El voltaje alterno se entrega desde la organización de suministro de energía a los consumidores. Esto se debe a las peculiaridades del transporte de electricidad. Pero la mayoría de los receptores eléctricos domésticos (y, en parte, industriales) requieren energía de voltaje constante. Para obtenerlo, se requieren convertidores. En muchos casos, se construyen de acuerdo con el esquema "transformador reductor - rectificador - filtro de suavizado" (a excepción de Fuentes de alimentación conmutadas). Los diodos conectados en un circuito de puente se utilizan como rectificador.
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Para qué sirve un puente de diodos y cómo funciona
El puente de diodos se utiliza como un circuito de rectificación que convierte el voltaje de CA en CC. El principio de su funcionamiento se basa en la conducción unidireccional: la propiedad de un diodo semiconductor de pasar corriente en una sola dirección.Un solo diodo también puede servir como el rectificador más simple.
Con tal inclusión, el menor (negativo) parte de la sinusoide está "cortada". Este método tiene desventajas:
- la forma del voltaje de salida está lejos de ser constante, se requiere un condensador grande y voluminoso como filtro de suavizado;
- la alimentación de CA se utiliza como máximo a la mitad.
La corriente a través de la carga sigue la forma del voltaje de salida. Por lo tanto, es mejor utilizar un rectificador de onda completa en forma de puente de diodos. Si enciende cuatro diodos de acuerdo con el esquema indicado y conecta la carga, cuando se aplica un voltaje alterno a la entrada, la unidad funcionará así:
Con un voltaje positivo (parte superior de la sinusoide, flecha roja), la corriente fluirá por el diodo VD2, la carga, VD3. Con un negativo (parte inferior de la sinusoide, flecha verde) a través del diodo VD4, carga, VD1. Como resultado, en un período, la corriente pasa a través de la carga dos veces en la misma dirección.
La forma de onda del voltaje de salida es mucho más parecida a una línea recta, aunque el nivel de ondulación es bastante alto. La energía de la fuente se utiliza por completo.
Si hay una fuente de voltaje trifásico de la amplitud requerida, puede hacer un puente de acuerdo con el siguiente esquema:
En él, se agregarán tres corrientes a la carga, repitiendo la forma del voltaje de salida, con un desfase de 120 grados:
El voltaje de salida rodeará la parte superior de las sinusoides. Se puede ver que el voltaje pulsa mucho menos que en un circuito monofásico, su forma es más cercana a una línea recta. En este caso, la capacitancia del filtro de suavizado será mínima.
Y otra versión del puente - controlado.En él, dos diodos se reemplazan por tiristores, dispositivos electrónicos que se abren cuando se aplica una señal al electrodo de control. En forma abierta, los tiristores se comportan casi como diodos ordinarios. El esquema se ve así:
Las señales de encendido se dan desde el circuito de control en momentos acordados, el apagado se produce en el momento en que el voltaje pasa por cero. Luego, el voltaje se promedia en el capacitor y este nivel promedio se puede controlar.
Designación del puente de diodos y diagrama de conexión
Dado que un puente de diodos se puede construir de acuerdo con varios esquemas y contiene pocos elementos, en la mayoría de los casos, la designación de un conjunto rectificador se realiza simplemente dibujando su diagrama de circuito. Si esto es inaceptable, por ejemplo, en el caso de construir un diagrama de bloques, entonces el puente se indica como un símbolo, que indica cualquier convertidor de CA a CC:
La letra "~" significa cadenas corriente alterna, el símbolo "=" - circuitos de CC, y "+" y "-" - la polaridad de salida.
Si el rectificador se construye de acuerdo con el circuito de puente clásico de 4 diodos, se permite una imagen 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 es un transformador reductor) sin observar la polaridad: cualquier terminal de salida se conecta a cualquier entrada. La salida del puente está conectada a la carga. Puede o no requerir polaridad (incluido un estabilizador, filtro suavizante).
El puente de diodos se puede conectar a una fuente de voltaje constante.En este caso, se obtiene un circuito de protección contra la inversión de polaridad involuntaria: con cualquier conexión de las entradas del puente a la salida de la fuente de alimentación, la polaridad del voltaje en su salida no cambiará.
