¿Qué es un rectificador?
En la industria electrónica, una de las aplicaciones más populares de los diodos semiconductores es convertir la señal de corriente alterna (CA) de cualquier frecuencia, que suele ser de 60 o 50 Hz, en una señal de corriente continua (CC). Esta señal de CC puede utilizarse para alimentar dispositivos electrónicos, en lugar de baterías. El circuito que convierte la señal de CA en CC suele consistir en una disposición particular de diodos entrelazados y se conoce como rectificador. En los circuitos de suministro de energía, se utilizan habitualmente dos tipos de circuitos rectificadores: de media onda y de onda completa. Los rectificadores de media onda solo permiten la mitad del ciclo, mientras que los rectificadores de onda completa permiten la mitad superior e inferior del ciclo, al tiempo que convierten la mitad inferior a la misma polaridad que la superior. Esta diferencia entre ellos se muestra en la siguiente figura.
Entre los dos tipos, el rectificador de onda completa es más eficiente, ya que utiliza el ciclo completo de la forma de onda entrante. Hay dos tipos de rectificadores de onda completa: el rectificador de onda completa con toma central, que requiere un transformador con toma central, y el puente rectificador, que no necesita un transformador con toma central. En este artículo se analizará al puente rectificador, ya que es el más popular y suele venir en módulos preensamblados, lo que facilita su uso.
¿Qué es un Puente Rectificador de Diodos?
Podemos definir a los puentes rectificadores como un tipo de rectificador de onda completa que utiliza cuatro o más diodos en una configuración de circuito de puente para convertir eficazmente la corriente alterna (CA) en una corriente continua (CC).
El circuito que convierte la señal de CA en CC suele consistir en una disposición particular de diodos entrelazados y se conoce como rectificador.
En los circuitos de alimentación, se suelen utilizar dos tipos de circuitos rectificadores: de media onda y de onda completa.
Los rectificadores de media onda sólo permiten el paso de la mitad del ciclo, mientras que los rectificadores de onda completa permiten el paso tanto de la mitad superior como de la mitad inferior del ciclo, convirtiendo la mitad inferior a la misma polaridad que la superior.
Construcción de un Puente de Diodos
La construcción de un puente de diodos se muestra en la siguiente figura. El circuito del puente de diodo está formado por cuatro diodos D1, D2, D3, D4 y un resistor de carga RL. El puente rectificador de 4 diodos está conectado a una configuración de bucle cerrado para convertir eficazmente la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). La principal ventaja de esta configuración es la ausencia del costoso transformador con derivación central. Por lo tanto, el tamaño y el coste se reducen.
La señal de entrada se aplica a través de los terminales A y B y la señal de salida se obtiene a través del resistor de carga RL conectada entre los terminales C y D. Los cuatro diodos están dispuestos de tal manera que sólo dos diodos conducen la electricidad durante cada semi-ciclo. D1 y D3 son pares que conducen la corriente eléctrica durante el semiciclo positivo. Asimismo, los diodos D2 y D4 conducen la corriente eléctrica durante el semiciclo negativo.
¿Cómo Funciona un Puente Rectificador?
Cuando se aplica una señal de CA a través del puente rectificador, durante el semi-ciclo positivo, el terminal A se vuelve positivo mientras que el terminal B se vuelve negativo. Esto hace que los diodos D1 y D3 se polaricen directamente mientras que D2 y D4 se polarizan inversamente.
El flujo de corriente durante el semiciclo positivo se muestra en la siguiente figura:
Durante el semiciclo negativo, el terminal B se vuelve positivo mientras que el terminal A se vuelve negativo. Esto hace que los diodos D2 y D4 estén ne polarización directa y que los diodos D1 y D3 estén en polarización inversa.
El flujo de corriente durante el semiciclo negativo se muestra en la siguiente figura:
De las figuras anteriores se desprende que el flujo de corriente a través de la resistencia de carga RL es el mismo durante el semi-ciclo positivo y el semi-ciclo negativo. La polaridad de la señal de CC de salida puede ser completamente positiva o negativa. En nuestro caso, es completamente positiva. Si el sentido de los diodos se invierte, entonces obtenemos una tensión continua completamente negativa.
Por lo tanto, un puente de diodo rectificador permite la corriente eléctrica durante los semiciclos positivo y negativo de la señal de CA de entrada.
Las formas de onda de salida del puente rectificador se muestran en la siguiente figura.
Características de un Puente Rectificador
Factor de Rizado
La suavidad de la señal de CC de salida se mide mediante un factor conocido como factor de rizado. La señal de CC de salida con menos ondulaciones se considera una señal de CC suave, mientras que la salida con muchas ondulaciones se considera una señal de CC con muchas pulsaciones.
