La guida completa al raddrizzatore a ponte: costruzione, funzionamento, vantaggi

Oggi, la maggior parte dei dispositivi elettrici presenta un ponte di diodi semiconduttori come trasformatore che trasforma l'ingresso CA da una sorgente elettrica in un'uscita CC che alimenta i suoi circuiti e componenti. Queste parti elettroniche discrete sono comunemente chiamate raddrizzatori e possono essere trovate in tutto, dai controller dei motori e dagli elettrodomestici alle applicazioni di saldatura.

Che cosa è un raddrizzatore a ponte

UN raddrizzatore a ponte converte la corrente alternata in corrente continua e può essere utilizzato in molte applicazioni, come alimentatori switching e alimentatori lineari. Inoltre, i raddrizzatori a ponte possono essere trovati in dispositivi come apparecchiature di saldatura elettrica o radio.

Un tipico circuito raddrizzatore a ponte è costituito da una tensione CA in ingresso, quattro diodi e una resistenza di carico collegata al terminale positivo del segnale CC in uscita. Come mostrato nella Figura 1, questo riduce la tensione in uscita diminuendo la corrente che scorre attraverso ciascun diodo, come mostrato.

L'efficienza massima di un raddrizzatore a ponte è determinata dal rapporto tra potenza di uscita CC e potenza di ingresso CA. Può raggiungere un valore pari a 81,2%, anche se, in realtà, questa cifra tende a essere molto più bassa a causa delle cadute di tensione dovute alla corrente che scorre attraverso i diodi.

Costruzione di un ponte raddrizzatore

Un raddrizzatore a onda intera è un convertitore DC efficiente che utilizza quattro diodi in un circuito a ponte per convertire la corrente alternata (AC) in corrente continua (DC). Il vantaggio principale di questo tipo di circuito è che non necessita di un costoso trasformatore con presa centrale, riducendo così significativamente sia le sue dimensioni che i suoi costi.

Quando un segnale AC viene applicato a un raddrizzatore a ponte, i diodi D1 e D3 diventano polarizzati in avanti, mentre i diodi D2 e D4 diventano polarizzati inversamente. Ciò fa sì che la corrente di carico scorra attraverso i diodi D2 e D3, portando alla resistenza RL sul resistore di carico di uscita.

In un semiciclo negativo, i diodi D2 e D3 diventano polarizzati in avanti mentre C e D4 diventano polarizzati inversamente. Ciò fa sì che la corrente scorra attraverso i diodi C e D verso l'uscita RL.

Le tensioni di uscita del raddrizzatore a ponte sono impulsive, quindi per ottenere un'alimentazione CC regolare, dobbiamo filtrarla con un condensatore. Il condensatore si carica finché la tensione raddrizzata non raggiunge il suo picco, quindi si scarica nel circuito di carico quando scende per smussare la forma d'onda della rettifica.

Tipi di raddrizzatori a ponte

I raddrizzatori a ponte sono prodotti a modulo semiconduttore che convertono l'ingresso CA in uscita CC, che può essere utilizzata per alimentare dispositivi. Sono comunemente presenti negli elettrodomestici da lavoro e negli articoli elettrici.

1. Monofase

Un raddrizzatore a ponte monofase è un circuito raddrizzatore ampiamente utilizzato in applicazioni quali alimentatori switching e alimentatori lineari. Utilizza quattro diodi (D1, D2, D3 e D4) insieme a una resistenza di carico (RL) per convertire in modo efficiente la corrente alternata in corrente continua.

Il processo di rettifica dipende dalla polarità di una forma d'onda CA in ingresso. Quando il semiciclo positivo appare in questo segnale, i diodi D1 e D3 diventano polarizzati in avanti mentre i diodi D2 e D4 diventano polarizzati inversamente. Di conseguenza, la corrente inizia a fluire attraverso il percorso cortocircuitato di D3 e D4.

2. Trifase

Utilizzato per convertire la tensione alternata trifase in corrente continua, questo dispositivo è costituito da sei diodi e fornisce una soluzione conveniente per raddrizzare l'alimentazione CA in CC senza bisogno di un trasformatore a presa centrale. 

I raddrizzatori trifase offrono una maggiore efficienza di raddrizzamento rispetto ai raddrizzatori monofase, poiché la loro corrente di uscita è inferiore e per l'uscita CC è richiesta una componente CA inferiore.

