Comprensión de los rectificadores del puente: principios, clasificaciones y aplicaciones prácticas
2024-07-09 10414

El rectificador del puente convierte la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC) a través de una estructura del puente compuesta por cuatro diodos.La conductividad unidireccional de los diodos se usa para rectificar los medios ciclos positivos y negativos de la CA en DC en la misma dirección.El diseño del rectificador del puente no solo mejora la eficiencia de rectificación, sino que también proporciona un voltaje de salida de CC estable.Este artículo discutirá en detalle el principio de trabajo, la clasificación y el papel del rectificador del puente en aplicaciones prácticas.

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¿Qué es un rectificador?

Un rectificador es un dispositivo electrónico utilizado para convertir la corriente alterna (CA) a la corriente continua (DC).Se usa comúnmente en sistemas de energía y detectando señales de radio.Los rectificadores facilitan la conversión de AC a DC aprovechando la conductividad unidireccional de los diodos, lo que permite que la corriente fluya en una sola dirección.Se pueden hacer de una variedad de materiales, incluidos tubos de vacío, tubos de encendido, diodos semiconductores de silicio de estado sólido y arcos de mercurio.Los dispositivos que realizan la función opuesta (convertir DC a AC) se llaman inversores.

En un UPS de espera (fuente de alimentación ininterrumpida), solo la batería debe cargarse, por lo que el sistema incluye un cargador pero no suministra energía a la carga.Por el contrario, una conversión doble aumenta no solo cobra la batería, sino que también suministra energía al inversor, por lo que se llama rectificador/cargador.

La función principal de un rectificador es convertir AC a DC.Lo hace a través de dos procesos principales, convirtiendo CA en CC, luego filtrándolo para proporcionar una salida de CC estable para la carga o inversor, y proporcionando un voltaje de carga para la batería, así que también actúa como cargador.

La operación de un rectificador no controlado implica pasar la mitad del ciclo de CA a través de la carga, produciendo una salida de CC pulsante.En un rectificador controlado, el flujo de corriente se gestiona controlando la conducción de un transistor u otro dispositivo controlable, lo que resulta en una salida de CC controlada.

Clasificación de rectificadores

Los rectificadores se clasifican de acuerdo con diferentes estándares.Los siguientes son métodos de clasificación comunes:

Clasificación por método de rectificación

Un rectificador de media onda funciona solo en la mitad del ciclo de CA (medio ciclo positivo o medio ciclo negativo).Permanece inactivo en el otro medio ciclo.Por lo tanto, el voltaje de salida consta de solo la mitad de la forma de onda de CA.

Un rectificador de onda completa conduce tanto en los medios ciclos positivos como negativos del ciclo de CA.Esto significa que el voltaje de salida es positivo en ambos medios ciclos del ciclo.

Clasificación por rectificador

Los rectificadores de diodos usan diodos como elemento rectificador principal.Estos generalmente se usan en circuitos de rectificación de baja potencia y media potencia.El diodo solo permite que la corriente fluya en una dirección, asegurando la conversión de AC a DC.

SCR es un dispositivo semiconductor que se puede controlar con precisión para encender y apagar.Es adecuado para circuitos de rectificación de alta potencia que requieren un control preciso del proceso de rectificación.SCR es la primera opción en aplicaciones que requieren alta eficiencia y alta regulación.

Estas clasificaciones nos ayudan a comprender las funciones y aplicaciones específicas de diferentes tipos de rectificadores en varios sistemas electrónicos.

Figura 1: Rectificador de puentes

¿Cómo funciona un rectificador de puente?

Un rectificador de puente se usa comúnmente para convertir la corriente alterna (AC) a la corriente continua (DC) y es un circuito rectificador que utiliza la conductividad unidireccional de un diodo.Utiliza cuatro diodos dispuestos en una configuración de puente para rectificar los medios ciclos positivos y negativos de la potencia de CA en una salida de CC consistente.

Componentes de un rectificador de puente

Los componentes de un rectificador de puente son cuatro diodos (D1, D2, D3, D4);una fuente de alimentación de CA (entrada);una resistencia de carga (RL);y un condensador de filtro (opcional, utilizado para suavizar el voltaje de salida).

Principio de funcionamiento

La operación de un rectificador de puente implica dos procesos principales: rectificación positiva de medio ciclo y rectificación negativa de medio ciclo.

Figura 2: forma de onda del rectificador de puentes: medio ciclo positivo y medio ciclo negativo

Rectificación positiva de medio ciclo

Polaridad de voltaje durante el medio ciclo positivo de la entrada de CA, el extremo superior de la entrada es positivo y el extremo inferior es negativo.La ruta de conducción es que los diodos D1 y D2 son sesgados hacia adelante y conducen corriente.La corriente fluye desde el terminal positivo de la fuente de CA, a través de D1, a través de la resistencia de carga RL, y de regreso al terminal negativo de la fuente de CA a través de D2.El estado de apagado es que los diodos D3 y D4 están sesgados inversamente y permanecen apagados.Durante este ciclo, la corriente a través de RL fluye de izquierda a derecha.

Rectificación negativa de medio ciclo

La polaridad de voltaje es que durante el medio ciclo negativo, la polaridad de la entrada de CA se invierte, lo que hace que el extremo superior sea negativo y el extremo inferior positivo.La ruta de conducción es que los diodos D3 y D4 son de sesgo hacia adelante y la corriente de conducta.La corriente fluye desde el terminal negativo de la fuente de CA, a través de D3, a través de la resistencia de carga RL, y de regreso al terminal positivo de la fuente de CA a través de D4.El estado de apagado es que los diodos D1 y D2 son sesgados inversos y permanecen apagados.A pesar de la reversión de la polaridad, la corriente que fluye a través de RL todavía fluye en la misma dirección (de izquierda a derecha).

