Un pont redresseur de diodes est un circuit qui transforme le courant alternatif en courant continu à l’aide de quatre diodes disposées dans un pont. Il fonctionne pendant les cycles positifs et négatifs, ce qui le rend plus efficace que les types demi-vagues. Cet article explique en détail ses fonctions, ses tensions de sortie, sa sélection, son efficacité, son utilisation du transformateur, son contrôle d’ondulation et ses applications.
CC4. Sélection et valeurs nominales du pont de diodes
Pont de diodes redresseur
Un redresseur à pont de diodes est un circuit qui transforme le courant alternatif (CA) en courant continu (CC). Il utilise quatre diodes disposées dans une forme spéciale appelée pont. Le but de cette configuration est de s’assurer que le courant électrique se déplace toujours dans une direction à travers la charge.
En courant alternatif, le courant change de direction plusieurs fois par seconde. Un pont redresseur fonctionne à la fois pendant les parties positives et négatives de ce cycle. Cela le rend plus efficace qu’un redresseur demi-onde, qui ne fonctionne que pendant la moitié du cycle. Le résultat est un flux constant de courant continu que les appareils électroniques peuvent utiliser.
Fonction principale du redresseur de pont de diodes
Pendant le demi-cycle positif de l’entrée CA, deux des diodes conduisent et permettent au courant de circuler à travers la charge. Lorsque l’entrée passe au demi-cycle négatif, les deux autres diodes s’allument et guident le courant dans la même direction à travers la charge. Cette conduction alternative garantit que la charge reçoit toujours un courant circulant dans une seule direction, ce qui entraîne une sortie CC pulsée. Lorsqu’un condensateur ou un filtre est ajouté au circuit, le courant continu pulsé est lissé, produisant une tension continue plus stable et continue.
Tensions de sortie du pont de diodes
Sortie CC moyenne
Tension de sortie CC moyenne, représentée par la formule
est la tension moyenne mesurée aux bornes de la charge après rectification. Il représente le niveau CC effectif de la sortie pulsée et aide à décrire la quantité de courant continu utilisable que le circuit produit à partir d’une entrée alternative.
Valeur RMS
La tension RMS (Root Mean Square) est calculée à l’aide de la formule
RMS est une méthode permettant de déterminer la tension stable équivalente qui fournit la même puissance que la forme d’onde CA. Il fournit une compréhension plus réaliste de l’effet de chauffage ou de la capacité de puissance du signal rectifié, car il reflète la quantité d’énergie que le signal peut fournir à une charge au fil du temps.
CC efficace avec gouttes de diode
Dans les circuits pratiques, les vraies diodes ne sont pas parfaites et introduisent des chutes de tension. La sortie DC effective compte tenu de ces baisses peut être exprimée comme suit :
Chaque chemin conducteur dans le pont implique deux diodes, et les deux contribuent à une chute de tension qui réduit la sortie CC réelle.
• Pour les diodes au silicium, Vf ≈ 0,7 V
• Pour les diodes Schottky, Vf ≈ 0,3 V
Cela réduit la sortie CC réelle par rapport au cas idéal.
Sélection et valeurs nominales du pont de diodes
Facteurs de sélection des diodes
• Courant nominal direct (If) : Le courant nominal continu de la diode doit dépasser le courant de charge CC maximal. Choisissez toujours avec une marge de sécurité de 25 à 50 %.
• Courant de surtension nominal (Ifsm) : Au démarrage, en particulier lors de la charge de gros condensateurs de filtration, la diode fait face à des surtensions d’appel plusieurs fois supérieures au courant permanent. Un indice Ifsm élevé garantit que la diode ne tombera pas en panne sous ces impulsions.
• Tension inverse de crête (PIV) : chaque diode doit résister au pic AC maximal lorsqu’elle est polarisée en sens inverse. En règle générale, il faut sélectionner PIV au moins 2 à 3 fois la tension alternative d’entrée RMS.
• Chute de tension directe (Vf) : Une Vf plus basse signifie moins de perte de puissance et de chauffage. Les diodes Schottky ont des valeurs Vf très faibles, mais des limites de PIV généralement inférieures, tandis que les diodes au silicium sont standard pour les applications à haute tension.
