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Retificação – Como funciona (ART3972)

Este artigo é uma parte de nosso Curso de Eletrônica – Eletrônica Básica e Curso de Eletrônica – Eletrônica de Potência onde o leitor pode encontrar informações adicionais sobre o funcionamento dos diodos e dos circuitos retificadores. No ART3971 também temos uma explicação sobre o funcionamento dos diodos semicondutores.

ART1020S

Retificação

Os diodos de maior capacidade de corrente e maior tensão são basicamente usados em retificação nas aplicações de potência.

No nosso Curso Básico explicamos como funcionam os circuitos retificadores, no entanto vamos revisar os conceitos, pois precisamos ir além, pois nas aplicações de potência, é comum que eles sejam usados em circuitos trifásicos.

Revisando os conceitos basicos, sabemos que na retificação as três formas de se usar os diodos são:

 

 

a) Retificador de meia onda

Neste circuito, nos semiciclos positivos da tensão alternada no secundário do transformador, o diodo é polarizado no sentido direto, de modo a apresentar baixa resistência e deixar a corrente passar. No entanto, nos semiciclos negativos, o diodo é polarizado no sentido inverso e nenhuma corrente pode passar, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – Conduzindo apenas os semiciclos positivos
Figura 1 – Conduzindo apenas os semiciclos positivos

 

 

Veja então que, somente passa corrente nos semiciclos positivos ou corrente num único sentido. Esta corrente, se bem que circule num sentido único, não é uma corrente contínua pura.

Ela é formada por “pulsos” que aparecem somente nos instantes em que o diodo está polarizado no sentido direto. Dizemos que se trata de uma “corrente contínua pulsante”.

Se invertermos o diodo, conforme o leitor poderá ver na figura 2, teremos a passagem de corrente somente nos semiciclos negativos e ainda uma corrente pulsante, mas de sentido ou polaridade invertida.

 

Figura 2 – Deixando passar os semiciclos negativos
Figura 2 – Deixando passar os semiciclos negativos

 

 

Como apenas metade dos semiciclos da corrente alternada é conduzida neste processo, dizemos que se trata de um processo de retificação de “meia onda”.

 

b) Retificador de onda completa

Uma forma de se obter eficiência maior na retificação ou “transformação de corrente alternada em contínua”, é com o aproveitamento dos dois semiciclos.

Isso é possível se utilizarmos um transformador com uma tomada central e dois diodos, ligado conforme o leitor poderá ver na figura 3.

 

 

Figura 3 – Usando dois diodos
Figura 3 – Usando dois diodos

 

 

Quando o terminal A do transformador está positivo em relação ao CT, nos semiciclos positivos, o terminal B, ao mesmo tempo está negativo em relação ao CT.

 

Desta forma, enquanto nos semiciclos positivos de entrada, o diodo D1 é polarizado no sentido direto, o diodo D2 estará polarizado no sentido inverso. Conduz então o diodo D1, conforme podemos ver na figura 4.

 

Figura 4 – Condução nos semiciclos positivos
Figura 4 – Condução nos semiciclos positivos

 

 

No semiciclo negativo da tensão de entrada, as coisas se invertem. Enquanto A estará negativo em relação a CT, B estará positivo, de modo que D1 estará polarizado inversamente e D2 diretamente. Conduz D2, conforme mostra a figura 5, e a carga recebe sua alimentação.

 

Figura 5 – Condução nos semiciclos negativos
Figura 5 – Condução nos semiciclos negativos

 

 

Em outras palavras, neste processo de retificação a onda toda é aproveitada, sendo por isso denominado de “retificação de onda completa”.

Veja que o transformador permite que o semiciclo negativo seja “invertido” para também ser aproveitado.

É claro que este processo de retificação apresenta uma eficiência que é o dobro do anterior, tendo por isso muitas vantagens de utilização.

Observe que ainda temos uma corrente contínua pulsante na carga, se bem que ela tenha variações “menores” que no caso anterior.

 

c) Retificador em ponte

Uma maneira de se obter uma retificação de onda completa com o uso de um transformador comum, ou seja, com secundário simples, sem tomada central é possível com o uso de 4 diodos, ou seja, de uma ponte de diodos, conforme mostrado na figura 6.

 

Figura 6 – Usando uma ponte de diodos (Ponte de Graetz)
Figura 6 – Usando uma ponte de diodos (Ponte de Graetz)

 

 

Vejamos como funciona este sistema denominado “retificação em ponte”: Nos semiciclos positivos, o terminal A do transformador está positivo em relação ao terminal B.

Desta forma os diodos D2 e D3 estão polarizados no sentido direto, conduzindo a corrente poderá ser visto na figura 7.

 

Figura 7 – A condução da ponte nos semiciclos positivos
Figura 7 – A condução da ponte nos semiciclos positivos

 

 

Nos semiciclos negativos, ficam polarizados no sentido direto os diodos D1 e D4 que então conduzem a corrente conforme mostra a figura 8.

 

Figura 8 – Corrente nos semiciclos negativos
Figura 8 – Corrente nos semiciclos negativos

 

 

É importante notar que neste sistema, a corrente em cada semiciclo passa por dois diodos, em lugar de um só, como nos outros. Isso significa que temos uma queda de tensão maior no sistema de retificação.

