A tensão CA é transportada da empresa de serviços públicos para o consumidor. Isto deve-se à natureza do transporte de electricidade. Mas a maioria dos consumidores eléctricos domésticos (e parcialmente industriais) necessitam de um fornecimento directo de tensão. Requer conversores. Em muitos casos são construídos de acordo com o esquema "transformador - rectificador - alisador" (excepto para fontes de alimentação de modo comutado). Os diodos dispostos num circuito de ponte são utilizados como rectificadores.
Conteúdos
Porque é necessária a ponte dos díodos e como funciona
A ponte do díodo é utilizada como um circuito rectificador, que converte a tensão CA em tensão CC. Funciona com base na condução unidireccional, uma propriedade de um díodo semicondutor que permite o fluxo de corrente numa só direcção. Um único díodo também pode servir como o rectificador mais simples.
Neste contexto, o lado negativo (negativo) de uma forma de onda sinusoidal é "cortada". Este método tem desvantagens:
- A forma da tensão de saída está longe de ser constante, exigindo um condensador grande e volumoso como filtro de alisamento;
- a fonte de alimentação CA é utilizada no máximo a metade da sua capacidade.
A corrente através da carga repete a forma da tensão de saída. Por conseguinte, é melhor utilizar um rectificador duplo de meio período sob a forma de ponte de díodos. Se quatro díodos estiverem incluídos no circuito acima e uma carga estiver ligada, a unidade funcionará da seguinte forma quando a tensão CA for aplicada à entrada:
Quando a voltagem é positiva (parte superior da onda sinusoidal, seta vermelha), a corrente passará pelo díodo VD2, a carga, VD3. Com tensão negativa (parte inferior da onda sinusoidal, seta verde) através do diodo VD4, carga, VD1. O resultado é que num período, a corrente passa duas vezes pela carga na mesma direcção.
A forma da tensão de saída é muito mais próxima de uma linha recta, embora o nível de ondulação seja bastante elevado. A potência da fonte é totalmente utilizada.
Se estiver disponível uma fonte de tensão trifásica com a amplitude necessária, pode ser feita uma ponte desta forma:
Empilhará três correntes sobre a carga, repetindo a forma da tensão de saída, com uma mudança de fase de 120 graus:
A voltagem de saída irá circundar os topos dos sinusoidais. Pode-se ver que a tensão pulsa muito menos do que no circuito monofásico, a sua forma está mais próxima de uma linha recta. Neste caso, a capacidade do filtro de alisamento será mínima.
E outra variante da ponte é uma ponte controlada. Neste, os dois díodos são substituídos por tiristores, que são dispositivos electrónicos que se abrem quando um sinal é aplicado ao eléctrodo de controlo. Quando abertos, os tirístores comportam-se quase como os diodos normais. O circuito toma esta forma:
Os sinais de comutação são fornecidos pelo circuito de controlo nos momentos de tempo acordados, o desligamento ocorre no momento em que a tensão passa por zero. A tensão é então calculada como média através de um condensador e esta média pode ser controlada.
Designação da ponte de díodos e diagrama de ligação
Como as pontes de díodos podem ser construídas de acordo com vários esquemas e têm poucos elementos, na maioria dos casos a unidade rectificadora é identificada simplesmente através do desenho de um diagrama esquemático. Se isto for inaceitável, por exemplo, no caso de um diagrama de blocos, a ponte é indicada pelo símbolo utilizado para qualquer conversor AC para DC:
A sigla "~" significa Circuitos CAO símbolo "=" significa circuitos DC e "+" e "-" para a polaridade de saída.
Se o rectificador se basear num circuito clássico de ponte de 4 díodos, é permitida uma representação ligeiramente simplificada:
A entrada da unidade rectificadora é ligada aos terminais de saída da fonte CA (na maioria dos casos, trata-se de um transformador de passo descendente) sem observar a polaridade - qualquer terminal de saída é ligado a qualquer terminal de entrada. A saída da ponte está ligada à carga. Isto pode ou não exigir polaridade (incluindo estabilizador, filtro de alisamento).
A ponte dos díodos pode ser ligada a uma fonte de tensão DC. Nesse caso, é criado um circuito de protecção de inversão de polaridade inadvertida - qualquer ligação das entradas da ponte à saída da fonte de alimentação não inverterá a polaridade da tensão à sua saída.
