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.