Todo lo que debes saber sobre los puentes rectificadores de diodos

Los puentes de diodos son un circuito que consta de 4 diodos individuales unidos entre si que permite convertir una onda senoidal en una onda de corriente directa, son usados en circuitos de fuentes de alimentaciones de todo tipo, como lo son la fuente de tu ordenador o el cargador de tu celular; un puente rectificador de diodo es uno de los componentes electrónicos más básicos dentro de la electrónica y a continuación te contaremos todo lo que necesitas saber sobre ellos.
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¿Qué es un puente rectificador de diodos y para que sirve?

Un puente rectificador de diodos es un componente electrónico conformado por 4 diodos que permite convertir la corriente alterna en corriente directa pulsante, esto lo logra subiendo el semiciclo negativo de la onda senoidal al lado positivo, eliminando así el cambio de polaridad característico de la corriente alterna y convirtiéndose así en corriente directa.
En pocas palabras un puente rectificador es un arreglo de 4 diodos que permite convertir la corriente alterna en directa, sin más.

¿Cómo funciona un puente rectificador de diodos?

Lo primordial es saber que su funcionamiento esta basado en un arreglo de 4 diodos rectificadores, estos últimos están diseñados para soportar altos voltajes en alterna, pueden soportar mas corriente que otro tipo de diodos, sin embargo su velocidad de conmutación es baja en comparación a otro tipo de diodos.
Debes recordar que un Diodo es un dispositivo semiconductor que conduce en un sentido y se opone en el otro, para que un diodo deje circular corriente se debe cumplir lo siguiente:
  1. Que este polarizado correctamente, el ánodo del diodo al polo positivo del voltaje y el cátodo del diodo al polo negativo del voltaje.
  2. Que el voltaje que intenta circular a través del diodo sea mayor a 0.7 voltios para diodos fabricados con silicio, y mayor a 0.3 voltios para diodos fabricados con germanio.
Símbolo electrónico de un diodo:

Teniendo claro como funciona un diodo vamos ahora a explicar como funciona un puente rectificador, como ya sabes consta de 4 diodos que llamaremos D1, D2, D3, D4 conectados de la siguiente manera:
Símbolo electrónico puente de diodos
Símbolo de puente rectificador
Estos 4 diodos nunca entran todos en conducción al mismo tiempo, siempre conducen en parejas de a dos, es decir, D1 con D3 para el semiciclo positivo y D2 y D4 para el semiciclo negativo de la corriente alterna.

Pines de un puente rectificador:

  • (AC): Representan la entrada de voltaje alterno del puente rectificador, puedes conectar los cables en cualquier sentido, este tipo de voltaje no tiene polaridad.
  • (-): Este es un pin de salida, representa el negativo de tu voltaje rectificado.
  • (+): Este es un pin de salida, representa el positivo de tu voltaje rectificado.

Ciclo de funcionamiento de un puente rectificador:

Los puentes rectificadores tienen dos ciclos de trabajo, un ciclo positivo y uno negativo, que trabajando en conjunto crean un ciclo completo de rectificación de voltaje, también conocido como rectificación de onda completa.

Semiciclo positivo:

Para entender de forma mas sencilla el funcionamiento del puente rectificador vamos a decir que la fuente AC es equivalente a un fuente DC polarizada como se observa el la imagen de abajo, entonces el voltaje parte del positivo, llega al nodo entre D1 y D2, en D1 la corriente no puede circular dado que se encuentra con un cátodo, así que la corriente circula por D2, a la salida de D2 la corriente no puede bajar por D3 por que se encuentra con el cátodo del mismo, así que la corriente circula por R1 hasta llegar al nodo creado por D4 y D1, en este punto la corriente se encuentra con dos ánodos, así que se podría pensar que la corriente se divide en dos al pasar por ambos diodos, pero no es así, la corriente circulara por donde tenga menos oposición, esto significa que la corriente circulara por D4, dado que la corriente de pasar por D1 se estaría devolviendo al positivo de la fuente y esto claramente nunca pasara, el voltaje nunca se devuelve.
semi ciclo negativo puente rectificador ac dc


