Elettrotecnica - Raddrizzatore a ponte monofase

Raddrizzatore a ponte monofase

Il raddrizzatore a ponte, noto anche come ponte di Graetz, è un componente essenziale per la conversione della corrente alternata (AC) in corrente continua (DC) nell'elettronica di alimentazione.

Struttura e funzionamento del ponte di Graetz

Analizzando uno dei suoi simboli, figura 1, si evidenzia che il ponte raddrizzatore non è un singolo componente, ma ne rappresenta in realtà un aggregato. La sua struttura è costituita da quattro diodi interconnessi, motivo per cui è noto anche come ponte di diodi.

Il diodo è un bipolo polarizzato, che conduce corrente solo in una direzione. In polarizzazione diretta, ovvero con tensione positiva sull'anodo, il diodo conduce; in polarizzazione inversa, ovvero con tensione positiva sul catodo, agisce come un circuito aperto, interrompendo il flusso di corrente.

Tuttavia, nel ponte di Graetz l’alimentazione d’ingresso è una tensione alternata, ovvero una grandezza caratterizzata da un valore che oscilla ciclicamente tra un massimo positivo e un massimo negativo, invertendo il suo segno ad ogni semiperiodo.

Funzionamento del raddrizzatore

Sintetizzando quanto precedentemente esposto, procediamo a delineare il funzionamento del raddrizzatore a ponte. Infatti, se applichiamo una tensione alternata all'anodo del diodo, esso conduce solamente durante il semiperiodo in cui la tensione è positiva. Appena la tensione attraversa lo zero e si dirige verso il massimo negativo, il diodo cessa di condurre.

In questa configurazione, il diodo consente il passaggio solo delle semionde positive, impedendo il flusso delle negative. Questo comportamento illustra la capacità del diodo di agire come un interruttore controllato dalla polarità della tensione applicata, consentendo la conduzione solo in presenza di tensioni positive e bloccando quelle negative. Come si può vedere dalla figura 2.

Al contrario, se al diodo viene applicata una tensione alternata al suo catodo, si verifica il caso opposto; le semionde negative riescono ad attraversare il diodo, mentre quelle positive vengono bloccate. Come si può vedere dalla figura 3.

Progettazione e attenzione al PIV

Si deve poi prestare particolare attenzione in fase di progetto al picco di tensione inversa (PIV), ovvero la massima tensione inversa che deve sostenere il diodo prima di rompersi. Sarà compito del progettista dimensionare adeguatamente i diodi presenti nel ponte per evitare il breakdown.

L'alimentazione avviene tramite due conduttori, indipendentemente dalla natura della tensione. Nella tensione alternata, entrambi i conduttori presentano un segnale a...