Guide complet pour pont les circuits du redresseur

Les redresseurs de pont convertissent le courant alternatif (AC) en courant direct (DC), un processus de base dans presque tous les systèmes électroniques.En utilisant une combinaison de diodes disposées dans une configuration de pont, ces circuits utilisent efficacement les deux moitiés de la forme d'onde AC pour fournir une sortie CC plus stable et utilisable.De l'électronique de consommation compacte aux applications industrielles de haute puissance, la compréhension du fonctionnement des rectifiants de pont et les différents types disponibles aident à concevoir des systèmes d'alimentation fiables et efficaces.

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Présentation du redresseur de pont

Un redresseur de pont est un type de redresseur pleine onde conçu pour convertir le courant alternatif (AC) en courant direct (DC).Il utilise quatre diodes disposées dans une configuration carrée qui ressemble à un pont.Cette disposition élimine le besoin d'un transformateur à plateau central, ce qui rend le circuit plus simple, plus compact et moins cher à produire.

Différentes variantes de redresseurs de pont

Les redresseurs de pont se présentent sous plusieurs formes, selon les besoins en application et en alimentation:

• Redresseurs à pont monophasé Gérez les entrées AC de base, souvent utilisées dans des dispositifs de puissance inférieure comme les adaptateurs ou les petits appareils.

• Rectificateurs de ponts triphasés sont conçus pour des applications industrielles ou haute puissance, offrant une production plus cohérente avec moins d'ondulation.

• Rectificateurs de pont non contrôlés Fonctionnez uniquement en fonction de la configuration de la diode et de l'entrée AC, sans contrôle externe sur la synchronisation de sortie.

• Redresseurs de pont contrôlés Inclure des composants comme les thyristors ou les SCR qui permettent une régulation plus précise de la tension de sortie et du timing.

Comprendre les redresseurs non contrôlés par phase unique

Un redresseur de pont non contrôlé monophasé utilise quatre diodes disposées dans une disposition carrée, formant une boucle fermée.Ces diodes sont généralement étiquetées D1 à D4.L'entrée CA provient de l'enroulement secondaire d'un transformateur et se connecte à deux points d'entrée, marqués A et B. La charge, représentée par une résistance (RL), est placée sur les deux bornes de sortie, C et D. Cette configuration permet au courant de passer à travers la charge quelle que soit la direction de l'entrée AC.

Figure 2. Rectifier à pont non contrôlé monophasé

Pendant la moitié positive du cycle AC

Lorsque le point A devient électriquement plus positif que le point B, les diodes D1 et D2 sont biaisées et commencent à mener.Dans le même temps, D3 et D4 sont le biais inversé et le courant de bloc.Le courant électrique suit cette voie: il entre au point A, circule à travers la diode D1, passe par la résistance de charge RL, se poursuit à travers la diode D2, et sort au point B. Cela provoque une chute de tension à travers la résistance, le point D ayant un potentiel plus élevé que le point C. La charge reçoit une impulsion unidirectionnelle de courant.

Figure 3. La moitié positive du cycle AC

Pendant la moitié négative du cycle AC

À mesure que la tension AC oscille dans la direction opposée et que le point B devient plus positif que le point A, la paire conduisait commut.Désormais, les diodes D3 et D4 sont des biais avant et transportent le courant, tandis que D1 et D2 sont désactivés.Le courant pénètre par le point B, se déplace à travers la diode D3, passe par la charge dans la même direction qu'auparavant, se poursuit à travers la diode D4, et sort au point A. Même si l'entrée CA a inversé, la charge reçoit toujours le courant qui coule dans la même direction, en maintenant une polarité cohérente.

Figure 4. La moitié négative du cycle AC

Comportement de flux actuel et de sortie

Dans les deux moitiés du cycle AC, la charge voit toujours le courant se déplacer dans une direction.Cela produit une tension à courant continu pulsé à travers les bornes de sortie.La forme d'onde de tension contient des pics correspondant à chaque demi-cycle de l'entrée mais pas de polarité inversée.

Lissage de la sortie

La sortie du redresseur, bien que toujours positif, a toujours une ondulation notable en raison des lacunes entre les pics.Pour réduire cette fluctuation et produire une tension CC plus lisse et plus stable, un condensateur est souvent ajouté à travers la sortie.Le condensateur charge pendant les pics de tension et les décharges pendant les creux, aidant à combler les lacunes et à aplatir la forme d'onde.