Semiciclo negativo:

De forma similar al semiciclo positivo, podemos pensar que para el semiciclo negativo del voltaje alterno, este se comporta como una fuente de corriente DC polarizada inversamente (como se muestra en la imagen de abajo), así que en este caso el voltaje positivo parte de la parte de abajo y no de arriba como sucede en el caso anterior; llegando así el voltaje al nodo creado por D4 y D3, no puede circular la corriente por D4 dado que se topa con el cátodo del mismo, así que circula por el ánodo de D3 llegando al nodo creado por el mismo D3 con D2 y si has captado la lógica de todo esto entenderás que la corriente no puede pasar por D2 por que se topa con su cátodo, así que la corriente circula por la resistencia hasta llegar al nodo creado por D1 y D4, y aquí la corriente circula por D1 dado que esta no se puede devolver por D4, llegando la corriente al polo negativo de nuestra fuente y cerrando finalmente el circuito; el resultado es que la onda negativa cambio su polaridad al llegar a la resistencia, ¿genial verdad?.

semi ciclo negativo puente rectificador ac dc

Semiciclo completo:

El resultado sumado del semiciclo positivo y negativo da como resultado un ciclo completo, donde el voltaje de salida del puente rectificador es directo; en términos sencillos para el semiciclo positivo circulan los diodos D2 y D4, y para el semiciclo negativo los diodos D1 y D4, gráficamente nuestro voltaje queda con ciclos positivos, este voltaje ya se considera directo, dado que no cambia su polaridad. Este circuito también se conoce como rectificador de onda completa.
Puente rectificador ciclo completo graficas ac y dc

Importante:

  • Los diodos consumen aproximadamente 0.7 voltios para poder funcionar, así que cuando utilizas un puente de diodos este reduce 1.4 voltios dado que siempre se encuentran en funcionamiento dos de los cuatro diodos. 
  • La salida del puente rectificador duplica su frecuencia con respecto a la entrada, si por ejemplo alimentas un puente con un voltaje a 60HZ tu salida tendrá 120HZ, dado que ahora le toma la mitad del tiempo completar un ciclo de repetición.

Tipos de puente de Diodos y encapsulados:

Si bien puedes crear un puente rectificador usando 4 diodos individuales, esto supone realizar mas pines de soldadura en una PCB, corres el riesgo de cometer un error y hacer una mala conexión, por esto siempre será preferible (en la medida de lo posible) utilizar encapsulados comerciales, existen muchos tipos, vamos hablar de los mas comunes y mas usados:

Encapsulado DFS:

Este tipo de encapsulado es del tipo SMD (Surface Mounted Device), se destaca por su reducido tamaño y capacidad de soportar hasta un amperio de corriente, son muy frecuentes en circuitos de driver de luminaria led. En la mayoría de los casos no soportan mas de 50v, son de baja potencia, algunos modelos comerciales son MB4S, DF10S, DF005S, entre otros.

Encapsulado DIP4:

Este tipo de encapsulado es del tipo through hole (agujero pasante) son de baja potencia, soportan hasta 50v a un máximo de 1 amperio, destacan por su reducido tamaño, ampliamente utilizados en cargadores de móviles, algunos modelos comerciales son DF10M, DF02M, DF005M, entre otros.

Encapsulado BRIDGE1:

Este tipo de encapsulado es uno de los mas comunes, soporta corriente de hasta 3 amperios sin necesidad de usar disipador, sin embargo existen modelos que soportan mas corriente llegando hasta los 6 amperios y 1000v, como regla simple, si el encapsulado cuenta con un orificio significa que necesita un disipador GBU6M, KBP310, entre otros.


Encapsulado BRIDGE2:

Este es un encapsulado pequeño, esta diseñado para soportar máximo 2 amperios de corriente, no necesita disipador, sus medidas son de 0.2 pulgadas entre pines, viene en presentaciones desde 50v hasta 1000v, en la parte superior indica con una simbología clara la disposición de los pines, algunos modelos comerciales son: W06G, W10G, B80C1500R, entre otros.