Filtración

Después de la rectificación, el voltaje de salida todavía está pulsando DC.Para suavizar este voltaje y reducir la onda, se agrega un condensador de filtro.El condensador del filtro está conectado en paralelo con la resistencia de carga (RL).Esta configuración suaviza la CC pulsante, reduce la ondulación de voltaje y proporciona una salida más estable.

Circuito rectificador de puente

El rectificador del puente mejora en la rectificación de media onda del diodo.Su función principal es convertir la corriente alterna (AC) a la corriente continua (DC).Lo hace usando cuatro diodos en una disposición específica para rectificar los medios ciclos positivos y negativos de la entrada de CA en una salida de CC unidireccional.

Figura 3: Circuito rectificador de puentes

El rectificador del puente convierte AC a CC utilizando la conductividad unidireccional de los diodos.Mientras que el voltaje de CA y la corriente alternan periódicamente las direcciones, la salida de CC del rectificador del puente siempre fluye en una dirección.Los rectificadores del puente son más eficientes que los rectificadores de ondas y onda completa de una sola fase porque usan ambos medios ciclos del ciclo de CA simultáneamente.Esto permite una salida de CC más suave y continua.Se requiere una fuente de alimentación de CC estable en aplicaciones como fuentes de alimentación, cargadores de batería y varios dispositivos electrónicos.Un rectificador de puente combinado con filtrado puede proporcionar la potencia de CC estable requerida para estas aplicaciones.

Funciones de un rectificador de puente

Conversión de AC a DC

La función principal de un rectificador de puente es convertir la entrada de CA a la salida de CC.Voltaje de CA y flujo de corriente alternativamente, mientras que el voltaje de CC y el flujo de corriente en una dirección constante.Los diodos en el rectificador del puente permiten que la corriente fluya en una sola dirección, asegurando así esta conversión.

Eficiencia mejorada

Un rectificador de puente utiliza los medios ciclos positivos y negativos de la potencia de CA.Esta doble utilización mejora la eficiencia en comparación con un rectificador monofásico.Resulta en una salida de CC más suave con menos ondulación.

Potencia de DC estable

La alimentación de CC estable es adecuada para dispositivos electrónicos, alimentadores y cargadores de batería.Un rectificador de puente combinado con condensadores de filtrado puede proporcionar esta fuente de alimentación estable.

Idealmente, el voltaje de salida (valor promedio) de un rectificador de puente se puede expresar como

V_out = (2v_m)/π- (4V_F)/π

Donde v_mis el voltaje máximo de la alimentación de CA de entrada, y v_f es la caída de voltaje hacia adelante de cada diodo.

Ejemplo

Suponga que tenemos una fuente de alimentación de CA con un voltaje de entrada de 220V (valor efectivo, RMS) y usamos un rectificador de puente para la rectificación.La caída de voltaje hacia adelante del diodo es de 0.7V.

Condiciones de entrada:

Voltaje de entrada 220V CA (RMS)

Voltaje pico v_m = 220 × √2 ≈311v

Diodo de voltaje hacia adelante caída v_f = 0.7V

Calcular la salida:

Voltaje de salida promedio v_avg = (2 × 311)/π- (4 × 0.7)/π ≈198v

De esta manera, el rectificador del puente convierte el voltaje de CA en un voltaje de CC cerca de 198V.Aunque todavía hay algunas fluctuaciones, la salida se puede suavizar aún más mediante el uso de dispositivos de filtrado apropiados para proporcionar una fuente de alimentación de CC estable.Después de conectar el circuito de filtro, el voltaje de salida promedio es aproximadamente 1.2 veces el valor RMS del AC de entrada, mientras que el voltaje de carga de circuito abierto es aproximadamente 1.414 veces el valor RMS.Este cálculo ayuda a determinar los componentes necesarios para lograr una salida de CC estable y suave de una entrada de CA.

¿Cómo funcionan los condensadores como filtros?

El filtrado elimina las ondas de señal no deseadas.En el filtrado de paso alto, las señales de mayor frecuencia pasan fácilmente a través del circuito a la salida, mientras que las señales de menor frecuencia están bloqueadas.Los circuitos de CA contienen tensión o señales de corriente de varias frecuencias, no todas las cuales son necesarias.Las señales no deseadas pueden causar interferencia que interrumpe el funcionamiento del circuito.Para filtrar estas señales, se utilizan varios circuitos de filtrado, en los que los condensadores juegan un papel clave.Aunque las señales rectificadas no son señales de CA, el concepto es similar.Un condensador consta de dos conductores separados por un aislante.En los circuitos de filtrado, los condensadores almacenan energía para reducir la ondulación de CA y mejorar la salida de CC.

Figura 4: Diagrama de circuito de filtro de paso alto

Cómo los condensadores filtran las señales

Los condensadores pueden almacenar y liberar carga.Cuando aumenta el voltaje, el condensador carga;Cuando el voltaje disminuye, el condensador descarga.Esta característica suaviza las fluctuaciones de voltaje.En un circuito rectificador, como un rectificador de puente, el voltaje de CC de salida no es suave, sino pulsante.Conectar un condensador de filtro a la salida puede suavizar estas pulsaciones.

Figura 5: Rectificador de puente: módulo de diodo de onda completa

• Medio ciclo positivo: Durante el medio ciclo positivo, el voltaje aumenta, lo que hace que el condensador se cargue.La energía eléctrica almacenada alcanza su valor máximo en el pico de voltaje.

