Qué es un puente rectificador: esquema y funcionamiento

Un circuito rectificador se utiliza para convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Los rectificadores se clasifican principalmente en tres tipos: de media onda, de onda completa y de puente. La función principal de todos estos rectificadores es la misma que la conversión de corriente, pero no convierten eficazmente la corriente alterna en corriente continua. El rectificador de onda completa con toma central y el rectificador de puente convierten eficazmente. Un circuito rectificador en puente es una parte común de las fuentes de alimentación electrónicas. Muchos circuitos electrónicos necesitan una fuente de alimentación de CC rectificada para alimentar los distintos componentes electrónicos básicos a partir de la red de CA disponible. Podemos encontrar este rectificador en una amplia gama de dispositivos electrónicos de CA, como electrodomésticos, controladores de motores, procesos de modulación, aplicaciones de soldadura, etc. Este artículo ofrece una visión general del puente rectificador y su funcionamiento.

¿Qué es un puente rectificador?

Un puente rectificador es un convertidor de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) que rectifica la corriente alterna a la entrada y la convierte en corriente continua a la salida. Los rectificadores en puente se utilizan mucho en las fuentes de alimentación que proporcionan la tensión continua necesaria a los componentes o dispositivos electrónicos. Pueden construirse con cuatro o más diodos o cualquier otro interruptor controlado por estado sólido.

En función de las necesidades de corriente de la carga, se selecciona un puente rectificador adecuado. Los valores nominales y las especificaciones de los componentes, la tensión de ruptura, los rangos de temperatura, la corriente transitoria nominal, la corriente nominal de avance, los requisitos de montaje y otras consideraciones se tienen en cuenta a la hora de seleccionar un rectificador de potencia para una aplicación de circuito electrónico adecuada.

Construcción

A continuación se muestra la construcción del puente rectificador. Este circuito se puede diseñar con cuatro diodos: D1, D2, D3 y D4 y una resistencia de carga (RL). La conexión de estos diodos puede hacerse en bucle cerrado para convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) de forma eficaz. La principal ventaja de este diseño es la ausencia de un transformador central exclusivo. Así, el tamaño y el coste se reducirán.

Una vez aplicada la señal de entrada a los dos terminales A y B, se puede obtener la señal de CC o/p a través de RL. En este caso, la resistencia de carga se conecta entre dos terminales, como C y D. La disposición de los dos diodos puede hacerse de forma que la electricidad sea conducida por dos diodos por medio ciclo. Los pares de diodos D1 y D3 conducirán la electricidad durante todo el semiciclo positivo. Asimismo, los diodos D2 y D4 conducirán la electricidad durante todo el semiciclo negativo.

Esquema del circuito rectificador en puente

La principal ventaja del puente rectificador es que produce una tensión de salida que es casi el doble que la de un rectificador de onda completa que utiliza un transformador central. Este circuito, sin embargo, no necesita un transformador central y, por tanto, se parece a un rectificador de bajo coste.

El esquema del circuito del puente rectificador consta de varias etapas de dispositivos como el transformador, el puente de diodos, el filtrado y los reguladores. Normalmente, la combinación de todos estos bloques se denomina fuente de alimentación de corriente continua regulada que alimenta varios dispositivos electrónicos.

La primera etapa del circuito es un transformador reductor que modifica la amplitud de la tensión de entrada. La mayoría de los diseños electrónicos utilizan un transformador 230/12V para reducir la tensión de red de 230V a 12V.

La siguiente etapa es un puente rectificador de diodos que utiliza cuatro o más diodos, según el tipo de puente rectificador. La elección de un diodo concreto o de cualquier otro dispositivo de conmutación para un rectificador correspondiente requiere ciertas consideraciones del dispositivo, como la tensión inversa máxima (PIV), la corriente de avance Se, la tensión nominal, etc. El puente rectificador se encarga de producir una corriente unidireccional o continua en la carga, accionando una serie de diodos por cada medio ciclo de la señal de entrada.

Como la salida después de los rectificadores de puente de diodos es de naturaleza pulsante y para producirla como corriente continua pura, es necesario filtrarla. El filtrado se realiza normalmente con uno o varios condensadores conectados a la carga, como puede verse en la siguiente figura, donde se realiza el suavizado de la onda. El valor del condensador también depende de la tensión de salida.

La última etapa de esta alimentación de corriente continua regulada es un regulador de tensión que mantiene la tensión de salida a un nivel constante. Supongamos que el microcontrolador funciona a 5V CC, pero la salida después del puente rectificador es de unos 16V, por lo que se necesita un regulador de tensión para reducir esta tensión y mantener un nivel constante, independientemente de las variaciones de la tensión de entrada.

