Descripción General

• Las fuentes reguladas constan, en general, de tres bloques, los cuales se muestran a continuación:

•

• Rectificador Filtro Regulador

Rectificador

• Son circuitos que permiten transformar una señal alterna en una continua.

• Podemos distinguir dos tipos de rectificadores monofásicos:

• Rectificadores de media onda

• Rectificadores de onda completa

Rectificadores de media onda

• Son los de menor calidad ya que la señal obtenida es una señal continua pulsante, con alto contenido de armónicas. Su aplicación está, por esto, limitada a cargas muy inductivas.

•

• Vi+ Vto - Vc

Dimensionamiento del díodo

• Supondremos una carga resistiva, que será máxima cuando el voltaje de entrada sea mínimo y la corriente de carga sea máxima. Si este voltaje de entrada viene de un transformador monofásico, entonces el voltaje mínimo de entrada será el voltaje mínimo en su secundario y normalmente se produce cuando el voltaje en el primario se encuentra en el mínimo permitido por la regulación legal. El valor nominal del voltaje de línea puede fluctuar entre 105% como máximo y 93% como mínimo. Para dimensionar al diodo se necesita conocer, su corriente directa media y efectiva, el voltaje de bloqueo máximo y la potencia disipada en conducción.

• Para efectos del cálculo del voltaje medio y efectivo en la carga se despreciará la caída de tensión en el díodo.

•

•

• Si este es el caso, entonces la potencia disipada por el diodo se obtendrá de la siguiente manera:

min

2

min

minmin

minmax)(

0

*432.0*42.0

6576,0293.0*5.0

42.0

42.04186.0)(

***2*93.02

1)(

c

fns

c

TOnsdiodo

c

ns

c

nsfRMS

c

nsavgf

nsns

ns

R

rV

R

VVP

R

V

R

Vi

R

Vi

VVavgVc

tdtsenVavgVc

• El voltaje de bloqueo máximo en el diodo será el voltaje de la línea:

Rectificadores de onda completa

• Estos pueden ser: • Rectificadores que usan transformador con

punto medio. • Rectificadores en puente

Rectificadores de onda completa con transformador con punto medio

En este caso, el voltaje en la carga Rc tendrá un valor máximo igual a la mitad del voltaje secundario y será una señal continua pulsante con una frecuencia igual al doble de la frecuencia de la línea

• Para dimensionar los diodos se necesita conocer su corriente directa if , media y efectiva y la potencia disipada en conducción. Haciendo iguales suposiciones que en el caso del rectificador de media onda:

•

min

2

min

minmin

minmax)(

)min(

0

)min(

*108.0*42.0

329,0293.0*5.0*707.0

42.0

42.04186.0

***707.0*93.01

c

fns

c

TOnsdiodo

c

ns

c

nsfRMS

c

nsavgf

nsnsavg

nsavg

R

rV

R

VVP

R

V

R

Vi

R

Vi

VVVc

tdtsenVVc

• El voltaje de bloqueo máximo para cada diodo será 0.74Vns

•

Rectificador de media onda en puente

Esta estructura consta de 4 diodos dispuestos de la siguiente manera:

Vns

Vc

La conducción se realiza de a pares, en este caso cuando la señal tiene una polaridad conducen los diodos rojos y cuando se presenta la polaridad opuesta, los azules. En la carga la corriente siempre fluirá en un solo sentido. Si el voltaje máximo secundario es menor de 15 volts, se debería tomar en cuenta la caída de tensión en los dos diodos que están conduciendo. Vcmax= 1,414Vns- 2VTO

• Dimensionamiento de los diodos

min

2

min

minmin

minmax)(

)min(

0

)min(

*43.0*84.0

658,0293.0*707.0

84.0

84.0836.0

***2*93.01

c

fns

c

TOnsdiodo

c

ns

c

nsfRMS

c

nsavgf

nsnsavg

nsavg

R

rV

R

VVP

R

V

R

Vi

R

Vi

VVVc

tdtsenVVc

• El voltaje de bloqueo máximo en los diodos será igual a 1.48Vns

Filtro

- Sólo es conveniente filtrar las señales rectificadas en onda completa. Para hacerlo se conecta un condensador polarizado o electrolítico en paralelo con la carga, su cálculo se puede hacer desde tres puntos de vista:

- Por el voltaje - Por la corriente - Por fórmula empírica -

El voltaje en la carga tendrá la siguiente forma: (a) sin filtro y (b) con filtro

(a)

(b)

• Como se puede apreciar en el gráfico (b), la señal filtrada variará entre un máximo igual al valor máximo del voltaje en el secundario y un valor mínimo que dependerá de la descarga del condensador, la cual dependerá tanto de su capacidad como de la resistencia mínima de carga, si se fija este mínimo en un 10% del máximo entonces recurriendo a la ecuación de voltaje en C :

minmin

min

min

min

max

min

max

min

5.0

5.0

max2

maxmin

76.476.4

76.4

105.05.0

11.1

ln5.0

min

max

min

minmin

cc

c

c

c

c

c

c

c

V

V

CR

T

CR

T

nsCR

T

nsc

fRR

TC

CRT

CR

T

V

V

V

V

CR

T

VVV

c

ns

c

cc

• Al hacer el cálculo por corriente, se supone que la corriente máxima de carga circula por el condensador durante el intervalo de descarga:

minmax

max0

minmax

max0

minmaxmax0

max0

5.05.0

;2

;

cccc

ccCC

CC

VVf

I

VV

TIC

VVVT

tdV

dtIC

dt

dVCIi

Cálculo por fórmula empírica:

minmaxmin

max

2

8.0

ccc

c

VVfR

VC

Comparación entre los tres métodos: Calcúlese un condensador de filtro para un rectificador cuyo voltaje de alimentación nominal secundario es de 16Vrms, pudiendo variar +5%/-7% y se desea que en la carga la diferencia entre el voltaje máximo y el mínimo no supere al 10% del valor máximo. La corriente máxima de carga es de 800mA y la frecuencia de la línea es de 50Hz.

mFFVVfR

VC

mFFVVf

IC

mFFfR

C

ccc

cemp

cccorriente

cvoltaje

0.326.2*3.26*50*2

63.22*8.0

2

8.0

5.326.2*50

8.0*5.05.0

6.33.26*50

76.476.4

minmaxmin

max)(

minmax

max0)(

min)(

Comentarios: De las tres formas de calcular el

condensador de filtro, los criterios varían entre los diseñadores. Algunos utilizan siempre el método empírico ya que se obtiene el menor valor de capacidad que satisface el problema, es decir, el condensador más económico. Por otra parte , otros optan por el método del voltaje ya que entrega un valor de capacidad que asegura que se logrará mantenerla ondulación dentro de los límites de diseño, aunque entrega el condensador de mayor costo. El método de corriente entrega un condensador similar al del método de del voltaje.