• Medio ciclo negativo: Durante el medio ciclo negativo, el voltaje disminuye y el condensador se descarga a través de la carga.Esta descarga proporciona corriente a la carga, evitando que el voltaje de salida caiga bruscamente y suaviza la forma de onda.

La acción de carga y descarga del condensador suaviza el voltaje de salida rectificado a un nivel de CC más constante, reduciendo las fluctuaciones de voltaje y la ondulación.

Elegir el condensador correcto

El tamaño del condensador de filtro afecta directamente el efecto de filtrado.En términos generales, cuanto mayor sea el valor de capacitancia, mejor será el efecto de filtrado, porque un condensador grande puede almacenar más carga y proporcionar un voltaje más estable.Sin embargo, el valor de capacitancia no puede ser demasiado grande, de lo contrario, conducirá a un tiempo de inicio de circuito más largo, un aumento en el volumen del condensador y un aumento en el costo.

La fórmula empírica para seleccionar condensadores de filtro

C = I/(F × ΔV)

Donde c es el valor de capacitancia (Farad, f)

I es la corriente de carga (amperio, a)

F es la frecuencia de potencia (Hertz, Hz)

ΔV es la ondulación de voltaje de salida permitida (voltio, v)

El papel de los condensadores de filtro

Cuando aumenta el voltaje rectificado, el condensador de filtro se carga, lo que hace que el voltaje aumente gradualmente.Cuando el voltaje rectificado disminuye, el condensador del filtro se descarga, proporcionando una corriente estable y suavizando el voltaje de salida.La acción de carga y descarga del condensador de filtro suaviza el voltaje pulsante rectificado, reduciendo la ondulación de voltaje y las fluctuaciones.Los condensadores son efectivos para el filtrado porque permiten que las señales de CA pasen mientras bloquean las señales de CC.Las señales de CA con frecuencias más altas pasan a través de los condensadores más fácilmente, con menos resistencia, lo que resulta en un voltaje más bajo en el condensador.Por el contrario, las señales de CA con frecuencias más bajas enfrentan una mayor resistencia, lo que resulta en un voltaje más alto a través del condensador.Para DC, el condensador actúa como un circuito abierto, la corriente es cero y el voltaje de entrada es igual al voltaje del condensador.

Filtrando diferentes frecuencias en los circuitos de rectificadores

Para comprender cómo los condensadores de filtro manejan diferentes frecuencias, discutamos brevemente la expansión de la serie Fourier.La serie de Fourier descompone señales periódicas no sinusoidales en la suma de las señales sinusoidales de diferentes frecuencias.Por ejemplo, una onda periódica compleja puede descomponerse en múltiples ondas sinusoidales de diferentes frecuencias.

Figura 6: onda pulsante

En un circuito rectificador, la salida es una onda pulsante, que puede descomponerse en componentes sinusoidales de diferentes frecuencias utilizando la serie Fourier.Los componentes de alta frecuencia pasan directamente a través del condensador, mientras que los componentes de baja frecuencia alcanzan la salida.

Figura 7: Diagrama de circuito de filtro de condensador

Cuanto mayor sea el condensador, más suave es la forma de onda de salida.Los condensadores más grandes almacenan más carga, proporcionando un voltaje más estable.

Figura 8: Diagrama de filtrado del condensador

En una onda de voltaje pulsante, cuando el voltaje cae por debajo del voltaje del condensador, el condensador se descarga a la carga, evitando que el voltaje de salida caiga a cero.Esta carga y descarga continua suaviza el voltaje de salida.

Circuitos de filtro de paso alto y de paso bajo

En un filtro de paso alto, el condensador y la resistencia están conectados en serie.Las señales de alta frecuencia tienen una caída mínima de voltaje al pasar a través del condensador, lo que resulta en una corriente mayor y un voltaje de salida más alto a través de la resistencia.Las señales de baja frecuencia enfrentan una caída de voltaje más grande a través del condensador, lo que resulta en un voltaje de salida mínimo.En un filtro de paso bajo, el condensador bloquea las señales de alta frecuencia y solo permite que pasen bajas frecuencias.Las señales de alta frecuencia tienen alta impedancia y un voltaje mínimo de salida, mientras que las señales de baja frecuencia tienen baja impedancia y un voltaje de salida más alto.

Figura 9: Circuito de filtro de paso alto y bajo

Tipos de rectificadores de puentes

Los rectificadores de puentes se clasifican en función de su construcción y aplicación.Aquí hay algunos tipos comunes:

Rectificador de puente monofásico

El rectificador de puente monofásico es la forma más simple y a menudo se usa en pequeños equipos de suministro de energía.Tiene cuatro diodos que convierten el CA monofásico en CC pulsante.Durante el medio ciclo positivo del AC, los diodos D1 y D2 conducen, mientras que D3 y D4 están apagados.Durante el medio ciclo negativo, la conducta D3 y D4, y D1 y D2 están apagados.Esto permite que los medios ciclos positivos y negativos de la CA se rectifiquen en DC positivo.

Figura 10: Diagrama de forma de onda rectificador de onda completa de una sola fase

Rectificador de puentes trifásicos

Los rectificadores de puentes trifásicos se utilizan en aplicaciones de mayor potencia, como equipos industriales y grandes sistemas de energía.Contienen seis diodos que convierten el CA trifásico en DC más suave.Durante cada ciclo de la CA trifásica, varias combinaciones de diodos conducen, rectificando los medios ciclos positivos y negativos en DC.Este método proporciona una salida de CC más suave adecuada para requisitos de alta potencia.