Matemáticamente, el factor de rizado se define como la relación entre el voltaje de ondulación y el voltaje de CC pura.
Para puentes rectificadores, el factor de rizado es de 0,48.
Pico de Voltaje Inversa
La tensión máxima que puede soportar un diodo en la condición de polarización inversa se conoce como pico de voltaje inverso. Durante el semiciclo positivo, los diodos D1 y D3 están en estado conductor, mientras que D2 y D4 están en estado no conductor. Del mismo modo, durante el semiciclo negativo, los diodos D2 y D4 están en estado conductor, y los diodos D1 y D3 están en estado no conductor.
Eficiencia
La eficiencia del rectificador determina la eficacia con la que el rectificador convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). La eficiencia del rectificador se define como la relación entre la potencia de salida de CC y la potencia de entrada de CA. El rendimiento máximo de un puente rectificador es del 81,2%.
Tipos de Puentes Rectificadores
Los puentes rectificadores se clasifican en varios tipos en función de los siguientes factores: tipo de alimentación, capacidad de control, configuraciones del circuito puente, etc. Los puentes rectificadores se clasifican principalmente en rectificadores monofásicos y trifásicos. Ambos tipos se clasifican a su vez en rectificadores no controlados, semicontrolados y totalmente controlados. A continuación se describen algunos de estos tipos de puentes de diodos.
Rectificadores Monofásicos y Trifásicos
La naturaleza de la fuente de alimentación, es decir, una alimentación monofásica o trifásica, decide estos rectificadores. El puente rectificador monofásico consta de cuatro diodos para convertir la CA en CC, mientras que un rectificador trifásico utiliza seis diodos, como se muestra en la figura. Estos pueden ser de nuevo rectificadores no controlados o controlados en función de los componentes del circuito, como diodos, tiristores, etc.
Puente Rectificador No Controlado
Este puente rectificador utiliza diodos para rectificar la entrada como se muestra en la figura. Como el diodo es un dispositivo unidireccional que permite el flujo de corriente en una sola dirección. Con esta configuración de diodos en el rectificador, no permite que la potencia varíe en función de las necesidades de la carga. Por ello, este tipo de rectificador se utiliza en fuentes de alimentación constantes o fijas.
Puente Rectificador Controlado
En este tipo de rectificador, convertidor de CA/CC, en lugar de diodos no controlados, se utilizan dispositivos de estado sólido controlados como SCR, MOSFET, IGBT, etc. para variar la potencia de salida a diferentes tensiones. Al activar estos dispositivos en distintos momentos, la potencia de salida en la carga se modifica adecuadamente.
Ventajas
- El rendimiento del puente rectificador es mayor que el de un rectificador de media onda. Sin embargo, el rendimiento del puente rectificador y del rectificador de onda completa con derivación central es el mismo.
- La señal de salida de CC del puente rectificador es más suave que la de un rectificador de media onda.
- En un rectificador de media onda, sólo se utiliza la mitad de la señal de CA de entrada y la otra mitad se bloquea. La mitad de la señal de entrada se desperdicia en un rectificador de media onda. Sin embargo, en un puente rectificador, la corriente eléctrica se permite durante los semis-ciclos positivos y negativos de la señal de CA de entrada. Por lo tanto, la señal de CC de salida es casi igual a la señal de CA de entrada.
Desventajas
- El circuito de un puente rectificador es complejo si se compara con un rectificador de media onda y un rectificador de onda completa con derivación central.
- Los puentes rectificadores utilizan 4 diodos, mientras que los rectificadores de media onda y los rectificadores de onda completa con derivación central sólo utilizan dos diodos.
- Cuando se utilizan más diodos se producen más pérdidas de potencia.
- En un rectificador de onda completa con derivación central, sólo un diodo conduce durante cada semi-ciclo. Pero en un puente rectificador, dos diodos conectados en serie conducen durante cada semi-ciclo. Por lo tanto, la caída de tensión es mayor en un puente rectificador.
Aplicaciones del Puente Rectificador
- Para suministrar tensión continua polarizada y constante en la soldadura.
- En el interior de Fuentes de alimentación
- En el interior de cargadores de baterías
- En el interior de turbinas eólicas
- Para detectar la amplitud de las señales de modulación
- Para la conversión de alta tensión de CA a baja tensión de CC
Preguntas Frecuentes
SÍ.
El puente rectificador es un tipo de rectificador de onda completa que utiliza 4 o más diodos en una configuración de circuito en puente para convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC).
Un rectificador es un dispositivo electrónico que convierte una corriente alterna en corriente continua utilizando uno o varios diodos de unión P-N.
VERDADERO.
El rendimiento máximo de un puente rectificador es del 81,2%.
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