Il raddrizzatore a ponte trifase è una soluzione diffusa per convertire l'alimentazione CA in un'uscita CC costante, ma richiede costosi dissipatori di calore e soluzioni di raffreddamento attivo, che ne aumentano le dimensioni e la complessità.

3. Fase variabile

I raddrizzatori a ponte a fase variabile (VPBR) sono convertitori di potenza elettrica che trasformano la tensione di ingresso CA in tensione di uscita CC. Sono comunemente presenti in sistemi che operano ad alte frequenze, come gli aerei.

Questi circuiti hanno molte applicazioni, come l'alimentazione di motori, azionamenti elettrici, illuminazione e altri dispositivi elettronici. Il circuito di rettifica in questi dispositivi è solitamente costruito utilizzando diodi.

Applicazioni di un raddrizzatore a ponte

Un raddrizzatore a ponte trova numerose applicazioni nei dispositivi elettronici di potenza CA, come elettrodomestici, regolatori di motori, processi di modulazione e processi di saldatura.

Un raddrizzatore a ponte è una configurazione efficiente di quattro diodi progettati per convertire la corrente alternata in corrente continua in modo efficiente. Il vantaggio principale dell'utilizzo di un raddrizzatore a ponte è che non c'è bisogno di un trasformatore con presa centrale, riducendo così le dimensioni e i costi del dispositivo.

I raddrizzatori a ponte funzionano facendo passare la tensione CA attraverso di essi sia su semicicli positivi che negativi. Ciò fa sì che la corrente scorra attraverso una resistenza di carico RL in quantità simili durante questi due cicli, producendo tensione CC ai terminali D e C.

Principi di funzionamento di un raddrizzatore a ponte

Un circuito raddrizzatore a ponte è costituito da quattro diodi, D1, D2, D3, e da una resistenza di carico RL collegati tra i terminali A e B. Questa configurazione converte efficacemente i segnali CA (corrente continua) senza bisogno di un trasformatore esclusivo con presa centrale.

Quando un segnale AC in ingresso viene applicato attraverso un raddrizzatore a ponte, il terminale A diventa positivo e il terminale B diventa negativo durante un mezzo ciclo. Di conseguenza, i diodi D1 e D3 diventano polarizzati in avanti, mentre i diodi D2 e D4 diventano polarizzati inversamente.

Sia nei semicicli positivi che in quelli negativi, la stessa quantità di corrente scorre attraverso la resistenza di carico RL. Pertanto, indipendentemente dal modo in cui è stato applicato il segnale AC, il segnale DC in uscita ha sempre la stessa polarità.

Vantaggi e svantaggi di un raddrizzatore a ponte

Un raddrizzatore a ponte è un circuito che converte la corrente alternata in corrente continua. È costituito da quattro diodi e da una resistenza di carico.

• Efficienza

Fornisce un'uscita più uniforme e affidabile rispetto al raddrizzatore a semionda e può essere impiegato nella modulazione di segnali radio o nella saldatura elettrica per generare una tensione CC polarizzata.

• Fattore di increspatura

Il fattore di ondulazione, o la quantità di componenti AC presenti in un'uscita rettificata da un raddrizzatore a ponte, dovrebbe essere mantenuto il più basso possibile. Il modo più efficiente per ridurre questo numero è tramite l'uso di condensatori di filtro che filtrano le forme d'onda non sinusoidali.

• Tensione inversa di picco

I raddrizzatori a ponte producono il doppio della tensione inversa di picco di un raddrizzatore a onda intera con presa centrale, eliminando la necessità di un trasformatore a presa centrale aggiuntivo. Inoltre, la loro uscita ha fattori di utilizzo del trasformatore più elevati rispetto ai raddrizzatori a onda intera con presa centrale, rendendoli più adatti a molte applicazioni. Tuttavia, la loro natura pulsante può presentare rischi per le apparecchiature elettroniche sensibili.

• Costo

Uno dei vantaggi di questo tipo di raddrizzatore è che non necessita di un trasformatore con presa centrale, riducendo così sia il costo che le dimensioni del dispositivo. Tuttavia, questo tipo di raddrizzatore presenta anche alcuni svantaggi. Ad esempio, la perdita di potenza con questo raddrizzatore è molto più elevata rispetto a un raddrizzatore a mezza onda o a un raddrizzatore a onda intera con presa centrale.

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