Figura 11: Circuito de rectificador totalmente controlado del puente trifásico

Rectificador de puente controlado

El rectificador de puente controlado utiliza un rectificador controlado por silicio (SCR) en lugar de un diodo convencional para regular el voltaje de salida.Al controlar el ángulo de conducción SCR, la salida promedio de CC se puede cambiar.Ajustar el ángulo de disparo SCR controla su tiempo de conducción en cada ciclo, modificando así el voltaje de CC de salida promedio de salida.Este tipo a menudo se usa en fuentes de alimentación ajustables y sistemas de control de motores de CC.

Rectificador de puentes de alta frecuencia

Los rectificadores de puentes de alta frecuencia se utilizan en sistemas de energía de alta frecuencia y generalmente usan diodos de recuperación rápida para satisfacer las necesidades de suministros de encendido (SMP).Los diodos de recuperación rápida tienen un corto tiempo de recuperación inversa y pueden responder rápidamente a las operaciones de conmutación de alta frecuencia, mejorando así la eficiencia de la rectificación y reduciendo las pérdidas y el ruido.

Rectificador de puentes monolíticos

Los rectificadores de puentes monolíticos integran cuatro diodos rectificadores en un solo chip o módulo, simplificando el diseño del circuito, y se utilizan principalmente en pequeños dispositivos electrónicos y adaptadores de potencia.Similar a un rectificador de puente estándar, la versión monolítica ofrece una mayor confiabilidad e instalación más fácil, ya que está integrado en un solo paquete.

Rectificador de puente totalmente controlado

Un rectificador de puente totalmente controlado utiliza un rectificador de tiristor (SCR) en lugar de un diodo normal.Cada elemento rectificador es controlable, lo que permite una regulación precisa del voltaje de salida y la corriente.Al variar el ángulo de conducción del SCR, la salida del rectificador se puede controlar con precisión.Este rectificador es ideal para aplicaciones que requieren un control de voltaje fino, como las unidades de motor de CC y las alimentaciones ajustables.La capacidad de variar el ángulo de disparo del SCR permite una gestión precisa de la salida.

Rectificador de puente medio controlado

Un rectificador de puente medio controlado combina un tiristor (SCR) con un diodo normal.Típicamente, en aplicaciones monofásicas, dos de los elementos rectificadores opuestos son SCR, mientras que los otros dos son diodos.Esta configuración proporciona capacidad de regulación parcial.Si bien solo algunos de los elementos son controlables, proporcionan una regulación limitada a un costo más bajo.Los rectificadores medio controlados son adecuados para sistemas que requieren control parcial y no son profesionales de costos, como unidades de motor pequeños y suministros ajustables sensibles a los costos.

Rectificador de puente no controlado

Un rectificador de puente no controlado utiliza solo diodos ordinarios, y todos los elementos de rectificación son incontrolables.Es el rectificador de puentes más simple y más utilizado.Este rectificador carece de capacidad de regulación, no puede ajustar el voltaje o la corriente de salida, y solo realiza una rectificación básica.Es adecuado para varios dispositivos electrónicos que requieren una fuente de alimentación de CC estable, como adaptadores de alimentación y cargadores de batería.

Aplicaciones de rectificadores de puente

Proporcionar voltaje de CC polarizado y estable en la soldadura

En el equipo de soldadura, los rectificadores de puentes pueden proporcionar voltaje de CC estable.Esta estabilidad permite la soldadura de alta calidad porque la fuente de alimentación afecta directamente el proceso de soldadura.El rectificador convierte la potencia de CA en la potencia de CC, reduciendo las fluctuaciones de corriente y garantizando un arco de soldadura estable, lo que mejora la resistencia y la calidad de la junta soldada.Esta estabilidad minimiza los defectos de soldadura y mejora la precisión general, especialmente en la soldadura por arco.

Figura 12: Rectificadores de puentes utilizados en la máquina de soldadura

Otra función clave del rectificador del puente es proporcionar voltaje de CC polarizado.Esto es particularmente importante en las operaciones de soldadura profesional, como el aluminio o la soldadura de acero inoxidable, donde la formación de capas de óxido puede afectar la calidad de la soldadura.El voltaje polarizado reduce la oxidación, asegurando una superficie de soldadura más limpia y una articulación más fuerte.Al combinar un rectificador de puentes, el equipo de soldadura puede proporcionar una corriente más estable y de alta calidad, lo que mejora todo el proceso de soldadura.

Para suavizar aún más la salida de CC y reducir las fluctuaciones de voltaje, los rectificadores del puente a menudo se usan junto con condensadores de filtro y reguladores de voltaje.El condensador de filtro elimina las ondas y hace que el voltaje de salida sea más suave, mientras que el regulador de voltaje asegura que el voltaje de salida sea constante, protegiendo la calidad de soldadura del voltaje V ariat.Esta combinación mejora la estabilidad de la fuente de alimentación de soldadura y extiende la vida útil del equipo.

Fuente de alimentación interna

Los dispositivos electrónicos modernos, que incluyen electrodomésticos, equipos de control industrial y equipos de comunicación, requieren una fuente de alimentación de CC estable para operar correctamente.Los rectificadores del puente convierten la potencia de CA de la cuadrícula a la potencia de CC requerida por estos dispositivos, y la mayoría de los componentes y circuitos electrónicos dependen de la potencia de CC.

En un rectificador de puente, cuatro diodos forman un circuito de puente para convertir la potencia de CA en potencia de CC pulsante.Luego, un condensador de filtro suaviza la salida, reduce las fluctuaciones de voltaje y produce una fuente de alimentación de CC más estable.Para dispositivos que requieren una potencia precisa, un regulador de voltaje (como un regulador lineal o de conmutación) garantiza un voltaje de salida constante y preciso.Esta configuración mejora la fiabilidad y la vida útil del equipo al prevenir el daño causado por las fluctuaciones de voltaje.