Diodes couramment utilisées pour les ponts redresseurs
| Diode / Module | Cote actuelle | Tension de crête |
|---|---|---|
| N° 1N4007 | 1 A | 1000 V |
| Réf. 1N5408 | 3 A | 1000 V |
| KBPC3510 | 35 A | 1000 V |
| Schottky (1N5819) | 1 A | 40 V |
Efficacité du pont de diodes et gestion thermique
Sources des pertes
Dans un pont pleine onde, le courant circule à travers deux diodes à la fois. Chaque chute est généralement de 0,6 à 0,7 V pour les diodes au silicium ou de 0,2 à 0,4 V pour les types Schottky. La puissance totale perdue sous forme de chaleur peut être calculée :
Si la chaleur n’est pas gérée, la température de la jonction augmente, ce qui accélère l’usure des diodes et peut entraîner une défaillance catastrophique.
Stratégies de gestion thermique
• Utilisez des dispositifs à faible valeur nominale : les diodes Schottky réduisent considérablement la perte de conduction. Les diodes à récupération rapide sont meilleures pour les redresseurs à haute fréquence.
• Méthodes de dissipation thermique : Fixez des diodes ou des modules de pont aux dissipateurs thermiques. Choisissez des redresseurs à pont métallique avec des chemins thermiques intégrés. Fournir une coulée adéquate de cuivre PCB autour des pastilles de diode.
• Refroidissement au niveau du système : conception pour la circulation de l’air et la ventilation dans les boîtiers. Surveillez la température de fonctionnement par rapport aux courbes de déclassement.
Utilisation du pont de diodes et du transformateur
Utilisation complète de l’enroulement
Dans un redresseur à prise centrale, seule la moitié de l’enroulement secondaire conduit pendant chaque demi-cycle, laissant l’autre moitié inutilisée. En revanche, un pont de diodes utilise l’intégralité de l’enroulement secondaire pendant les deux demi-cycles, ce qui garantit une utilisation complète du transformateur et une efficacité accrue.
Pas besoin de taraudage central
L’un des principaux avantages du pont redresseur est qu’il ne nécessite pas de transformateur à prise centrale. Cela simplifie la construction des transformateurs. Réduit l’utilisation et le coût du cuivre. Rend le redresseur plus adapté aux alimentations compactes.
Facteur d’utilisation du transformateur (TUF)
Le facteur d’utilisation du transformateur (TUF) mesure l’efficacité de l’utilisation nominale du transformateur :
| Type redresseur | Valeur TUF |
|---|---|
| Robinet central Pleine onde | 0,693 |
| Pont redresseur | 0,812 |
Ondulation et lissage du pont de diodes
Nature de Ripple
Lorsque le courant alternatif passe à travers un pont redresseur, les moitiés positives et négatives sont rectifiées, ce qui donne une sortie continue. La tension augmente et descend toujours à chaque demi-cycle, produisant une ondulation plutôt qu’une ligne CC parfaitement plate. La fréquence d’ondulation est le double de la fréquence d’entrée AC :
• Secteur 50 Hz → ondulation 100 Hz
• Alimentation secteur 60 Hz → ondulation 120 Hz
Comparaison des facteurs d’ondulation
| Type redresseur | Facteur d’ondulation (γ) |
|---|---|
| Redresseur demi-onde | 1.21 |
| Robinet central Pleine onde | 0,482 |
| Pont redresseur | 0,482 |
Lissage avec des filtres
| Type de filtre | Descriptif | Fonction |
|---|---|---|
| Filtre à condensateur | Un grand condensateur électrolytique est connecté à travers la charge. | Charge pendant les pics de tension et décharge pendant les creux, lissant la forme d’onde rectifiée. |
| Filtres RC ou LC | Le filtre RC utilise une résistance-condensateur ; Le filtre LC utilise une inductance-condensateur. | RC ajoute un lissage simple ; LC gère efficacement les courants plus élevés avec une meilleure réduction de l’ondulation. |
| Régulateurs | Peut être linéaire ou de type à commutation. | Fournit une sortie CC stable, maintenant une tension constante quelles que soient les variations de charge. |
Variantes et applications du pont de diodes
| Type | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|
| Pont de diodes standard | Conception simple, peu coûteuse et largement utilisée. | Perte de tension directe plus élevée (\~1,4 V au total avec des diodes au silicium). |
| Pont Schottky | Très faible chute de tension directe (\~0,3–0,5 V par diode), vitesse de commutation rapide. | Tension inverse nominale inférieure (≤ 100 V). |
| Pont synchrone (basé sur MOSFET) | Rendement ultra-élevé avec des pertes de conduction minimales, adapté aux conceptions à courant élevé. | Des circuits de commande plus complexes sont nécessaires et le coût des composants plus élevé. |
| SCR/Pont contrôlé | Permet le contrôle de l’angle de phase de la tension de sortie et prend en charge une grande puissance gérée. | Nécessite un circuit de déclenchement externe et peut introduire une distorsion harmonique. |
Problèmes de pont de diodes, tests et dépannage
Pièges courants
• Mauvaise orientation de la diode - provoque l’absence de sortie ou même un court-circuit direct vers le transformateur.