Forme d'onde

Figure 5. Forme d'onde de redresseur de pont monophasé

Caractéristiques d'un redresseur de pont monophasé

• Efficacité - L'efficacité nous indique la quantité de puissance de courant alternatif d'entrée qui est transformée avec une puissance CC utilisable.Il est calculé en comparant la puissance de sortie CC à la puissance d'entrée AC totale.

Pour trouver l'efficacité, nous examinons d'abord la puissance CC délivrée à la résistance de charge.Ceci est donné par:

• Puissance de sortie CC:

Ici, je_dc est le courant moyen à travers la charge.Pour une onde sinusoïdale rectifiée à ondes complètes, ce courant est égal à:

où je_m est le courant de pointe.

La substitution dans la formule de puissance de sortie donne:

Considérons maintenant la puissance totale de courant alternatif d'entrée.Si nous supposons des composants idéaux (pas de puissance perdue dans les diodes ou le transformateur), la puissance d'entrée est calculée en utilisant la valeur RMS du courant d'entrée:

• Power d'entrée CA:

Ici:

• R_F est la résistance vers l'avant des diodes.

• R_S est la résistance à l'enroulement secondaire du transformateur,

• R_L est la résistance à la charge.

Mettre les deux valeurs de puissance dans la formule d'efficacité:

Simplifier:

Si nous supposons un cas idéal où r_F et r_S sont négligeables par rapport à r_L, la formule devient:

Cela signifie que, dans des conditions parfaites, un redresseur de pont peut convertir jusqu'à 81,2% de la puissance de courant alternatif d'entrée en DC.

• Tension inverse maximale (PIV) - Chaque diode dans le circuit de pont doit être capable de résister à une tension égale au pic de la tension CA secondaire du transformateur lorsqu'elle est dans l'état non conducteur (biais inverse).Cette valeur est:

PIV Per diode = VM

Comparé à un redresseur à plateau central, où chaque diode doit résister à deux fois cette tension, la conception du pont nécessite des cotes de PIV plus faibles, ce qui améliore la sécurité et peut réduire les coûts en permettant l'utilisation de diodes à faible évaluation.

• Facteur d'entraînement - Le facteur d'entraînement mesure la quantité de variation CA (ou "ondulation") reste dans la sortie après rectification.Il est calculé en utilisant le rapport de la valeur RMS du courant de sortie à sa valeur moyenne (DC):

Facteur d'entraînement:

Pour une sortie rectifiée à ondes complètes pure sans aucun filtrage:

Les substituer dans la formule:

Cela signifie que la sortie contient toujours environ 48% de l'ondulation AC si aucun filtrage n'est utilisé.C'est pourquoi les composants filtrants, généralement des condensateurs, sont ajoutés à la sortie pour lisser la forme d'onde.Ces composants aident à stocker l'énergie pendant les pics de tension et à le libérer pendant les vallées, réduisant les fluctuations et rendant la sortie CC plus stable.

Rectifier incontrôlé triphasé fonctionne

Un redresseur de pont non contrôlé triphasé est conçu pour convertir la puissance CA triphasée en courant continu.Il utilise six diodes disposées dans une formation de ponts, connectée à trois lignes d'entrée AC, étiquetées R (rouge), y (jaune) et b (bleu).Par rapport aux redresseurs monophasés, cette configuration offre une sortie CC beaucoup plus fluide avec beaucoup moins d'ondulation, ce qui le rend plus efficace pour les applications de haute puissance.

Dans un système de courant alternatif triphasé, les tensions des trois lignes d'entrée sont décalées de 120 degrés électriques.Pour cette raison, la tension entre deux phases change constamment, et à tout moment, il y a toujours une phase à une tension plus élevée et une autre à une tension inférieure.

Le redresseur profite de ces niveaux de tension changeants.À chaque instant pendant le cycle AC, deux des six diodes conduisent:

• Une diode se connecte à la phase qui est actuellement à la tension la plus élevée.

• L'autre diode se connecte à la phase qui se trouve à la plus basse tension.

Figure 6. Circuit de redresseur à pont triphasé

Ces deux diodes créent un chemin pour que le courant circule à travers la résistance de charge.Au fur et à mesure que les tensions entre les phases se déplacent, différentes paires de diodes s'allument et désactivées, chacune conduisant environ 120 ° du cycle AC.Parce que la commutation se produit dans les intervalles qui se chevauchent, la sortie a plusieurs impulsions de tension qui se suivent étroitement.

Ce chevauchement signifie qu'il n'y a pas de grandes lacunes entre les impulsions et le courant à travers la charge s'écoule dans une direction cohérente.En conséquence, la sortie CC rectifiée est presque continue, avec beaucoup moins d'ondulation que ce qui est observé dans un redresseur monophasé.