Funcionamiento del puente rectificador

Como ya hemos dicho, un puente rectificador monofásico está formado por cuatro diodos y esta configuración se conecta a la carga. Para entender el principio de funcionamiento del puente rectificador, consideremos el siguiente circuito a modo de demostración.

Durante el semiciclo positivo de la forma de onda de CA de entrada, los diodos D1 y D2 están polarizados hacia delante, mientras que D3 y D4 están polarizados hacia atrás. Cuando la tensión supera el nivel de umbral de los diodos D1 y D2, comienza la conducción: la corriente de carga empieza a fluir a través de ellos, como se muestra en el recorrido de la línea roja en el diagrama siguiente.

Durante el semiciclo negativo de la forma de onda de CA de entrada, los diodos D3 y D4 están polarizados hacia delante, mientras que D1 y D2 están polarizados hacia atrás. La corriente de carga comienza a fluir a través de los diodos D3 y D4 cuando estos diodos comienzan a conducir, como se muestra en la figura.

Podemos ver que en ambos casos la dirección de la corriente de carga es la misma, es decir, de arriba a abajo como se muestra en la figura, por lo tanto unidireccional, lo que significa corriente continua. Por tanto, mediante un puente rectificador, la corriente alterna entrante se convierte en corriente continua. La salida a la carga con este puente rectificador es pulsante, pero se necesita un filtro adicional, como un condensador, para producir corriente continua pura. El mismo funcionamiento es aplicable a varios rectificadores de puente, pero en el caso de los rectificadores controlados, hay que activar los tiristores para llevar la corriente a la carga.

Tipos de puentes rectificadores

Los rectificadores puente se clasifican en diferentes tipos en función de estos factores: tipo de alimentación, capacidad de control, configuraciones del circuito de la novia, etc. Los rectificadores de puente 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 rectificadores.

Rectificadores monofásicos y trifásicos

La naturaleza de la alimentación, es decir, una alimentación monofásica o trifásica, determina estos rectificadores. Un puente rectificador monofásico utiliza cuatro diodos para convertir la corriente alterna en continua, mientras que un rectificador trifásico utiliza seis diodos, como se muestra en la figura. Pueden ser rectificadores no controlados o controlados, según los componentes del circuito, como diodos, tiristores, etc.

Puentes rectificadores no controlados

Este puente rectificador utiliza diodos para rectificar la entrada, como se muestra en la figura. El diodo es un dispositivo unidireccional que sólo permite que la corriente fluya en una dirección. Con esta configuración de diodos en el rectificador, la potencia no puede variar en función de las necesidades de la carga. Por eso este tipo de rectificador se utiliza en las fuentes de alimentación fijas o constantes.

Puente rectificador controlado

En este tipo de rectificador AC/DC, convertidor o rectificador, se utilizan dispositivos de estado sólido controlados, como SCR, MOSFET, IGBT, etc., en lugar de diodos no controlados, para variar la potencia de salida a diferentes tensiones. Al activar estos dispositivos en distintos momentos, la potencia de salida de la carga se modifica adecuadamente.

Puente rectificador IC

La configuración de las patillas del puente rectificador RB-156 se muestra a continuación.

Pin-1 (fase/línea): Se trata de una clavija de entrada de CA, a la que se puede conectar el cable de fase de la fuente de alimentación de CA.

Pin-2 (Neutro): Esta es la clavija de entrada de CA, a la que se puede conectar el cable neutro de la fuente de alimentación de CA.

Pin-3 (Positivo): Es la clavija de salida de CC de la que se obtiene la tensión positiva de CC del rectificador

Pin-4 (Negativo/Tierra): Es el pin de salida de CC del que se obtiene la tensión de tierra del rectificador

Especificaciones

Las subcategorías de este puente rectificador RB-15 van desde el RB15 al RB158. Entre estos rectificadores, el RB156 es el más utilizado. Las especificaciones del puente rectificador RB-156 son las siguientes

• La corriente DC O/P es de 1,5A
• El pico máximo de tensión inversa es de 800V
• Tensión de salida: (√2×VRMS) - 2 voltios
• La tensión de entrada máxima es de 560V
• La caída de tensión por puente es de 1V @ 1A
• La corriente máxima es de 50A

El RB-156 es el puente rectificador monofásico más utilizado, compacto y económico. Este CI tiene la mayor tensión i/p de CA (560 V) y, por tanto, puede utilizarse para la alimentación de red monofásica en todos los países. La corriente continua máxima de este rectificador es de 1,5 A. Este CI es la mejor opción en proyectos de conversión CA-CC y proporciona hasta 1,5 A.

