La tensión alterna se transporta desde la empresa de servicios públicos hasta el consumidor. Esto se debe a la naturaleza del transporte de la electricidad. Pero la mayoría de los consumidores eléctricos domésticos (y en parte industriales) requieren un suministro de tensión directa. Requiere convertidores. En muchos casos se construyen según el esquema "transformador reductor - rectificador - filtro suavizador" (excepto para fuentes de alimentación conmutadas). Los diodos dispuestos en un circuito de puente se utilizan como rectificadores.
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Por qué se necesita un puente de diodos y cómo funciona
El puente de diodos es un circuito rectificador que convierte la tensión alterna en tensión continua. Funciona sobre la base de la conducción unidireccional, una propiedad de un diodo semiconductor que permite que la corriente fluya en una sola dirección. Un solo diodo también puede servir como el rectificador más sencillo.
En este sentido, el lado negativo (negativo) de una forma de onda sinusoidal se "corta". Este método tiene desventajas:
- La forma de la tensión de salida dista mucho de ser constante, lo que requiere un condensador grande y voluminoso como filtro de suavización;
- la fuente de alimentación de CA se utiliza como máximo la mitad de su capacidad.
La corriente a través de la carga repite la forma de la tensión de salida. Por lo tanto, es mejor utilizar un rectificador de medio período doble en forma de puente de diodos. Si se incluyen cuatro diodos en el circuito anterior y se conecta una carga, la unidad funcionará de la siguiente manera cuando se aplique la tensión de CA a la entrada:
Cuando la tensión es positiva (parte superior de la onda sinusoidal, flecha roja), la corriente pasará por el diodo VD2, la carga, VD3. Con tensión negativa (parte inferior de la onda sinusoidal, flecha verde) a través del diodo VD4, carga, VD1. El resultado es que en un periodo la corriente pasa por la carga dos veces en la misma dirección.
La forma de la tensión de salida se acerca mucho más a una línea recta, aunque el nivel de ondulación es bastante alto. La potencia de la fuente se aprovecha al máximo.
Si se dispone de una fuente de tensión trifásica de la amplitud necesaria, se puede hacer un puente de esta manera:
Apilará tres corrientes en la carga, repitiendo la forma de la tensión de salida, con un desplazamiento de fase de 120 grados:
La tensión de salida rodeará las cimas de las sinusoides. Se puede observar que la tensión pulsa mucho menos que en el circuito monofásico, su forma se acerca más a una línea recta. En este caso, la capacitancia del filtro de suavizado será mínima.
Y otra variante del puente es un puente controlado. En éste, los dos diodos se sustituyen por tiristores, que son dispositivos electrónicos que se abren cuando se aplica una señal al electrodo de control. Cuando están abiertos, los tiristores se comportan casi como diodos ordinarios. El circuito tiene esta forma:
Las señales de conmutación son suministradas por el circuito de control en los momentos acordados, la desconexión se produce en el momento en que la tensión pasa por cero. El voltaje se promedia a través de un condensador y este promedio puede ser controlado.
Designación del puente de diodos y diagrama de conexión
Como los puentes de diodos pueden construirse según diversos esquemas y tienen pocos elementos, en la mayoría de los casos la unidad rectificadora se identifica simplemente dibujando un diagrama esquemático. Si esto es inaceptable -por ejemplo, en el caso de un diagrama de bloques-, el puente se indica con el símbolo utilizado para indicar cualquier convertidor de tensión alterna a tensión continua:
La "~" significa Circuitos de CAEl símbolo "=" representa los circuitos de CC y "+" y "-" la polaridad de salida.
Si el rectificador se basa en un circuito clásico de puente de 4 diodos, se permite una representación ligeramente simplificada:
La entrada de la unidad rectificadora se conecta a los terminales de salida de la fuente de CA (en la mayoría de los casos se trata de un transformador reductor) sin respetar la polaridad: cualquier terminal de salida se conecta a cualquier terminal de entrada. La salida del puente se conecta a la carga. Esto puede requerir o no la polaridad (incluyendo el estabilizador, el filtro de suavizado).
El puente de diodos puede estar conectado a una fuente de tensión continua. En ese caso, se crea un circuito de protección de polaridad inversa inadvertida: cualquier conexión de las entradas del puente a la salida de la fuente de alimentación no invertirá la polaridad de la tensión en su salida.