Assim, enquanto no sistema de onda completa “perdemos” apenas 0,6 V no diodo de silício, neste sistema “perdemos” 1,2 V. É claro que as vantagens deste sistema podem ser compensadas simplesmente com a utilização de um transformador que tenha uma tensão de secundário um pouco maior.

 

Ponte de Gratez

Podem ser obtidos componentes que contém os 4 diodos ligados na forma de onda, facilitando seu uso em fontes, como o da figura abaixo.

 

Ponte de Diodos (Graetz)
Ponte de Diodos (Graetz)

 

No entanto, nas aplicações de potência, é mais comum o uso de fontes de energia elétrica trifásica. Isso ocorre principalmente na indústria.

Para a retificação trifásica podemos usar os diodos na configuração mostrada na figura 9.

 

Figura 9 – Retificador trifásico de onda completa
Figura 9 – Retificador trifásico de onda completa

 

Neste circuito são usados seis diodos numa configuração em que em cada instante dois diodos conduzem.

Na figura 10 temos a corrente pulsante obtida no circuito retificador. Veja que, usando um sistema trifásico o ripple é menor do que o que encontramos num sistema retificador de meia onda ou onda completa em duas fases.

 

Figura 10 – Corrente de entrada e ripple do retificador trifásico
Figura 10 – Corrente de entrada e ripple do retificador trifásico

 

Uma configuração interessante consiste num sistema retificador para 6 fases, mostrado na figura 11.

 

Figura 11 – Retificador de seis fases
Figura 11 – Retificador de seis fases

 

Estas configurações também podem ser encontradas em automóveis, para retificação da corrente obtida dos alternadores.

 

Diodos em Paralelo

É comum que se pense que a simples ligação de diodos em paralelo aumenta a capacidade de um sistema retificador sem problemas.

No entanto, este problema de se obter maior capacidade de corrente não se resolve de maneira tão simples.

Os diodos, mesmo do mesmo tipo, não têm exatamente as mesmas características. Pequenas diferenças existem de um para outro e isso significa que se ligarmos diodos em paralelo, a corrente não se divide por igual entre eles.

Devido a pequenas diferenças na tensão direta (Vf) um dos diodos conduz antes ou mais que o outro e o resultado disso é uma diferença entre as correntes que passam por estes componentes.

Assim, conforme mostra a figura12, se quisermos usar dois diodos de 1 A para retificar uma corrente de 2 A, ligando-os em paralelo, a corrente será diferente e um deles queimará (D1) por estar sobrecarregado.

 

Figura 12 – A corrente não se divide igualmente entre os diodos
Figura 12 – A corrente não se divide igualmente entre os diodos

 

Para evitar este problema o que se faz é ligar em série com cada diodo um resistor de baixo valor (tanto menor quanto for a intensidade da corrente), de modo a distribuir melhor a corrente.

Os diodos, conforme mostra a figura 13 podem ter tipicamente valores entre 0,1 e 1 ohm, para correntes na faixa de 1 a 5 A.

 

Figura 13 – Distribuindo melhor a corrente entre diodos
Figura 13 – Distribuindo melhor a corrente entre diodos

 

Veja que este procedimento também é adotado quando ligamos em paralelo transistores em reguladores de tensão.

 

Diodos em série

Podemos ligar diodos em série com a fialidade de conseguir uma tensão inversa maior. Por exemplo, teoricamente dois diodos de 200 V, podem suportar uma tensão inversa de 400 V.

Na prática isso não ocorre, porque a corrente inversa de fuga dos diodos é diferente, e isso faz com que na polarização inversa, as tensões se dividam de forma desigual.

Assim, aplicando 500 V em dois diodos em série, pode ocorrer que, mesmo sendo iguais na especificação (1N5404, por exemplo), a tensão inversa se divida de modo que um fique com 240 V e outro com 260 V e isso pode causar sobrecarga de um deles.

Podemos evitar este problema, ligando em paralelo com os diodos resistores de valor apropriado que ajudem a igualar a tensão divida. Resistores de 10k a 22k podem ser usados nesta aplicação, conforme mostra a figura 14.

 

   Figura 14 – Usando resistores para distribuir a tensão em diodos em série
Figura 14 – Usando resistores para distribuir a tensão em diodos em série

 

 

Surtos de Corrente

Em fontes de alimentação em que após o diodo retificador encontramos um capacitor de valor muito alto, ocorre um problema que precisa ser evitado, principalmente quando a corrente envolvida é intensa.

Ao ligar a fonte, o capacitor descarregado se comporta como um curto-circuito o que significa que uma corrente muito intensa pode circular.

Se essa corrente superar o valor da corrente máxima de surto (Ifsm), o diodo pode queimar.

Se bem que os valores envolvidos sejam altos, pois para o 1N5404 de 3 A, o Ifsm é de 200 A, no momento em que a tensão se estabelece no circuito, se o transformador tiver uma capacidade muito grande de corrente, problemas podem ocorrer.

Uma maneira de se evitar este problema é ligar em série com o diodo um resistor de baixo valor, calculado para limitar a corrente em caso de curto, a um valor inferior ao Ifsm, conforme mostra a figura 15.

 

Figura 15 – Diodo para proteger contra surtos
Figura 15 – Diodo para proteger contra surtos

 

O resistor deve ser de fio de capacidade de dissipação compatível com a corrente, lembrando que a corrente mais intensa apenas ocorre por um instante e ele deve ser calculado para que em curto o diodo e o capacitor, o surto seja menor que o Ifsm especificado para o componente.

 

 

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