Brückengleichrichter

In jedem Gerät, das aus Wechselspannung eine Gleichspannung macht, sitzt er irgendwo am Anfang: im klassischen Trafonetzteil direkt hinter der Sekundärwicklung, im Schaltnetzteil gleich hinter dem Netzfilter, in der LED-Lampe im Sockel. Oft ist es ein kleiner schwarzer Block mit vier Beinen und den Zeichen ~, ~, + und −. Darin stecken vier Dioden, die so verschaltet sind, dass beide Halbwellen der Wechselspannung in dieselbe Richtung durch die Last fließen. Nach ihrem Erfinder Leo Graetz heißt die Schaltung auch Graetz-Brücke.

Aufbau und Funktionsweise

Eine einzelne Diode lässt nur jede zweite Halbwelle durch; die andere Hälfte der Energie bleibt ungenutzt. Die Brücke ordnet vier Dioden in einer Raute an. An zwei gegenüberliegenden Ecken liegt die Wechselspannung, an den beiden anderen wird die Gleichspannung abgenommen. Alle vier Dioden zeigen zur Plus-Ecke hin und von der Minus-Ecke weg.

• Positive Halbwelle: Der linke Wechselspannungsanschluss ist positiv. Der Strom fließt durch die obere linke Diode zum Pluspol, durch die Last und über die untere rechte Diode zurück.
• Negative Halbwelle: Jetzt ist der rechte Anschluss positiv. Der Strom nimmt die obere rechte Diode zum Pluspol, fließt wieder in derselben Richtung durch die Last und kehrt über die untere linke Diode zurück.

Es leiten also immer zwei Dioden in Reihe, die anderen beiden sperren. Das Ergebnis ist eine pulsierende Gleichspannung mit der doppelten Netzfrequenz: Aus 50 Hz werden 100 Halbwellen pro Sekunde. Mehr zur Rechnung mit Mittel- und Effektivwerten findest du unter Gleichrichtwert.

Schaltzeichen

Im Schaltplan zeichnet man die Brücke als Raute aus vier Diodensymbolen. Die Wechselspannungsanschlüsse tragen das Zeichen ~, die Gleichspannungsanschlüsse + und −. Viele Bibliotheken bieten auch ein Blocksymbol: ein Quadrat mit einem Diodenzeichen darin und den vier Anschlüssen. Allgemeine Regeln für Schaltzeichen findest du unter Schaltzeichen.

Kennwerte

Ein Brückengleichrichter ist elektrisch nichts anderes als vier gleiche Dioden; das Datenblatt nennt die Werte pro Diode bzw. für die ganze Brücke:

Der Nennstrom gilt fast immer für eine bestimmte Gehäuse- oder Umgebungstemperatur und Montage. Beim GBU4 bezieht sich der volle Wert auf einen Aluminium-Kühlkörper; frei auf der Platine darf er nur einen Teil davon führen. Wie du das abschätzt, zeigt Wärme und Kühlung.

Bei älteren europäischen Typen steckt die Dimensionierung direkt im Namen: B250C1000 steht für eine Brücke (B) für bis zu 250 V Wechselspannung bei kapazitiver Last (C) und 1000 mA Strom. Eine B40C800 ist entsprechend für 40 V und 0,8 A gedacht.

Bauformen

Vom winzigen SMD-Baustein bis zum verschraubten Leistungsblock:

• MBS / MBF: SMD mit vier Beinen, um 0,5–1 A, in Ladegeräten und LED-Treibern.
• DB / DIP: bedrahtet wie ein kleines IC-Gehäuse, um 1–1,5 A.
• GBU / KBU / KBP: flache Einreihenbauform mit vier Beinen, 2–8 A, oft mit Loch für einen Kühlkörper.
• KBPC: quadratischer Block mit Flachsteckern oder Drahtanschlüssen und Schraubloch, 15–50 A.

Die Belegung ist auf dem Gehäuse aufgedruckt, aber nicht einheitlich: Bei Einreihengehäusen sitzt + oft außen und ist durch eine abgeschrägte Ecke oder ein längeres Bein markiert. Natürlich lässt sich eine Brücke auch aus vier einzelnen Dioden aufbauen, etwa aus 1N4007 – sinnvoll, wenn die Wärme besser verteilt werden soll oder Schottky-Dioden mit kleinerem Spannungsabfall gebraucht werden.

Das Trafonetzteil durchgerechnet

Die typische Anwendung: Trafo, Brücke, Ladekondensator. Der Kondensator lädt sich in den Spannungsspitzen auf und versorgt die Last dazwischen. Dadurch schwankt die Ausgangsspannung nur noch um die Brummspannung ΔU. Weil die Last den Kondensator zwischen zwei Spitzen fast mit konstantem Strom entlädt, gilt näherungsweise:

Mit dem Rechner kannst du Kondensator und Brummspannung für deine Werte bestimmen:

Weitere Anwendungen

• Netzgleichrichter in Schaltnetzteilen: Direkt an 230 V entstehen rund 325 V Scheitelspannung. Hier brauchst du mindestens 600 V Sperrspannung, und der Einschaltstrom in den leeren Kondensator muss unter I_FSM bleiben – oft begrenzt ihn ein NTC-Heißleiter.
• Verpolungssicherer Eingang: Eine Brücke vor einem Gerät sorgt dafür, dass es mit beliebiger Polarität arbeitet. Modellbahndecoder, Türsprechstellen und Power-over-Ethernet-Geräte nutzen das. Der Preis sind zwei Diodenspannungen.
• Messgleichrichter: In analogen Wechselspannungsmessgeräten richtet eine kleine Brücke den Messstrom gleich.

Bei kleinen Spannungen und großen Strömen sind die Verluste der Siliziumdioden lästig. Dann helfen eine Brücke aus Schottky-Dioden oder eine aktive Brücke aus vier MOSFETs mit Steuer-IC, die nur noch wenige Zehntel Volt verliert.

Auswahl und Praxistipps

1. Sperrspannung: mindestens die Scheitelspannung mit Reserve – bei Netzanwendungen 600 V oder mehr.
2. Strom: Durchschnittsstrom der Last plus Reserve; prüfe, unter welcher Kühlbedingung der Nennwert gilt.
3. Stoßstrom: Beim Einschalten lädt sich der leere Kondensator über die Brücke auf. Große Kondensatoren direkt am Netz brauchen eine Einschaltstrombegrenzung.
4. Verluste und Wärme: 2 · U_F · I abschätzen und mit dem Wärmewiderstand die Temperatur prüfen.

Häufige Fehler:

• Oszilloskop-Masse an den Minuspol gelegt, während die Brücke direkt am Netz hängt: Die Masse des Oszilloskops ist geerdet, der Minuspol der Brücke liegt aber in einer Halbwelle über eine Diode am Außenleiter. Das gibt einen Kurzschluss über die Schutzerde. Messen an netzseitigen Schaltungen nur mit Trenntrafo oder Differenztastkopf.
• Einen Wechselspannungsanschluss mit der Schaltungsmasse verbunden: Dann schließt eine der Dioden die Trafowicklung bei jeder zweiten Halbwelle kurz.
• ~ und + verwechselt: Ein gedrehter Einbau verbindet die Wechselspannung direkt mit dem Elko. Die Belegung immer am Gehäuse und im Datenblatt prüfen.
• Brummspannung vergessen: Ein Regler hinter der Brücke braucht seine Mindestspannung auch im Tal der Brummspannung.

Selbsttest