En los electrodomésticos, los rectificadores de puentes se utilizan en los módulos de potencia internos de dispositivos como televisores, sistemas de sonido y computadoras.Por ejemplo, en la fuente de alimentación de un televisor, un rectificador de puentes convierte la alimentación de CA en alimentación de CC, que luego se filtra y estabiliza antes de distribuir al circuito de TV.Esto garantiza que el voltaje permanezca estable a pesar de las fluctuaciones en la fuente de alimentación externa, manteniendo así la calidad de imagen y sonido.

El equipo de control industrial tiene mayores requisitos para la estabilidad del suministro de energía debido al entorno operativo complejo.Los rectificadores del puente en estos dispositivos proporcionan una potencia de CC estable y mejoran la seguridad y la confiabilidad del sistema a través de circuitos de protección, como la sobrevoltaje y la protección contra sobrecorriente.Por ejemplo, en los controladores lógicos programables (PLC), los rectificadores de puente pueden funcionar de manera estable en diferentes condiciones.

En equipos de comunicación como enrutadores e interruptores, los rectificadores de puentes pueden proporcionar una potencia de alta estabilidad y baja ruido.Esto garantiza la transmisión de señal confiable y el funcionamiento suave del equipo.Al convertir la CA a DC y adoptar el filtrado eficiente y la regulación de voltaje, los rectificadores de puentes respaldan el rendimiento confiable de los equipos de comunicación en entornos de red complejos.

Dentro de un cargador de batería

Un rectificador de puente convierte la alimentación de CA en la alimentación de CC estable requerida para la carga de la batería en un cargador de batería.Con el aumento de dispositivos portátiles y vehículos eléctricos, los cargadores de batería confiables se han vuelto esenciales.El rectificador asegura que el cargador proporcione una corriente constante y un voltaje que satisfaga las necesidades específicas de varios tipos de baterías.Esta fuente de alimentación estable permite una carga eficiente y una duración extendida de la batería.

Un rectificador de puentes generalmente consta de cuatro diodos que forman un circuito de puente.Convierte los medios ciclos positivos y negativos de la potencia de CA en potencia de CC pulsante.Aunque esta potencia de CC pulsante cumple con los requisitos básicos, todavía fluctúa.Por lo tanto, los cargadores de batería generalmente contienen condensadores de filtro para suavizar el voltaje y garantizar una salida más estable.

Las diferentes baterías requieren voltajes y corrientes de carga específicos.Los rectificadores de puentes se combinan con otros módulos de circuito para satisfacer estas necesidades.Por ejemplo, las baterías de litio requieren un voltaje preciso y un control de corriente para evitar sobrecarga y exceso de descarga.El rectificador integra modos de carga de voltaje constante y corriente constante y coopera con el circuito de control de carga para proporcionar un voltaje y corriente precisos para optimizar el proceso de carga.

Además de la conversión de energía, los rectificadores del puente también pueden proteger los cargadores de la batería.El voltaje de la fuente de alimentación puede experimentar una sobretensión momentánea o sobretensiones, lo que puede dañar la batería y el cargador.El rectificador forma un mecanismo de protección efectivo junto con componentes de protección, como varistores y fusibles.Cuando el voltaje de entrada excede el nivel seguro, el circuito de protección corta rápidamente la fuente de alimentación o desvía el exceso de corriente para proteger la batería y el cargador.

Los rectificadores de puentes se utilizan no solo en cargadores para dispositivos pequeños sino también en sistemas de carga de vehículos eléctricos de alta potencia.Estos sistemas pueden manejar una mayor potencia y corriente, y los rectificadores aseguran una carga segura y eficiente con su rendimiento confiable.La tecnología eficiente de rectificación y regulación de voltaje permite una carga rápida y extender la duración de la batería de los vehículos eléctricos.

Dentro de una turbina eólica

En una turbina eólica, un rectificador de puentes convierte la potencia de CA generada por el viento en potencia de CC.Esta potencia de CC es la base para la conversión y el almacenamiento de energía posterior.Las turbinas eólicas generan electricidad a través de velocidades de viento variables, produciendo una potencia de CA inestable.El rectificador convierte efectivamente esta potencia de CA fluctuante en una potencia de CC más estable que es fácil de almacenar o convertir en potencia de CA compatible con la cuadrícula.

Figura 13: Rectificadores de puentes utilizados en turbinas eólicas

Los generadores de turbinas eólicas generalmente generan potencia de CA trifásica, que luego se convierte en potencia de CC mediante un rectificador de puente.Esta conversión estabiliza la potencia y reduce el impacto de las fluctuaciones de voltaje.La alimentación de CC rectificada se puede usar directamente en un sistema de almacenamiento de baterías o convertirse en alimentación de CA por un inversor para optimizar la utilización de la generación de energía eólica.

Dentro de la turbina eólica, el rectificador del puente, el circuito de filtro y el circuito de protección forman un sistema integral de conversión y gestión de energía.El circuito del filtro suaviza la potencia de CC rectificada, reduce las fluctuaciones de voltaje y las ondas, y logra una salida estable.El circuito de protección previene el sobrevoltaje y el daño por sobrecorriente, asegurando la seguridad y la confiabilidad del sistema.

Debido a las duras condiciones ambientales, como las áreas en alta mar o montañosa, los sistemas de generación de energía eólica requieren una alta confiabilidad y durabilidad.Los rectificadores del puente deben resistir tales condiciones para garantizar la operación a largo plazo.Los materiales de alta calidad y los procesos de fabricación avanzados mejoran la durabilidad y la estabilidad de los módulos de rectificadores, mejoran la eficiencia del sistema, reducen los costos de mantenimiento y extienden la vida útil de los equipos.

