調べると、I(RR)が約130 mAであることがわかります。

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さらに20 kHzに進むと、ダイオードが接合部電荷の蓄積と逆回復時間の両方によって深刻に損なわれていることがわかります。

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したがって、逆回復時間は高周波では深刻な問題ですが、50/60 Hzではそうではありません。これは主に、電圧の変化率(dv / dt)が低周波数で非常に低いためです。

高速リカバリーダイオードを50/60 Hzの整流器アプリケーションに組み込むことはできますか?改善が見られますか.....非常に疑わしいです。

この種のアプリケーションで高速ダイオードを使用するのに十分な理由を見つけるよう、だれにでも挑戦します。


シンプル。シミュレーションでオシロスコープの結果が大きく異なる場合、通常はシミュレーションが正しくありません;)最も可能性が高いのは、私がテストしたアンプの整流器が1N4001より遅い可能性がある(すべて40年近く前のテクノロジであるため)、トランスを忘れたインダクタンス。R1 = 0R2で100µHを直列にしてR2 = 120R、1µsタイムステップ(非常に重要)、50Hzでもう一度シミュレーションを実行し、予想どおりスパイクを得ました。これはEMIの問題であり、近くの回路がノイズを拾うことができるかどうかに応じて、問題になる場合とそうでない場合があります。
peufeu 2017

@peufeu。しかし、シミュレーションは、CROで表示される結果を正確に示します。あなたはいつダイオードが「スナップオフ」するかなどについて議論し続けます。そうではありません。アクティブなデバイスではありません。過渡的な動作を期待できるのは、dv / dtエッジが非常に大きい方形波によって駆動される場合のみです。シミュレーションを方形波に変更して、意味を確認します。信号を誤って解釈(または測定)することに基づいて、ダイオードにはない特性をダイオードに与えています。しかし、いつものように、あなたはあなたの意見を持つことができます。
Jack Creasey 2017

うーん、多分私はそれを間違って説明しました。私は別の試みをしました、それを見てくださいLOL
peufeu
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