Las principales características técnicas
A la hora de seleccionar los diodos o un puente, hay que fijarse primero en Máxima corriente de avance operativa. Debe ser mayor que la corriente de carga. Si se desconoce este valor y se conoce la potencia, hay que convertirla en corriente mediante la fórmula Inagr=Pnagr/Uf. Para aumentar la corriente admisible, los semiconductores pueden conectarse en paralelo: la corriente de carga más alta dividida por el número de diodos. Diodos en una rama del puente en este caso, es mejor elegir por valor cercano de la caída de tensión en el estado abierto.
El segundo parámetro importante es tensión de avanceEl segundo parámetro importante es la tensión de avance que el puente o sus componentes están diseñados para soportar. No debe ser inferior a la tensión de salida de la fuente de CA (¡valor de amplitud!). Para un funcionamiento fiable del dispositivo, se requiere un margen del 20-30%. Para aumentar la tensión admisible, se pueden conectar diodos en serie, en cada hombro del puente.
Estos dos parámetros son suficientes para la decisión preliminar de utilizar diodos en el dispositivo rectificador, pero es necesario prestar atención a algunas otras características:
- frecuencia máxima de funcionamiento - suele ser de unos pocos kilohercios y para el funcionamiento a frecuencias industriales de 50 o 100 Hz no importa, pero si el diodo va a funcionar en un circuito pulsado, este parámetro puede resultar decisivo;
- Caída de tensión en estado abierto La caída de tensión en estado abierto de los diodos de silicio es de unos 0,6 V, lo que no es importante para una tensión de salida de 36 V, por ejemplo, pero puede ser crítico para el funcionamiento por debajo de 5 V; en este caso, elija diodos Schottky, que se caracterizan por un valor bajo de este parámetro.
Tipos de puentes de diodos y su marcado
El puente de diodos se puede montar con diodos discretos. Para observar la polaridad, debe prestar atención a las marcas. En algunos casos, el marcado en forma de figura se coloca directamente en el cuerpo del dispositivo semiconductor. Esto es característico de los productos de fabricación nacional.
Los dispositivos extranjeros (y muchos rusos modernos) están marcados con un punto o un anillo. En la mayoría de los casos, el ánodo está marcado de esta manera, pero no hay garantía. Lo mejor es consultar un libro de referencia o utilizar un comprobador.
Se puede hacer un puente a partir de un conjunto: se combinan cuatro diodos en una caja y la conexión de los terminales puede hacerse mediante conductores externos (por ejemplo, en una placa de circuito). Los conjuntos pueden variar, por lo que hay que mirar las hojas de datos para la conexión correcta.
Por ejemplo el conjunto de diodos BAV99S con 4 diodos pero sólo 6 pines tiene dos medios puentes conectados en su interior (hay un punto en la carcasa cerca del pin 1):
Para conseguir un puente completo hay que conectar los pines correspondientes con conductores externos (en rojo se muestra la disposición de las vías cuando se utiliza el cableado del circuito impreso):
En este caso, la tensión alterna se conecta a los pines 3 y 6. El polo positivo de CC se toma del pin 5 o 2 y el polo negativo del pin 4 o 1.
Y la opción más sencilla es un montaje con un puente ya hecho en su interior. Los productos nacionales pueden ser KTs402, KTs405, también hay conjuntos de puentes fabricados en el extranjero. En muchos casos, el marcado de los terminales se aplica directamente sobre la caja, y la tarea se reduce únicamente a la elección correcta según las características y a la conexión sin errores. Si no hay una marca de terminal externa, tendrá que consultar un manual.
Ventajas y desventajas
Las ventajas de los puentes de diodos son bien conocidas:
- décadas de circuitos probados;
- Fácil de montar y conectar;
- fácil diagnóstico de averías y fácil reparación.
Las desventajas son el aumento del tamaño y el peso del circuito al aumentar la potencia, así como la necesidad de utilizar disipadores de calor para los diodos de alta potencia. Pero no se puede hacer nada al respecto: no se puede engañar a la física. Cuando estas condiciones se vuelven inaceptables, es necesario decidir la transición al circuito de alimentación de conmutación. Por cierto, también se puede utilizar la conexión en puente de los diodos.
También hay que tener en cuenta que la forma de la tensión de salida dista mucho de ser constante. Para trabajar con consumidores con requisitos de estabilidad de la tensión de alimentación, es necesario utilizar un puente junto con filtros de suavizado y, si es necesario, estabilizadores en la salida.
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