Exemples de chemins de conduction

À mesure que les relations de tension entre les phases changent, différentes paires de diodes transportent le courant.Par exemple:

• Lorsque la phase R est plus positive que la phase Y et que la phase Y est plus positive que la phase B, les diodes D1 et D4 conduisent.

• Si la phase R est plus positive que la phase B et que la phase B est plus négative que R, les diodes D1 et D6 conduisent.

• Lorsque la phase Y est plus positive que la phase B, les diodes D3 et D6 conduisent.

• Si la phase Y est plus positive que la phase R, les diodes D3 et D2 conduisent.

• Lorsque la phase B est plus positive que la phase R, les diodes D5 et D2 conduisent.

• Si la phase B est plus positive que la phase Y, les diodes D5 et D4 conduisent.

Chaque paire roule le courant de la phase de tension supérieure, à travers deux diodes, puis à travers la charge.Cette commutation continue garantit que la tension de sortie reste stable et que l'ondulation est minime, un avantage utile dans les applications où une puissance de courant continu en douceur est nécessaire.

Forme d'onde

Figure 7. Forme d'onde de redresseur de pont triphasé

Exploration du redresseur du pont central

Figure 8. Rectifier du pont central-tape

Un redresseur de ponts central est un circuit de rectification à ondes complètes qui utilise un transformateur avec un enroulement secondaire à plateau central et deux diodes.Cette configuration permet au circuit de convertir la forme d'onde d'entrée AC entière en une sortie unidirectionnelle, mais avec une approche différente du pont à quatre diodes plus courant.

L'enroulement secondaire du transformateur est divisé en deux moitiés, le plateau central servant de point de référence, agissant comme un sol dans le circuit.Chaque moitié de l'enroulement fournit une tension pendant la moitié du cycle AC.Au cours de la moitié positive de l'entrée CA, une extrémité du transformateur devient plus positive que le centre central.À ce moment, la diode connectée à cette moitié devient le biais avant et permet au courant de passer à travers la charge.Lorsque l'entrée se déplace vers la moitié négative du cycle, l'autre côté de l'enroulement devient plus positif par rapport au plateau central.La deuxième diode effectue désormais, envoyant du courant à travers la charge dans la même direction qu'auparavant.

Cette conduction alternée garantit que le courant à travers la charge circule toujours dans une direction, convertissant efficacement les deux moitiés de la forme d'onde CA en une sortie CC continue.Bien que cette méthode atteigne une rectification à ondes complètes avec seulement deux diodes, elle nécessite un transformateur de tournage central.Cela ajoute un coût et une complexité supplémentaires, en particulier par rapport au redresseur de pont à quatre diodes standard, qui n'a pas besoin d'un plateau central.Pour les applications où la conception du transformateur est flexible, la configuration du centre central peut être utile.Mais dans de nombreux cas, la disposition plus simple et l'efficacité améliorée d'un pont à quatre diodes en font le choix préféré.

Circuits de redresseur de pont à demi-onde

Figure 9. Rectifier du pont à demi-onde

Un redresseur de pont à demi-onde est un type de base de circuit de redresseur qui n'utilise que deux diodes pour convertir la puissance AC en DC.Il est conçu pour permettre au courant de passer par la charge pendant seulement la moitié du cycle AC, la moitié positive, tout en bloquant entièrement la moitié négative.

Lorsque l'entrée CA entre dans le circuit, la tension augmente et diminue dans un motif sinusoïdal.Au cours de la moitié positive de chaque cycle, l'une des diodes devient un biais avant et permet au courant de passer à la charge.La deuxième diode, disposée dans le pont, devient également biaisée pendant cette période, complétant le circuit et dirigeant le courant le long d'un seul chemin cohérent à travers la charge.Lorsque la tension AC inverse la direction dans le demi-cycle négatif, les deux diodes deviennent polarisées.Dans cette condition, ils bloquent le courant et aucune alimentation n'est délivrée à la charge pendant cette partie du cycle.

Étant donné que seulement la moitié de la forme d'onde d'entrée est utilisée, le courant de sortie apparaît en bref, séparés, plutôt que comme un flux lisse ou continu.Cela produit un niveau élevé d'ondulation et entraîne une efficacité de conversion plus faible par rapport aux redresseurs à ondes complètes.La sortie CC est inégale, avec des lacunes importantes entre les impulsions.En raison de ces limitations, des redresseurs de pont à demi-onde sont utilisés dans des applications à faible puissance ou mineure où une alimentation en courant continu stable ou bien filtrée n'est pas requise.Ils conviennent dans les situations où la simplicité du circuit, le faible coût ou la manipulation minimale d'énergie sont plus importants que la qualité de sortie.