La aplicación de rectificadores de puentes en turbinas eólicas permite una conversión y gestión de energía eficientes.Estos rectificadores mejoran la eficiencia de la conversión de energía y la calidad de la energía, promueven el desarrollo de energía renovable y reducen la dependencia de los combustibles fósiles.A medida que las fuentes de energía limpia, como la energía eólica, se convierten en una parte integral de la mezcla de energía global, los rectificadores de puentes juegan un papel clave en esta transformación.

Detectar la amplitud de una señal modulada

En los sistemas de comunicación electrónica, es necesario detectar la amplitud de una señal modulada.Este proceso es particularmente importante en las comunicaciones de radiofrecuencia (RF) y el procesamiento de señales de audio.Los rectificadores del puente convierten las señales de CA en señales de CC, lo que hace que la detección de amplitud sea más fácil y más precisa.Al convertir las señales de CA compleja en voltajes de CC medibles, los rectificadores permiten una detección de amplitud precisa.

Compuesto por cuatro diodos en un circuito de puente, un rectificador de puente procesa los medios ciclos positivos y negativos de AC, produciendo una salida de CC más suave y más estable.El voltaje de CC rectificado es proporcional a la amplitud de la señal original, lo que permite una medición precisa de la amplitud de la señal modulada.

Los rectificadores del puente son esenciales en los circuitos de detección de amplitud dentro de los receptores y transmisores de RF.Estos circuitos monitorean la intensidad de la señal en tiempo real, lo que permite los ajustes necesarios para la transmisión de señal estable y de alta calidad.También son comunes en dispositivos de audio, como amplificadores y circuitos de control de volumen, donde la detección de la amplitud de una señal de audio permite ajustes de volumen dinámico para una experiencia auditiva mejorada.

Para mejorar la precisión de la detección de amplitud, los rectificadores del puente a menudo se combinan con circuitos de filtrado y amplificación.El circuito del filtro suaviza la señal de CC rectificada al eliminar las ondas, mientras que el circuito del amplificador aumenta la amplitud de la señal, mejorando así la sensibilidad y precisión de detección.Esta combinación funciona con una variedad de señales y frecuencias de modulación, proporcionando soporte técnico confiable para muchas aplicaciones.

Además de las comunicaciones y el equipo de audio, los rectificadores de puentes también se usan en los sistemas de radar para detectar la amplitud de la señal de eco, lo que ayuda a determinar la distancia y el tamaño del objetivo.En equipos médicos, ayudan a detectar la amplitud de las señales de electrocardiograma (ECG), proporcionando datos valiosos para diagnosticar enfermedades.

Convertir CA alto a bajo voltaje de CC

Los rectificadores de puentes se usan ampliamente en la electrónica de potencia para convertir un alto voltaje de CA en bajo voltaje de CC para aplicaciones como adaptadores de potencia, equipos industriales y varios dispositivos electrónicos.Los rectificadores aseguran la operación confiable de dispositivos que requieren una potencia de CC de bajo voltaje al convertir eficientemente el CA de alto voltaje de la fuente de alimentación principal.

El rectificador del puente funciona utilizando cuatro diodos para formar un circuito de puente para rectificar los dos medios ciclos de la alimentación de CA de entrada y convertirlo en potencia de CC pulsante.Aunque esta potencia de CC pulsante contiene cierta ondulación, el filtrado posterior y la regulación de voltaje producen potencia de CC de bajo voltaje estable.Los condensadores de filtro suavizan las fluctuaciones de voltaje, mientras que los reguladores de voltaje aseguran que el voltaje de salida sea preciso, garantizando un rendimiento constante del dispositivo.

Los rectificadores del puente no solo realizan la conversión de voltaje sino que también protegen los circuitos.Por ejemplo, en el equipo industrial, el CA de alto voltaje puede encontrar sobretensión cuando se convierte en DC de bajo voltaje.La combinación de rectificadores con circuitos y fusibles de protección de sobretensión garantiza la seguridad del equipo.Si el voltaje de entrada excede un nivel seguro, el circuito de protección corta rápidamente la potencia o limita la corriente para evitar daños.

En los adaptadores de potencia, los rectificadores de puentes son componentes esenciales.Por ejemplo, los cargadores de teléfonos móviles utilizan rectificadores de puentes para convertir 220V CA a DC, que luego se filtra y disminuye para emitir un establo de 5 V o 9V CC para cargar.Este proceso garantiza una carga segura y eficiente y extiende la duración de la batería.

El equipo industrial a menudo requiere una fuente de alimentación de CC de bajo voltaje para alimentar los circuitos internos y los sistemas de control.Los rectificadores de puentes convierten a CA industrial de alto voltaje en CC de bajo voltaje adecuado para garantizar el funcionamiento normal de equipos, como máquinas herramientas CNC y sistemas de control de motor.La disipación y la eficiencia de calor son desafíos para convertir el CA de alto voltaje a DC de bajo voltaje.Debido a que la rectificación genera calor, los rectificadores de puentes a menudo están equipados con disipadores de calor o están hechos de materiales semiconductores de alta eficiencia para mejorar el rendimiento y la durabilidad.

Rectificador de puente versus rectificador de media onda

Los rectificadores de puentes y los rectificadores de media onda son tipos de rectificadores comunes, pero difieren enormemente en la construcción, el rendimiento y las aplicaciones.Comprender estas diferencias puede ayudarlo a elegir la solución de rectificación más adecuada para una variedad de aplicaciones.

