Puente de diodos

Un puente de diodos es un circuito rectificador de cuatro diodos que se utiliza para convertir la corriente alterna (CA) de los terminales de entrada en corriente continua (CC, es decir, de polaridad fija ) en los terminales de salida. Su función es convertir las porciones de voltaje negativo de la forma de onda de CA en voltaje positivo, tras lo cual se puede utilizar un filtro de paso bajo para suavizar el resultado y convertirlo en CC. ^{[ 1 ]}

Cuando se utiliza en su aplicación más común, para la conversión de una entrada de corriente alterna (CA) en una salida de corriente continua (CC), se le conoce como rectificador de puente . Un rectificador de puente proporciona rectificación de onda completa a partir de una entrada de CA de dos hilos, lo que resulta en un menor costo y peso en comparación con un rectificador con una entrada de tres hilos proveniente de un transformador con un devanado secundario con toma central . ^{[ 2 ]}

Antes de la llegada de los circuitos integrados , un rectificador de puente se construía con diodos individuales. Desde aproximadamente 1950, se dispone de un único componente de cuatro terminales que contiene los cuatro diodos conectados en configuración de puente, y actualmente se ofrece con diversas tensiones y corrientes nominales.

Los diodos también se utilizan en topologías de puente junto con condensadores como multiplicadores de voltaje .

El circuito puente de diodos fue inventado por Karol Pollak y patentado en diciembre de 1895 en Gran Bretaña ^{[ 3 ]} y en enero de 1896 en Alemania. ^{[ 4 ] [ 5 ]} En 1897, Leo Graetz inventó y publicó de forma independiente un circuito similar. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Hoy en día, a veces se le denomina «circuito de Graetz» o «puente de Graetz». ^{[ 8 ]}

Según el modelo convencional de flujo de corriente , establecido originalmente por Benjamin Franklin y aún utilizado por la mayoría de los ingenieros, ^{[ 9 ]} la corriente fluye a través de los conductores eléctricos del polo positivo al negativo (definido como flujo positivo). En realidad, los electrones libres en un conductor casi siempre fluyen del polo negativo al positivo. Sin embargo, en la gran mayoría de las aplicaciones, la dirección real del flujo de corriente es irrelevante. Por lo tanto, en la discusión que sigue se mantiene el modelo convencional.

La característica fundamental de un diodo es que la corriente solo puede fluir en una dirección, la dirección directa. Un puente de diodos utiliza diodos como componentes en serie para permitir el paso de la corriente en la dirección directa durante la fase positiva del ciclo de CA y como componentes en paralelo para redirigir la corriente que fluye en la dirección inversa durante la fase negativa del ciclo de CA hacia los rieles opuestos.

En los diagramas que se muestran a continuación, cuando la entrada conectada a la esquina izquierda del diamante es positiva y la entrada conectada a la esquina derecha es negativa, la corriente fluye desde el terminal de alimentación superior hacia la derecha a lo largo del camino rojo (positivo) hasta la salida y regresa al terminal de alimentación inferior a través del camino azul (negativo).

Cuando la entrada conectada a la esquina izquierda es negativa y la entrada conectada a la esquina derecha es positiva, la corriente fluye desde el terminal de alimentación inferior hacia la derecha a lo largo del camino rojo (positivo) hasta la salida y regresa al terminal de alimentación superior a través del camino azul (negativo). ^{[ 10 ]}

En cada caso, la salida superior derecha permanece positiva, ^{[ 11 ]} y la salida inferior derecha negativa. Dado que esto se cumple tanto si la entrada es de CA como de CC, este circuito no solo produce una salida de CC a partir de una entrada de CA, sino que también puede proporcionar protección contra polaridad inversa; es decir, permite el funcionamiento normal de los equipos alimentados por CC cuando las baterías se han instalado al revés o cuando los cables de una fuente de alimentación de CC se han invertido, y protege el equipo de posibles daños causados ​​por la polaridad inversa. ^{[ 12 ]}

Como alternativas a los rectificadores de onda completa con puente de diodos, existen el transformador con toma central, el rectificador de doble diodo y el rectificador duplicador de voltaje que utiliza dos diodos y dos condensadores en una topología de puente.

Con entrada de CA, la salida de un puente de diodos (llamado rectificador de onda completa para este propósito; también existe la rectificación de media onda , que no utiliza un puente de diodos) es un voltaje pulsante no sinusoidal polarizado de la misma amplitud pero el doble de la frecuencia de la entrada. Puede considerarse como un voltaje de CC sobre el cual se superpone un voltaje de rizado muy grande . Este tipo de energía eléctrica no es muy utilizable, porque el rizado se disipa como calor residual en los componentes del circuito de CC y puede causar ruido o distorsión durante el funcionamiento del circuito. Por lo tanto, casi todos los rectificadores van seguidos de una serie de filtros de paso de banda o de rechazo de banda y/o un regulador de voltaje para convertir la mayor parte o la totalidad del voltaje de rizado en una salida de CC más suave y posiblemente más alta. Un filtro puede ser tan simple como un solo condensador o inductor suficientemente grande , pero la mayoría de los filtros de la fuente de alimentación tienen múltiples componentes en serie y en paralelo alternados. Cuando el voltaje de rizado aumenta, la potencia reactiva se almacena en los componentes del filtro, reduciendo el voltaje; Cuando disminuye la tensión de rizado, se descarga potencia reactiva de los componentes del filtro, lo que eleva la tensión. La etapa final de rectificación puede consistir en un regulador de tensión basado en un diodo Zener , que elimina casi por completo cualquier rizado residual.

El puente de diodos se puede generalizar para rectificar entradas de CA polifásicas . Por ejemplo, para una entrada de CA trifásica, un rectificador de media onda consta de tres diodos, mientras que un rectificador de puente de onda completa consta de seis diodos.

Un rectificador de media onda puede considerarse una conexión en estrella (o en Y), ya que devuelve la corriente a través del conductor central (neutro). Un rectificador de onda completa se asemeja más a una conexión en triángulo (o en delta ), aunque puede conectarse a la fuente trifásica tanto en estrella como en triángulo y no utiliza el conductor central (neutro).

• diodos rectificadores 1N400x
• rectificación activa
• convertidor HVDC