Características del puente rectificador

Las características del puente rectificador son las siguientes

• Factor de ondulación
• Pico de tensión inversa (PIV)
• Eficiencia

Factor de ondulación

La medición de la suavidad de la señal de CC de salida se basa en un factor llamado factor de ondulación. En este caso, una señal de CC suave puede considerarse una señal de CC o/p con pocas ondas, mientras que una señal de CC muy pulsante puede considerarse una señal o/p con muchas ondas. Matemáticamente, puede definirse como la fracción de tensión de ondulación y de tensión continua pura.

Para un puente rectificador, el factor de ondulación puede venir dado por

Γ = √ (Vrms2/VDC)-1

El valor del factor de ondulación del puente rectificador es de 0,48

PIV (pico de tensión inversa)

El pico de tensión inversa o PIV puede definirse como el valor más alto de tensión procedente del diodo cuando está conectado en condiciones de polarización inversa durante todo el semiciclo negativo. El circuito del puente consta de cuatro diodos: D1, D2, D3 y D4.

En el semiciclo positivo, los dos diodos D1 y D3 están en posición conductora, mientras que los diodos D2 y D4 están en posición no conductora. Del mismo modo, en el semiciclo negativo, los diodos D2 y D4 están en posición conductora, mientras que los diodos D1 y D3 están en posición no conductora.

Eficiencia

La eficiencia del rectificador determina principalmente la capacidad del rectificador para transformar la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). El rendimiento del rectificador puede definirse como la relación entre la potencia o/p de la corriente continua y la potencia i/p de la corriente alterna. El rendimiento máximo del puente rectificador es del 81,2%.

η = potencia DC o/p / potencia AC i/p

Forma de onda del puente rectificador

Del diagrama del circuito del puente rectificador, podemos concluir que el flujo de corriente a través de la resistencia de carga es el mismo para todos los semiciclos positivos y negativos. La polaridad de la señal DC o/p puede ser totalmente positiva o negativa. En este caso, es totalmente positivo. Cuando se invierte el sentido del diodo, se obtiene una tensión continua totalmente negativa.

Por lo tanto, este rectificador permite que la corriente fluya tanto en los ciclos positivos como en los negativos de la señal de CA i/p. A continuación se muestran las formas de onda de salida del puente rectificador.

¿Por qué se llama puente rectificador?

En comparación con otros rectificadores, éste es el tipo de circuito rectificador más eficiente. Es un tipo de rectificador de onda completa que, como su nombre indica, utiliza cuatro diodos conectados en puente. Por eso, este tipo de rectificador se llama puente rectificador.

¿Por qué utilizamos cuatro diodos en el puente rectificador?

Se utilizan cuatro diodos en el puente rectificador para diseñar el circuito que permite la rectificación de onda completa sin utilizar un transformador central. Este rectificador se utiliza principalmente para proporcionar rectificación de onda completa en la mayoría de las aplicaciones.

La disposición de cuatro diodos puede realizarse en un circuito cerrado para transformar la corriente alterna en continua de forma eficaz. La principal ventaja de esta disposición es la ausencia de un transformador central, que reduce el tamaño y el coste.

Ventajas

Las ventajas del puente rectificador son las siguientes

• El rendimiento de rectificación de un rectificador de onda completa es el doble que el de un rectificador de media onda.
• A mayor tensión de salida, mayor potencia de salida y mayor factor de utilización del transformador en el caso de un rectificador de onda completa.
• La tensión de rizado es baja y la frecuencia más alta en el caso de un rectificador de onda completa, por lo que se requiere un circuito de filtro simple
• El secundario del transformador no necesita una toma central, por lo que en el caso de un puente rectificador el transformador necesario es más sencillo. Si no es necesario aumentar o disminuir la tensión, se puede eliminar el transformador.
• Para una potencia determinada, se puede utilizar un transformador de potencia más pequeño en el caso del puente rectificador, porque la corriente en los devanados primario y secundario del transformador de potencia fluye a lo largo de todo el ciclo de corriente alterna.
• La eficiencia de rectificación es el doble de la de un rectificador de media onda
• Utiliza circuitos de filtrado sencillos para alta frecuencia y baja tensión de ondulación
• El TUF es mayor que el de un rectificador de toma central
• El transformador central no es necesario

