Spitzensperrspannung eines Gleichrichters berechnen

Geben Sie die Transformator- oder Quellenspannung als RMS- oder Spitzenwert ein, wählen Sie die Schaltung und ergänzen Sie bei Bedarf einen Sicherheitsfaktor. Das Ergebnis enthält den umgerechneten Quellenspitzenwert, die theoretische PIV je Diode, die Diodenanzahl und die minimale Nennspannung nach Anwendung des Sicherheitsfaktors. Bei einer Mittelanzapfung geben Sie die Spannung einer Wicklungshälfte zwischen Außenanschluss und Mittelpunkt ein.

Geben Sie die Quellenspannung mit dem richtigen Bezug ein

Die Spitzensperrspannung richtet sich nach dem höchsten Momentanwert der Quelle. Deshalb ist die Spannungsbasis entscheidend. Ist die Sekundärwicklung des Transformators in RMS-Volt angegeben, wählen Sie RMS. Der Rechner multipliziert den Eingabewert mit der Quadratwurzel aus zwei und erhält so den Scheitelwert der Sinusspannung. Kennen Sie den Spitzenwert bereits aus einer Kurve, Spezifikation oder Messung, wählen Sie Spitzenwert; eine RMS-Umrechnung findet dann nicht statt. Bei einer Schaltung mit Mittelanzapfung ist besondere Sorgfalt nötig: Geben Sie die Spannung zwischen einem äußeren Anschluss und dem Mittelpunkt ein, nicht die Spannung zwischen beiden Außenanschlüssen. Bei einem Transformator mit der Angabe 12-0-12 V sind daher 12 V RMS einzutragen, weil jede Diode von einer 12-V-Wicklungshälfte gespeist wird. Bei einer Brücke oder einem Einweggleichrichter verwenden Sie die Spannung über der vollständigen angeschlossenen Quelle. Das Modell setzt eine unbelastete sinusförmige Quelle voraus und berücksichtigt weder Transformatorregelung noch Netzschwankungen, Verzerrungen oder Messunsicherheit. Verwenden Sie für eine reale Bauteilauswahl die höchste glaubhafte Quellenspannung.

Warum die Schaltung die PIV der Diode verändert

In einem einfachen Einweggleichrichter sperrt die einzelne Diode die Quelle während der negativen Halbwelle. Ihre theoretische PIV entspricht daher einem Quellenspitzenwert. In einer Brücke aus vier Dioden leiten zwei Dioden, während die beiden anderen sperren; jede einzelne Diode sieht im idealen Modell weiterhin ungefähr einen Quellenspitzenwert. Ein Zweiweggleichrichter mit Mittelanzapfung verhält sich anders. Während eine Diode Strom aus einer Wicklungshälfte führt, liegt die andere Wicklungshälfte mit umgekehrter Polarität an. Die sperrende Diode wird durch die Summe beider Halbwicklungsspitzen belastet. Daraus ergibt sich eine theoretische PIV vom Doppelten des zwischen Außenanschluss und Mittelpunkt gemessenen Spitzenwertes. Der Rechner gibt diesen Zusammenhang als PIV-Faktor aus: eins für Einweg, zwei für Zweiweg mit Mittelanzapfung und eins für die Brücke. Alle Dioden einer symmetrischen Schaltung erhalten denselben berechneten Anforderungswert. Der Spannungsabfall in Durchlassrichtung wird bewusst nicht einbezogen, da PIV-Gleichungen erster Ordnung Quelle und Dioden idealisieren; Transienten und Toleranzen gehören in die Auslegungsreserve.

Vom theoretischen PIV-Wert zur praktischen Diodennennspannung

Der theoretische PIV-Wert ist eine Abschätzung der Schaltungsbelastung und nicht automatisch ein sicherer Katalogwert. Der optionale Sicherheitsfaktor multipliziert diesen Wert und ergibt die angezeigte minimale Diodennennspannung. Der Faktor eins zeigt das mathematische Minimum; ein höherer Wert schafft Reserve für erhöhte Netzspannung, den Leerlaufanstieg des Transformators, Schaltspitzen, Streuinduktivität, Temperatureinflüsse und Bauteiltoleranzen. Der Rechner gibt keine bevorzugte Reserve vor, weil sie von Schaltung, Normen, Umgebung, Überspannungsschutz und Zuverlässigkeitsziel abhängt. Wählen Sie anschließend eine Diode, deren wiederkehrende Spitzensperrspannung mindestens dem angepassten Mindestwert entspricht. Verwechseln Sie diese Angabe nicht mit einem einmaligen Stoßwert. Prüfen Sie außerdem Durchlassstrom, Stoßstrom, Verlustleistung, Erholzeit, Gehäuseisolation und thermische Bedingungen getrennt. Netzteile mit Speicherkondensator können schmale Ladeimpulse und transiente Belastungen erzeugen, die dieses einfache Sinusmodell nicht simuliert. Bei sicherheitskritischen, energiereichen, netzverbundenen oder ungewöhnlichen Schaltungen sollten Sie das Ergebnis durch eine Worst-Case-Analyse, das Datenblatt, Messungen und eine geeignete Simulation oder fachkundige Prüfung bestätigen.