As principais características técnicas
Ao seleccionar os díodos ou uma ponte, deve primeiro olhar para Corrente máxima de corrente de avanço operacional. Deve ser maior do que a corrente de carga. Se este valor for desconhecido e a potência for conhecida, deve ser convertido em corrente utilizando a fórmula Inagr=Pnagr/Uf. Para aumentar a corrente permissível, os semicondutores podem ser ligados em paralelo - a maior corrente de carga dividida pelo número de díodos. Díodos num ramo da ponte neste caso, é melhor escolher pelo valor próximo da queda de tensão no estado aberto.
O segundo parâmetro importante é tensão de avançoO segundo parâmetro importante é a tensão de avanço que a ponte ou os seus componentes são concebidos para transportar. Não deve ser inferior à tensão de saída da fonte CA (valor de amplitude!). Para o funcionamento fiável do dispositivo, é necessária uma margem de 20-30%. Para aumentar a tensão admissível, os díodos podem ser ligados em série - em cada ombro da ponte.
Estes dois parâmetros são suficientes para uma decisão preliminar de utilização de díodos no dispositivo rectificador, mas é necessário prestar atenção a algumas outras características:
- frequência máxima de funcionamento - é normalmente de alguns kilohertz e para funcionamento a frequências industriais de 50 ou 100 Hz não importa, mas se o díodo for funcionar num circuito pulsado, este parâmetro pode tornar-se decisivo;
- Queda de tensão de estado aberto A queda de tensão em estado aberto dos díodos de silício é de cerca de 0,6 V, o que não é importante para uma tensão de saída de 36 V, por exemplo, mas pode ser crítico para o funcionamento abaixo de 5 V - neste caso, escolha os díodos Schottky, que se caracterizam por um valor baixo deste parâmetro.
Tipos de pontes de díodos e a sua marcação
A ponte do diodo pode ser montada com díodos discretos. A fim de observar a polaridade, é necessário prestar atenção às marcações. Em alguns casos, a marcação sob a forma de uma figura é colocada directamente sobre o corpo do dispositivo semicondutor. Esta é uma característica dos produtos fabricados internamente.
Os dispositivos estrangeiros (e muitos russos modernos) são marcados com um ponto ou um anel. Na maioria dos casos, o ânodo é marcado desta forma, mas não há qualquer garantia. É melhor consultar um livro de referência ou utilizar um provador.
É possível fazer uma ponte a partir de um conjunto - quatro díodos são combinados num caso e a ligação dos terminais pode ser feita por condutores externos (por exemplo, numa placa de circuito). As montagens podem variar, pelo que é necessário consultar as fichas técnicas para obter a ligação correcta.
Por exemplo, o conjunto de díodos BAV99S com 4 díodos mas apenas 6 pinos tem duas meias pontes ligadas no interior (há um ponto na caixa perto do pino 1):
Para obter uma ponte completa é necessário ligar os pinos correspondentes aos condutores externos (o vermelho mostra a disposição da via quando se utiliza a cablagem do circuito impresso):
Neste caso, a tensão CA é ligada aos pinos 3 e 6. O pólo DC positivo é retirado do pino 5 ou 2 e o pólo negativo do pino 4 ou 1.
E a opção mais simples é uma montagem com uma ponte pronta no interior. Os produtos domésticos podem ser KTs402, KTs405, há também conjuntos de pontes feitas no estrangeiro. Em muitos casos, a marcação dos terminais é aplicada directamente no caso, e a tarefa resume-se apenas à escolha correcta de acordo com as características e à ligação sem erros. Se não houver marcação de terminal externo, terá de consultar um manual.
Vantagens e desvantagens
As vantagens das pontes de díodos são bem conhecidas:
- décadas de circuitos comprovados;
- Fácil de montar e ligar;
- fácil diagnóstico de falhas e fácil reparação.
As desvantagens são o aumento do tamanho e do peso do circuito com o aumento da potência, bem como a necessidade de utilizar dissipadores de calor para díodos de alta potência. Mas nada pode ser feito - não se pode enganar a física. Quando estas condições se tornam inaceitáveis, é necessário decidir sobre a transição para o circuito de alimentação de comutação. A propósito, a ligação em ponte dos díodos também pode ser utilizada nela.
Deve-se também notar que a forma da tensão de saída está longe de ser constante. Para trabalhar com consumidores com requisitos de estabilidade de tensão de alimentação, é necessário utilizar uma ponte juntamente com filtros de alisamento, e, se necessário, estabilizadores à saída.
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