Desventajas

Los inconvenientes del puente rectificador son los siguientes

• Requiere cuatro diodos.
• El uso de dos diodos más provoca una caída de tensión adicional, lo que reduce la tensión de salida.
• Este rectificador requiere cuatro diodos y, por lo tanto, el coste del rectificador será elevado.
• El circuito no es adecuado cuando hay que rectificar una tensión pequeña, porque la conexión de los dos diodos puede hacerse en serie y proporciona una doble caída de tensión debido a su resistencia interna.
• Estos circuitos son muy complejos
• En comparación con el rectificador de tipo central, el rectificador de puente tiene una mayor pérdida de potencia.

Una aplicación - Conversión de corriente alterna en corriente continua con un puente rectificador

Para muchas aplicaciones electrónicas se necesita a menudo una corriente continua regulada. Una de las formas más fiables y rentables es convertir la energía de la red de CA en CC. La conversión de la señal de CA en una señal de CC se realiza mediante un rectificador, que es un sistema de diodos. Puede ser un rectificador de media onda que rectifica sólo una mitad de la señal de CA o un rectificador de onda completa que rectifica ambos ciclos de la señal de CA. El rectificador de onda completa puede ser un rectificador de media onda formado por dos diodos o un puente rectificador formado por cuatro diodos.

Aquí se muestra el puente rectificador. El dispositivo consta de 4 diodos dispuestos de forma que los ánodos de dos diodos adyacentes están conectados para proporcionar energía positiva a la salida y los cátodos de los otros dos diodos adyacentes están conectados para proporcionar energía negativa a la salida. El ánodo y el cátodo de los otros dos diodos adyacentes se conectan al positivo de la alimentación de corriente alterna y el ánodo y el cátodo de otros dos diodos adyacentes se conectan al negativo de la alimentación de corriente alterna. De este modo, se disponen 4 diodos en una configuración de puente, de modo que en cada semiciclo dos diodos alternos conducen produciendo una tensión continua con repeticiones.

El circuito en cuestión consiste en un puente rectificador cuya salida de corriente continua no regulada se suministra a un condensador electrolítico a través de una resistencia limitadora de corriente. La tensión en el condensador se controla con un voltímetro y sigue aumentando a medida que se carga el condensador hasta que se alcanza el límite de tensión. Cuando se conecta una carga al condensador, éste se descarga para proporcionar la corriente de entrada necesaria a la carga. En este caso, se conecta una lámpara como carga.

Una fuente de alimentación de CC regulada

Una fuente de alimentación de CC regulada consta de los siguientes componentes:

• Un transformador reductor para convertir la CA de alta tensión en CA de baja tensión.
• Un puente rectificador para convertir la corriente alterna en corriente continua pulsante.
• Un circuito de filtrado formado por un condensador para eliminar las ondulaciones de la corriente alterna.
• Un regulador IC 7805 para obtener una tensión continua regulada de 5 V.

El transformador reductor convierte la red eléctrica de 230 V a 12 V CA. Estos 12 V de corriente alterna se aplican al puente rectificador para que los diodos alternos se activen en cada medio ciclo produciendo una tensión continua pulsante compuesta por ondas de corriente alterna. Un condensador conectado a la salida permite que la señal de CA pase a través de él y bloquea la señal de CC, actuando así como un filtro de paso alto. La salida a través del condensador es, por tanto, una señal de corriente continua filtrada no regulada. Esta salida puede utilizarse para accionar componentes eléctricos como relés, motores, etc. A la salida del filtro se conecta un regulador IC 7805. Proporciona una salida regulada constante de 5 V que puede utilizarse para dar entrada a muchos circuitos y dispositivos electrónicos, como transistores, microcontroladores, etc. En este caso, los 5 V se utilizan para alimentar un LED mediante una resistencia.

Se trata de la teoría del puente rectificador sus tipos, circuito y principios de funcionamiento. Esperamos que este artículo científico sobre este tema sea útil para los proyectos de electrónica o electricidad de los estudiantes y para la observación de diversos dispositivos o aparatos electrónicos. Agradecemos tu atención e interés en este artículo. Por ello, te invitamos a escribirnos para elegir los componentes de este puente rectificador adecuados para tu aplicación y para cualquier otra información técnica.

Esperamos que hayas entendido el concepto de puente rectificador y sus aplicaciones. Si tienes más preguntas sobre este tema o sobre el concepto de diseños eléctricos y electrónicos, deja un comentario en la sección de abajo.

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