Applications communes des redresseurs de ponts

• Dans électronique grand public, des redresseurs de pont se trouvent à l'intérieur des alimentations de téléphones, de comprimés, d'ordinateurs portables et de nombreux appareils électroménagers.Ces dispositifs reposent sur des redresseurs pour convertir la climatisation murale en CC utilisable pour les circuits internes.

• Systèmes de charge de batterie dépendent également des redresseurs de ponts.Qu'il s'agisse d'un chargeur de smartphone, d'une unité de sauvegarde de batterie ou d'un système de charge de véhicule, les redresseurs garantissent que la puissance AC entrante est convertie en toute sécurité en DC avant d'être utilisé pour charger la batterie.

• Dans automatisation industrielle, Les redresseurs de ponts font partie des systèmes de contrôle des moteurs.Les moteurs fonctionnant sur DC ont besoin d'une alimentation rectifiée et les redresseurs aident à fournir la tension stable requise pour la vitesse lisse et le contrôle du couple.

• Pilotes LED et circuits d'éclairage Utilisez également des redresseurs de pont pour alimenter les lumières LED.Étant donné que les LED fonctionnent sur DC, les redresseurs gèrent la conversion à partir de secteur AC, ce qui rend possible un éclairage efficace et sans scintillement.

• Dans systèmes d'énergie renouvelable, comme les installations d'énergie solaire, les redresseurs de pont aident à convertir la sortie AC variable des onduleurs ou de certaines dispositions de panneaux solaires en courant continu.Cette alimentation CC peut ensuite être stockée dans des batteries ou utilisée pour exécuter des appareils connectés.

• Les redresseurs de pont sont dangereux dans Alimentations d'alimentation sans interruption (UPS), qui fournit une puissance de sauvegarde d'urgence.Ils aident à s'assurer que la transition entre l'alimentation du réseau et la sauvegarde de la batterie est fluide et ininterrompue, en gardant les systèmes nécessaires en ligne.

• Systèmes de télécommunications et centres de données Dépendez des redresseurs pour maintenir une puissance stable pour les serveurs, les commutateurs de réseau et l'équipement de communication.La demande constante de disponibilité et de fiabilité dans ces environnements fait de la conversion précise de DC.

• Dans le domaine médical, des dispositifs tels que les scanners IRM, les machines à rayons X et les systèmes de surveillance des patients utilisent des redresseurs de pont pour fournir la puissance DC précise et filtrée dont ces instruments sensibles ont besoin.

• Outils industriels en service lourd, y compris les machines de soudage et les équipements de fabrication de haute puissance, s'appuient également sur des redresseurs.Ces outils ont besoin d'un CC régulier pour un fonctionnement et un contrôle de processus efficaces.

• Amplificateurs audio et systèmes sonores à haute fidélité Incluez les redresseurs de pont dans leurs étapes d'alimentation.DC propre et stable est utilisé pour réduire le bruit et la distorsion de la sortie audio, en particulier dans les systèmes de qualité professionnelle.

Avantages et inconvénients d'un redresseur de pont

Les redresseurs de pont offrent plusieurs avantages pratiques qui en font un choix populaire dans les applications de consommation et de puissance industrielle.Cependant, comme tout circuit, ils sont également livrés avec quelques compromis qui doivent être considérés en fonction du cas d'utilisation.

Avantages

• L'un des plus grands avantages d'un redresseur de pont est son Capacité à effectuer une rectification à ondes complètes Sans avoir besoin d'un transformateur de tournage central.Cela simplifie la conception du transformateur et réduit le coût global et la majeure partie du système d'alimentation.

• La configuration du pont utilise à la fois les moitiés positives et négatives du signal d'entrée CA, ce qui conduit à plus Conversion de puissance efficace et plus fort, sortie CC plus cohérente.Cette utilisation complète de la forme d'onde améliore le transfert de puissance global vers la charge.

• Le circuit lui-même est simple et compact, en utilisant seulement quatre diodes dans une disposition bien établie.Il est largement utilisé et facile à mettre en œuvre, ce qui le rend idéal pour une variété de conceptions, des petits chargeurs de consommation aux plus grands systèmes industriels.