Características técnicas principales
Al elegir diodos o un puente terminado, en primer lugar, debe observar corriente directa máxima de funcionamiento. Debe exceder la corriente de carga con un margen. Si se desconoce este valor, pero se conoce la potencia, debe convertirse en corriente de acuerdo con la fórmula Iload \u003d Pload / Uout. Para aumentar la corriente permitida, los dispositivos semiconductores se pueden conectar en paralelo: la corriente de carga más grande se divide por la cantidad de diodos. En este caso, es mejor seleccionar diodos en una rama del puente de acuerdo con un valor cercano de la caída de voltaje en estado abierto.
El segundo parámetro importante es tensión directapara los que están diseñados el puente o sus elementos. No debe ser inferior a la tensión de salida de la fuente de CA (¡valor máximo!). Para un funcionamiento confiable del dispositivo, debe tomar un margen del 20-30%. Para aumentar el voltaje permitido, los diodos se pueden conectar en serie, en cada brazo del puente.
Estos dos parámetros son suficientes para una decisión preliminar sobre el uso de diodos en un dispositivo rectificador, pero también se deben tener en cuenta algunas otras características:
- frecuencia máxima de operación - normalmente unos pocos kilohercios y no importa para el funcionamiento a frecuencias industriales de 50 o 100 Hz, y si el diodo funciona en un circuito de impulsos, este parámetro puede volverse decisivo;
- caída de tensión en estado activo para los diodos de silicio es de aproximadamente 0,6 V, lo que no es importante para una tensión de salida de, por ejemplo, 36 V, pero puede ser crítico cuando se opera por debajo de 5 V; en este caso, se deben elegir los diodos Schottky, que se caracterizan por un bajo valor de este parámetro.
Variedades de puentes de diodos y su marcado.
El puente de diodos se puede montar en diodos discretos. Para observar la polaridad, debe prestar atención a las marcas. En algunos casos, se aplica una marca en forma de patrón directamente al cuerpo del dispositivo semiconductor. Esto es típico de los productos domésticos.
Los dispositivos extranjeros (y muchos rusos modernos) están marcados con un punto o un anillo. En la mayoría de los casos, esta es la designación del ánodo, pero no hay garantía. Es mejor mirar el manual o usar el probador.
Puede hacer un puente a partir del ensamblaje: se combinan cuatro diodos en un paquete y la conexión de los cables se puede realizar con conductores externos (por ejemplo, en una placa de circuito impreso). Los esquemas de ensamblaje pueden variar, por lo que para la conexión correcta, debe consultar las hojas de datos.
Por ejemplo, el conjunto de diodos BAV99S, que contiene 4 diodos pero solo tiene 6 pines, tiene dos medios puentes en el interior, conectados de la siguiente manera (hay un punto en la caja cerca del pin 1):
Para obtener un puente completo, debe conectar las salidas correspondientes con conductores externos (el trazo rojo muestra las pistas en el caso de usar cableado impreso):
En este caso, se aplica un voltaje alterno a los pines 3 y 6. El polo positivo de la constante se quita del pin 5 o 2, y el polo negativo se toma del pin 4 o 1.
Y la opción más fácil es ensamblar con un puente confeccionado en el interior.De los productos nacionales, estos pueden ser KTs402, KTs405, hay puentes de montaje de producción extranjera. En muchos casos, el marcado de las conclusiones se aplica directamente al caso, y la tarea se reduce solo a la elección correcta de acuerdo con las características y la conexión sin errores. Si no hay una designación externa de las conclusiones, tendrá que consultar el directorio.
Ventajas y desventajas
Las ventajas de un puente de diodos son bien conocidas:
- esquemas elaborados durante décadas;
- facilidad de montaje y conexión;
- Diagnóstico de fallas simple y fácil reparación.
Como desventajas, es necesario mencionar el aumento de las dimensiones y peso del circuito al aumentar la potencia, así como la necesidad de utilizar disipadores de calor para diodos de alta potencia. Pero no se puede hacer nada al respecto, la física no puede ser engañada. Cuando estas condiciones se vuelven inaceptables, es necesario decidir sobre la transición a un circuito de suministro de energía pulsado. Por cierto, se pueden usar diodos de puente.
También se debe tener en cuenta que la forma del voltaje de salida está lejos de ser constante. Para trabajar con consumidores que exigen estabilidad de la tensión de alimentación, es necesario utilizar un puente junto con filtros de suavizado y, si es necesario, estabilizadores de salida.
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