Puente rectificador

Un rectificador de puente es más eficiente porque convierte la energía en todo el ciclo de CA.Utiliza cuatro diodos dispuestos en una configuración de puente, lo que le permite manejar los medios ciclos positivos y negativos de la entrada de CA.Debido a que se utiliza todo el voltaje de entrada, el voltaje de salida es mayor.Cuando conecte un rectificador de puente, puede notar inmediatamente su eficiencia.El voltaje de salida es más suave y más alto que el de un rectificador de media onda.Esta eficiencia es la razón por la cual los rectificadores de puentes se utilizan en fuentes de alimentación de alto rendimiento, como adaptadores de energía, equipos de soldadura y sistemas de control industrial.La salida de CC estable lo hace ideal para aplicaciones que requieren energía estable.

Rectificador de media onda

Un rectificador de media onda es más simple y requiere solo un diodo para la rectificación básica.Continúa solo durante el medio ciclo positivo de la entrada de CA, lo que permite que la corriente pase solo durante este período.El medio ciclo negativo se bloquea, lo que resulta en una salida de CC pulsante que contiene solo la corriente de medio ciclo positivo.Cuando use un rectificador de media onda, notará su simplicidad.Es fácil de configurar, pero la salida es menos eficiente, con un voltaje más bajo y una mayor ondulación.Esto lo hace adecuado para dispositivos de baja potencia que no requieren una calidad de alta potencia, como cargadores simples y circuitos de procesamiento de señal de baja potencia.

Comparación y aplicación

Eficiencia y estabilidad: los rectificadores de puentes ofrecen una mayor eficiencia y estabilidad.Utilizan el ciclo de CA completo, lo que resulta en una salida de CC más suave con una ondulación mínima.Cuando se combina con un circuito de filtrado, la ondulación en el voltaje de salida se reduce aún más, proporcionando un voltaje de CC estable y suave.Esto los hace adecuados para aplicaciones que requieren una alta calidad de potencia.

Complejidad y costo: los rectificadores de puentes son más complejos en la construcción y requieren cuatro diodos.Sin embargo, los avances en electrónica han reducido el costo y el tamaño de estos componentes, lo que hace que los rectificadores de puentes estén más fácilmente disponibles.

Simplicidad y rentabilidad: los rectificadores de media onda son simples en construcción y bajo costo, lo que los hace ventajosos para aplicaciones donde la calidad de alta potencia no es importante.Son ideales para pequeños circuitos de baja potencia, como los de dispositivos portátiles o electrónica de bajo costo.Aunque tienen una eficiencia más baja y fluctuaciones de voltaje más grandes, su simplicidad los convierte en una opción asequible para algunos usos.

Elegir el rectificador correcto

Elegir entre un rectificador de puente y un rectificador de media onda depende de los requisitos específicos de la aplicación.Para una alta eficiencia y salida estable, un rectificador de puentes es la mejor opción.Por simplicidad y bajo costo, especialmente en aplicaciones de baja potencia, un rectificador de media onda puede ser más apropiado.

Comparación de rectificadores de puentes e interruptores de CA

Los rectificadores de puentes y los interruptores de CA juegan diferentes roles en la electrónica de potencia.Los rectificadores del puente convierten la corriente alterna (CA) a la corriente continua (CC), mientras que los interruptores de CA controlan el estado de encendido de un circuito de CA.Comprender sus funciones y aplicaciones ayuda a diseñar y usar dispositivos electrónicos de manera efectiva.

Puente rectificador

Un rectificador de puente convierte los medios ciclos positivos y negativos de AC en DC.Esto se logra utilizando cuatro diodos que conducen alternativamente, asegurando que la corriente de CA fluya en una sola dirección, lo que resulta en una salida de CC pulsante.Cuando use rectificadores de puente, notará cuán eficientemente convierte el CA en DC durante todo el ciclo.El voltaje de salida es mayor y más suave, especialmente cuando se combina con condensadores de filtro y reguladores de voltaje, lo que puede reducir las fluctuaciones y proporcionar una CC estable.Estas características hacen que los rectificadores de puentes sean ideales para adaptadores de potencia, equipos de soldadura y sistemas de control industrial, donde se requiere una fuente de alimentación estable y confiable.

Interruptores de CA

Los interruptores de CA utilizan elementos de conmutación electrónicos como tiristores, tiristores bidireccionales o relés de estado sólido para controlar la conducción y la desconexión de los circuitos de CA.Con los interruptores de CA, encontrará que responden rápidamente, tienen una larga vida útil y son altamente confiables.Pueden operar a altas frecuencias, haciéndolas adecuadas para aplicaciones que requieren un cambio frecuente, como electrodomésticos, sistemas de iluminación y controles de automatización industrial.Gestionan efectivamente la distribución de energía, asegurando que los sistemas funcionen de manera segura y eficiente.

Aplicaciones combinadas

En algunos sistemas, los rectificadores de puentes y los interruptores de CA se utilizan juntos para la gestión y control de energía complejos.Por ejemplo, en un sistema de fuente de alimentación ininterrumpida (UPS), un rectificador de puente convierte la alimentación de CA de entrada en alimentación de CC para el almacenamiento de la batería y el uso del inversor.El interruptor de CA controla la conmutación de alimentación, asegurando la alimentación continua durante una falla de alimentación principal cambiando rápidamente a una fuente de alimentación de respaldo.Esta combinación aprovecha las fortalezas de ambos componentes para proporcionar una solución de potencia estable y confiable.

Consideraciones de diseño

Diseñar y seleccionar un rectificador de puente y un interruptor de CA implica diferentes factores.Para un rectificador de puente, considere el voltaje de entrada y las especificaciones de corriente, la eficiencia de la rectificación, el manejo térmico y el tamaño físico.Para los interruptores de CA, preste atención a las clasificaciones de voltaje y corriente, velocidad de conmutación, robustez y compatibilidad electromagnética.Los ingenieros deben seleccionar los componentes correctos en función de los requisitos de aplicación específicos para lograr un rendimiento y confiabilidad óptimos.