• À cause de son efficacité et simplicité, le redresseur du pont est également rentable.C’est souvent la solution incontournable pour vous qui a besoin d’un équilibre de performances, de fiabilité et d’intégration.

Désavantage

• Malgré ses avantages, un redresseur de pont a quelques limites.Pendant le fonctionnement, deux diodes conduisent en même temps à chaque demi-cycle, ce qui se traduit par un chute de tension vers l'avant.Cette goutte réduit légèrement la tension de sortie, en particulier dans les applications basse tension où chaque volt compte.

• Lors de la gestion des courants plus élevés, le perte de courant De ces diodes peuvent générer une chaleur importante.Dans de tels cas, des dissipateurs de chaleur ou des composants de gestion thermique peuvent être nécessaires pour empêcher la surchauffe et assurer un fonctionnement stable.

• Le circuit est également pas bien adapté Pour les signaux AC à très haute fréquence.Le temps de récupération inverse des diodes standard peut provoquer des inefficacités à ces fréquences, nécessitant l'utilisation de composants de commutation plus rapides comme les diodes Schottky ou Fast Recovery.

• Pour les applications impliquant des charges lourdes ou en évolution rapide, des composants de filtrage ou de régulation supplémentaires peuvent être nécessaires pour maintenir une sortie lisse et fiable.Cela ajoute au complexité et coût du circuit, selon la demande de l'application.

Conclusion

Les redresseurs de pont restent un élément constitutif utile de l'électronique moderne, offrant une solution fiable pour la conversion AC à DC sur un large éventail d'applications.Leur conception simple mais efficace permet une rectification efficace des ondes complètes, un coût de composant réduit et une amélioration de la livraison de puissance.Qu'il s'agisse d'alimenter les gadgets de tous les jours, de soutenir les machines industrielles ou d'activer les systèmes d'énergie renouvelable, les redresseurs de pont continuent de fournir la puissance CC stable sur laquelle les technologies dépendent.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. Un redresseur de pont fonctionne-t-il dans les deux sens?

Un redresseur de pont ne permet pas au courant de circuler dans les deux sens à la sortie;Au lieu de cela, il convertit à la fois les moitiés positives et négatives d'un signal CA en une sortie CC unidirectionnelle en utilisant quatre diodes qui conduisent par paires en fonction de la polarité d'entrée.En fonctionnement, alors que AC continue de changer la direction, le courant traversant la charge reste dans une direction, produisant une rectification à ondes complètes.

2. Pourquoi un redresseur de pont est-il meilleur qu'un tarauné par central?

Un redresseur de pont est meilleur qu'un redresseur à plateau central car il ne nécessite pas de transformateur à plateau central, utilise l'enroulement secondaire entier pendant les deux moitiés du cycle AC et offre une tension de sortie plus élevée avec une meilleure utilisation du transformateur.Dans les constructions pratiques, cela se traduit par une conception plus petite, plus simple et plus rentable avec une efficacité améliorée et moins de complications d'enroulement des transformateurs

3. Comment les performances du redresseur sont-elles affectées lors de l'utilisation d'un filtre?

Lorsqu'un filtre est utilisé avec un redresseur, il améliore considérablement les performances en réduisant l'ondulation de tension et en fournissant une sortie CC plus stable.Une utilisation pratique, cela signifie que les appareils électroniques connectés au redresseur reçoivent une alimentation de tension plus fluide, ce qui aide à prévenir les scintillements dans les LED, les lectures instables dans les capteurs et le comportement erratique dans les circuits de contrôle.

4. Pourquoi utilisons-nous des condensateurs dans des redresseurs de pont?

Les condensateurs sont utilisés dans des redresseurs de pont pour lisser la sortie de CC pulsante en chargeant lorsque la tension augmente et se déchargeant lorsqu'elle tombe, remplissant efficacement les baisses de tension entre les cycles.Cette action aide à maintenir une tension de sortie plus cohérente, qui est nécessaire pour alimenter les composants électroniques sensibles et assurer un fonctionnement fiable dans les applications réelles.

5. Quels sont les facteurs déterminant les performances du redresseur?

Les performances du redresseur sont déterminées par plusieurs facteurs, notamment la tension et la fréquence d'entrée, la quantité de courant de charge dessinée, la taille et la qualité du condensateur du filtre, les caractéristiques des diodes utilisées (telles que leur chute de tension et leur vitesse) et la capacité du transformateur à gérer les variations de charge.Dans les scénarios pratiques, ces facteurs influencent à quel point la sortie est propre et stable, combien de chaleur les composants génèrent et à quel point le circuit offre efficacement la charge.