Circuitos Retificadores: De Meia-Onda a Projetos Polifásicos de Onda Completa

O que é Retificação?

Retificação é a conversão de corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC) usando dispositivos que permitem corrente fluir em apenas uma direção. O diodo semicondutor é o elemento mais comum que executa essa função em fontes de alimentação modernas.

Retificação de Meia-Onda

Em um retificador de meia-onda apenas metade de cada ciclo CA alcança a carga, produzindo um sinal CC pulsante com conteúdo harmônico significativo. Esta topologia simples é útil para aplicações de baixa potência ou ilustrativas, como um dimmer de lâmpada de duas posições que entrega potência CA total na configuração "cheia" e potência retificada de meia-onda na configuração "dim" (veja figura).

Durante a posição "dim", o filamento incandescente recebe aproximadamente metade da potência que receberia sob CA total. Como a constante de tempo térmica do filamento é grande, os pulsos rápidos de potência não causam cintilação visível; em vez disso, o filamento opera em uma temperatura de estado estacionário mais baixa, produzindo saída de luz reduzida.

Retificadores de Onda Completa

Retificadores de onda completa capturam ambas as metades do ciclo CA, entregando uma forma de onda CC mais suave. Duas configurações comuns são os designs de derivação central e ponte.

Design de Derivação Central

Usando um transformador com secundário com derivação central e dois diodos, cada metade do secundário aciona a carga durante meios-ciclos alternados (veja figura). Esta topologia requer um transformador dedicado com derivação central, que pode ser caro para aplicações de alta potência.

Durante o meio-ciclo positivo, o diodo superior conduz e o inferior bloqueia; durante o meio-ciclo negativo, os papéis se invertem. Em ambos os casos a carga vê uma forma de onda de polaridade positiva.

Design de Ponte

O retificador de ponte de quatro diodos elimina a necessidade de transformador com derivação central. Corrente flui através de dois diodos em série para cada polaridade, resultando em queda de 1,4 V para diodos de silício — uma desvantagem em tensões de saída muito baixas.

Direções de corrente dos diodos para as metades positiva e negativa da entrada são mostradas abaixo.

Para melhor memorização, um layout alternativo mostra todos os diodos em orientação horizontal, todos apontando na mesma direção.

Retificadores de Ponte de Onda Completa Polifásicos

Expandindo o conceito de ponte para fontes polifásicas produz saída CC mais suave porque pulsos defasados se sobrepõem. Uma ponte trifásica produz seis pulsos por ciclo CA; uma ponte de seis fases produz doze pulsos, reduzindo significativamente a tensão de ripple.

Tensão de Ripple

Todos retificadores produzem algum componente CA — chamado tensão de ripple — sobreposto na saída CC. Em aplicações de alta potência ou precisão, redes de filtragem são empregadas para suprimir esse ripple.

Convenções de Pulso

Retificadores são frequentemente descritos pelo número de pulsos CC que geram por rotação elétrica: 1-pulso (meia-onda), 2-pulso (onda completa), 6-pulso (trifásico onda completa), e assim por diante. A notação padrão 1Ph1W1P, 1Ph1W2P, 1Ph2W2P, 3Ph2W6P, etc., captura sucintamente fase, direção de corrente e contagem de pulsos.

Além de Seis Pulsos: Configurações de 12 Pulsos

Empregando transformadores com defasagens de 30° (conexões Y-Δ ou Δ-Y), dois retificadores de ponte trifásicos podem ser paralelos para produzir 12 pulsos por ciclo, reduzindo ainda mais ripple. Esta técnica é comum em fontes de alimentação industriais de grande escala.

Principais Conclusões

• Retificação converte CA em CC usando dispositivos que permitem fluxo de corrente unidirecional.
• Retificadores de meia-onda são simples mas produzem CC altamente pulsante.
• Retificadores de onda completa — derivação central ou ponte — entregam CC mais suave e são adequados para a maioria das fontes de alimentação.
• Retificação polifásica produz CC ainda mais suave com menor ripple, vantajoso para aplicações de alta potência e baixo ruído.

Planilhas Relacionadas

• Planilha de Diodos Retificadores