• Filtre de condensateur sous-dimensionné - entraîne une ondulation élevée et une sortie CC instable.
• Diodes surchauffées - se produisent lorsque le courant nominal ou la dissipation thermique est insuffisant.
• Mauvaise disposition du circuit imprimé - de longues pistes et une zone de cuivre inadéquate augmentent la résistance et l’échauffement.
Outils de dépannage
• Multimètre (mode de test de diode) : mesure la chute vers l’avant (~0,6 à 0,7 V pour le silicium, ~0,3 V pour Schottky) et confirme le blocage en sens inverse.
• Oscilloscope : visualise le contenu d’ondulation, la tension de crête et la distorsion de la forme d’onde à la charge.
• Thermomètre IR ou caméra thermique : détecte l’échauffement excessif des diodes, des condensateurs ou des traces sous charge.
• Compteur LCR : mesure la valeur du condensateur de filtre pour vérifier la dégradation au fil du temps.
Applications du pont de diodes
Alimentations électriques
Utilisé dans les alimentations AC-DC pour les radios, les téléviseurs, les amplificateurs et les appareils avec condensateurs de filtrage et régulateurs.
Chargeurs de batterie
Appliqué dans les chargeurs de voiture, les onduleurs, les onduleurs et les lumières d’urgence pour fournir un courant continu contrôlé pour les batteries.
Pilotes de LED
Convertissez le courant alternatif en courant continu pour les ampoules LED, les panneaux et les lampadaires, en réduisant le scintillement grâce aux condensateurs et aux pilotes.
Contrôle du moteur
Fournir du courant continu pour les ventilateurs, les petits moteurs, le CVC et les contrôleurs industriels pour assurer un fonctionnement en douceur.
En conclusion
Le redresseur en pont de diodes est un moyen fiable de convertir le courant alternatif en courant continu. En utilisant le cycle AC complet et en évitant d’avoir besoin d’une prise centrale, il fournit une alimentation CC stable. Avec un choix de diodes approprié, un contrôle de la chaleur et un filtrage, il garantit des performances efficaces dans les alimentations, les chargeurs, les systèmes d’éclairage et le contrôle des moteurs.
Foire aux questions [FAQ]
Quelle est la différence entre les ponts redresseurs monophasés et triphasés ?
Le monophasé utilise 4 diodes pour une entrée CA ; triphasé utilise 6 diodes avec trois entrées, ce qui donne un courant continu plus doux et moins d’ondulation.
Un pont redresseur peut-il fonctionner sans transformateur ?
Oui, mais c’est dangereux car la sortie DC n’est pas isolée du secteur.
Que se passe-t-il si une diode d’un pont redresseur tombe en panne ?
Une diode court-circuitée peut faire sauter les fusibles ou endommager le transformateur ; Une diode ouverte fait agir le circuit comme un redresseur à demi-onde avec une onde élevée.
Quelle est la fréquence maximale qu’un pont de diodes peut gérer ?
Les diodes standard fonctionnent jusqu’à quelques kHz ; Les diodes Schottky ou à récupération rapide gèrent des dizaines à des centaines de kHz.
Les ponts redresseurs peuvent-ils être connectés en parallèle pour plus de courant ?
Oui, mais ils ont besoin de méthodes d’équilibrage comme les résistances en série ; Sinon, le courant peut circuler de manière inégale et surchauffer les diodes.