Encapsulado BRIDGE2


Encapsulado BRIDGE3:

Este es un encapsulado robusto que soporta hasta unos 6 amperios de corriente, necesita obligatoriamente su disipador de temperatura para poder sacarle el máximo provecho. En su cara superior muestra intuitivamente la disposición de los pines, tiene un espacio de separación de 0.4 pulgadas entre cada dos pines, algunos modelos comerciales son: BR38, GBPC800,GBPC801, entre otros.

Encapsulado BRIDGE4:

Este es el hermano mayor del encapsulado BRIDGE3, soportan hasta 10 amperios a 1000v, necesitan disipador térmico, tienen un espacio de separación de 0.5 pulgadas entre cada dos pines, un ejemplo comercial es el kBPC1010.

Modelos KBPC:

Los modelos KBPC cuenta con encapsulados muy robustos, soportan hasta 35 amperios de corriente, necesitan disipador si o si, no están pensados para ser usados bajo la tecnología KBPC3510, KBPC5010, entre otros.

Encapsulados industriales:

Entramos ahora en formatos de encapsulado muchos mas robustos y pensados para altas tensiones y altas corrientes de circulación, manejando entre 500, 800, 1000 y hasta 2000v con cargas de hasta 200 amperios. Las dimensiones dependerán de cada fabricante, en la parte inferior cuentan con una superficie metálica donde deben ser sujetados por medio de un tornillo a un disipador. sus punto de conexión se realizan por medio de borneras tipo tornillo. Algunos modelos comerciales son NTE5348, MDQ-200 A, entre otros.


Como medir un puente de diodos

Para comprobar el funcionamiento de cualquier puente de diodos solo necesitas de un multímetro que pueda medir «diodos» (en la actualidad prácticamente todos los multímetros digitales cuentan con esta opción). 

Pasos para medir un puente de diodos:

  1. Colocar tu tester en medición de continuidad/diodos.
  2. Retirar el puente de diodos del circuito o placa PCB donde esta colocado, así te aseguras de que la electrónica que rodea al puente rectificador modifique las lecturas que estas realizando.
  3. Identificar previamente los pines del puente rectificador, debes ubicar el ánodo y cátodo de los 4 diodos internos, utiliza la simbología del encapsulado.
  4. Polariza cada diodo de forma individual, el multímetro debe marcarte unos 500 a 700, esto indica la cantidad de milivoltios que requiere el diodo para funcionar, luego invierte las pinzas del multímetro y realiza la medición, si el diodo esta en buen estado no debe marcar ninguna lectura, recuerda que los diodos no funcionan si los polarizas inversamente.
  5. Repite el paso anterior en los 4 diodos.

En que casos el puente rectificador esta dañado:

  1. Si al menos uno de los diodos esta dañado, el puente estará inservible.
  2. Si alguno de los diodos no marca ninguna lectura cuando esta polarizado correctamente, indica que esta abierto, este diodo no sirve.
  3. Si alguno de los diodos marca lectura estando polarizado inversamente significa que este se encuentra en corto circuito, por ende este diodo esta dañado.
  4. Si realizando alguna medición el multímetro realiza un pitido (sonido) de continuidad es indicativo de que el diodo esta en cortocircuito, por tanto ese diodo esta dañado.

Conclusiones y recomendaciones:

Recuerda siempre conectar de forma correcta los puentes de diodos, si te encuentras diseñando algún proyecto siempre toma en cuenta el voltaje y amperios que soporte el puente que vas a elegir, yo particularmente recomiendo usar disipador metálico si la corriente supera los 1.5 Amper, aun mas si es un proyecto que estará encendido por muchas horas seguidas, la temperatura es uno de los mayores enemigos de la electrónica. Si tienes alguna duda no dudes en dejarnos un comentario acá abajo, hasta pronto.

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