Conclusión

Los rectificadores son de gran importancia en los sistemas electrónicos y de energía.Ya sea que se trate de un rectificador de media onda, un rectificador de onda completa o un rectificador de puente, todos juegan un papel clave en diferentes escenarios de aplicaciones.Los rectificadores de puentes se utilizan ampliamente en alimentos de alto rendimiento, equipos de soldadura y sistemas de control industrial debido a su alta eficiencia y estabilidad.Los rectificadores de media onda son adecuados para dispositivos electrónicos de baja potencia debido a su estructura simple y bajo costo.Al diseñar y seleccionar rectificadores, los ingenieros deben considerar de manera integral factores como el voltaje de entrada, las especificaciones de corriente, la eficiencia de la rectificación y la gestión térmica de acuerdo con requisitos de aplicación específicos para garantizar un rendimiento y confiabilidad óptimos.El desarrollo y la aplicación de rectificadores no solo mejoran la eficiencia y la estabilidad de los equipos electrónicos, sino que también promueven el progreso tecnológico y la actualización industrial.

Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]

1. ¿Cuáles son las ventajas de un rectificador de puente?

Alta eficiencia: los rectificadores de puentes convierten ambas mitades del ciclo de CA en DC, lo que los hace más eficientes que los rectificadores de media onda, que solo usan la mitad del ciclo de CA.Esto significa que se desperdicia menos energía y se entrega más energía a la carga.

Voltaje de salida más alto: debido a que los rectificadores de puentes usan la forma de onda de CA completa, el voltaje de salida de CC resultante es mayor en comparación con los rectificadores de media onda.Esto conduce a una fuente de alimentación más robusta.

Ripe reducido: el proceso de rectificación de onda completa produce una salida de CC más suave con menos ondas (fluctuaciones) en comparación con la rectificación de media onda.Esta salida más suave es crucial para dispositivos electrónicos sensibles.

Confiable y duradero: el uso de cuatro diodos en una configuración de puente proporciona una mejor confiabilidad y durabilidad.Incluso si un diodo falla, el circuito aún puede funcionar, aunque con una eficiencia reducida.

No hay necesidad de un transformador con toque central: a diferencia de los rectificadores de onda completa que requieren un transformador de tocado central, los rectificadores de puentes no necesitan esto, lo que hace que el diseño sea más simple y a menudo más barato.

2. ¿Por qué se usan cuatro diodos en los rectificadores de puentes?

Rectificación de onda completa: la razón principal para usar cuatro diodos es lograr una rectificación de onda completa.Esto significa que se utilizan las mitades positivas y negativas del ciclo de CA, lo que aumenta la eficiencia y el voltaje de salida del rectificador.

Control de dirección: los diodos están dispuestos en una configuración de puente que dirige el flujo de corriente.Durante el medio ciclo positivo de la entrada de CA, dos de los diodos conducen y permiten que la corriente pase a través de la carga en una dirección.Durante el medio ciclo negativo, los otros dos diodos conducen, pero aún dirigen la corriente a través de la carga en la misma dirección.Esto garantiza una salida de CC consistente.

Utilización de voltaje: al usar cuatro diodos, el rectificador del puente puede utilizar todo el voltaje de CA, maximizando la eficiencia de conversión de potencia.Cada par de diodos realiza alternativamente, asegurando que la carga siempre ve una corriente unidireccional.

3. ¿Cuáles son las desventajas de los rectificadores del puente?

Drop de voltaje: cada diodo en el rectificador del puente introduce una pequeña caída de voltaje (típicamente 0.7V para diodos de silicio).Con cuatro diodos, esto da como resultado una caída de voltaje total de aproximadamente 1.4V, reduciendo ligeramente el voltaje de salida.

Complejidad: el circuito rectificador del puente es más complejo que un simple rectificador de media onda porque requiere cuatro diodos en lugar de uno.Esto puede aumentar la complejidad del diseño y el ensamblaje del circuito.

Pérdida de potencia: la caída de voltaje a través de los diodos también se traduce en pérdida de potencia, lo que puede ser significativo en aplicaciones de alta corriente.Esto reduce la eficiencia general de la fuente de alimentación.

Generación de calor: la pérdida de energía en los diodos da como resultado la generación de calor, que puede requerir medidas de enfriamiento adicionales, como disipadores de calor para evitar el sobrecalentamiento, especialmente en aplicaciones de alta potencia.

4. ¿Qué sucede si coloca DC en un rectificador de puente?

Sin rectificación: un rectificador de puente está diseñado para convertir CA a DC al permitir que la corriente pase a través de los diodos en una dirección.Si aplica DC a la entrada, los diodos no cambiarán ni rectificarán la corriente ya que DC ya es unidireccional.

Caída de voltaje: el DC pasará a través de dos diodos a la vez (uno en cada pierna del puente), causando una caída de voltaje de aproximadamente 1.4V (0.7V por diodo).Esto significa que el voltaje de CC de salida será ligeramente más bajo que el voltaje de CC de entrada.

Generación de calor: la corriente que pasa a través de los diodos generará calor debido a la disipación de potencia (p = i²r).Este calor puede ser significativo si la corriente de entrada es alta, dañando potencialmente los diodos o que requiere medidas de disipación de calor.

Posible sobrecarga: si el voltaje de CC aplicado es significativamente mayor que el voltaje nominal del diodo, puede causar la descomposición del diodo, lo que lleva a una falla del circuito.Se deben cumplir las clasificaciones de voltaje adecuadas para evitar daños.