Un puente de diodos es un circuito rectificador de puente de cuatro diodos que se utiliza en el proceso de conversión de corriente alterna (CA) de los terminales de entrada a corriente continua (CC, es decir, 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, después de lo cual se puede utilizar un filtro de paso bajo para suavizar el resultado 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 lo conoce como rectificador de puente . Un rectificador de puente proporciona rectificación de onda completa a partir de una entrada de CA de dos cables, lo que resulta en un menor costo y peso en comparación con un rectificador con una entrada de tres cables de un transformador con un devanado secundario con toma central . [2]
Antes de que existieran los circuitos integrados , los rectificadores de puente se construían a partir de diodos separados. Desde aproximadamente 1950, se dispone de un único componente de cuatro terminales que contiene los cuatro diodos conectados en una configuración de puente y ahora está disponible con distintos valores nominales de voltaje y corriente.
Los diodos también se utilizan en topologías de puente junto con los condensadores como multiplicadores de voltaje .
El circuito de 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, el circuito a veces se conoce como "circuito Graetz" o "puente Graetz". [8]
Según el modelo convencional de flujo de corriente , establecido originalmente por Benjamin Franklin y que aún hoy siguen la mayoría de los ingenieros [9] , la corriente fluye a través de conductores eléctricos desde el polo positivo al negativo (definido como flujo positivo). En realidad, los electrones libres en un conductor casi siempre fluyen desde el 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 puede fluir a través de él en un solo sentido, que se define como la dirección directa. Un puente de diodos utiliza diodos como componentes en serie para permitir que la corriente pase en la dirección directa durante la parte positiva del ciclo de CA y como componentes en derivación para redirigir la corriente que fluye en la dirección inversa durante la parte negativa del ciclo de CA a los rieles opuestos.
En los diagramas 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 suministro superior hacia la derecha a lo largo de la ruta roja (positiva) hasta la salida y regresa al terminal de suministro inferior a través de la ruta azul (negativa).
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 suministro inferior hacia la derecha a lo largo de la ruta roja (positiva) hasta la salida y regresa al terminal de suministro superior a través de la ruta azul (negativa). [10]
En cada caso, la salida superior derecha permanece positiva [11] y la salida inferior derecha negativa. Como esto es así independientemente de si la entrada es CA o CC, este circuito no solo produce una salida CC a partir de una entrada CA, sino que también puede proporcionar protección contra polaridad inversa; es decir, permite el funcionamiento normal de equipos alimentados con 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 al equipo de posibles daños causados por la polaridad inversa. [12]
Las alternativas a los rectificadores de onda completa de puente de diodos son el transformador con toma central y el rectificador de doble diodo , y el rectificador duplicador de voltaje que utiliza dos diodos y dos capacitores 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 no sinusoidal pulsante polarizado de la misma amplitud pero el doble de la frecuencia de la entrada. Puede considerarse como un voltaje de CC al que 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 están seguidos de una serie de filtros de paso de banda o de supresión 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 estrangulador lo suficientemente grande , pero la mayoría de los filtros de fuente de alimentación tienen múltiples componentes alternos en serie y en derivación. Cuando el voltaje de rizado aumenta, la potencia reactiva se almacena en los componentes del filtro, lo que reduce el voltaje; Cuando la tensión de ondulación cae, la potencia reactiva se descarga 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 ondulación 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, pero un rectificador de puente de onda completa consta de seis diodos. [ cita requerida ]
Un rectificador de media onda puede considerarse una conexión en estrella, ya que devuelve la corriente a través del cable central (neutro). Un rectificador de onda completa es más parecido a una conexión delta , aunque puede conectarse a la fuente trifásica tanto en estrella como en delta y no utiliza el cable central (neutro). [ cita requerida ]
