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Hace 4 Semanas #1


Rectificador con filtro
Hola chicos, resulta que para un proyecto necesito montar un rectificador con filtro. Tengo lo siguiente:

Usé cuatro diodos 1N4004 y un capacitor de 1000uF

Mis dudas son:
1) ¿la señal rectificada está bien? según lo que he leído en internet, debería ser un poco más rizada no?
2) Alguien me podría explicar por favor por qué el capacitor "aplana" la señal, no me queda muy claro como funciona
3) Según mi profesor, el capacitor para el filtro debe ser "grande". Hay alguna forma de calcular el valor del capacitor que se necesita? O solo es suficiente con que sea grande?

Agradecería cualquier ayuda, he buscado por mi cuenta pero no me ha quedado muy claro del todo este tema.

Un saludo y gracias de antemano.
Hace 4 Semanas #2

Avatar de Goomba

Buenas, como bien dices, el condensador se encarga de aplanar la señal para hacerla lo mas plana posible. Esto se debe a que el condensador retiene una carga y la va liberando en los vacíos de tensión de la onda. Fíjate en la imagen que adjunto.
Aclaro: en el gráfico que adjunto está representada solo media onda, es solo para que captes la idea de como funciona el condensador.
Espero que te haya servido de algo, un saludo
Hace 4 Semanas #3

Avatar de Scooter

3 si y no.
Cuanto más grande es el condensador mejor es la señal de salida pero a cambio más armónicos generas en la entrada y más esfuerzo le pides a los diodos.

Enviado desde mi 5056D mediante Tapatalk
Hace 4 Semanas #4

Avatar de palurdo

Primero te contesto la 2, luego la 1, y luego la 3 con un ejemplo.

La 2. El condensador almacena energía. No funciona exactamente igual, pero el efecto es similar al que tiene una batería colocada en su lugar. Cuando el voltaje del puente de diodos es mayor que el del condensador, este admite una corriente hasta que iguala el voltaje del puente. Cuando llega al punto de voltaje máximo, entonces el condensador está cargado completamente, y el voltaje en el puente de diodos empieza a bajar. Como el voltaje en los anodos de los diodos el menor que el voltaje de los catodos que van conectados al condensador, los diodos no conducen, por lo que la única foma de que se descargue el condensador es a traves de la carga de salida, y eso nos lleva a contestar la pregunta 1.

La 1. La salida de tu gráfica esta bien porque a la salida no le has conectado nada. El voltaje en el condensador depende de la corriente con la cual se descarga. Si la corriente es 0, no hay caida de voltaje. Si la corriente de descarga es mayor que la de carga, el voltaje a la salida es menor del que deberia ser, por eso además de dimensionar adecuadamente el condensador, hay que dimensionar bien el puente de diodos y el transformador. Eso nos lleva a la pregunta 3.

La 3. Si tu profesor te dice que cuanto más grande el condensador mucho mejor, no cambies el condensador por uno mas grande, cambia el profesor por uno mas competente. En teoría un condensador mayor implica menor rizado, pero en la práctica un condensador arbitrariamente grande es arbitrariamente caro, algo que no gusta a la empresa que le estas diseñando el circuito, además de que su resistencia ESR es muy pequeña, tanto que cuando el condensador esta descargado al arrancar la fuente, el puente de diodos ve un cortocircuito. El puente puede aguantar así unos cuantos ciclos hasta que el condensador se va cargando (ver datasheet de un puente de diodos), pero si el condensador tarda mucho en cargarse,el puente se calienta demasiado y se quema mas bien temprano que tarde. Por lo tanto, el condensador debe ser calculado de un valor suficiente para que la fuente cumpla las especificaciones. Pongamos un ejemplo.

-Diseñamos una fuente de 12V capaz de entregar 2A, con un rizado máximo de 2Vpp, a una frecuencia de red de 50Hz. Se usan diodos ideales.

El voltaje minimo admisible es de 12-2=10V. Sabemos que como los diodos son ideales y el transformador ya nos entrega un voltaje de pico de 12V, el condensador se carga a 12V y llega un momento que descargándose a la máxima corriente, el voltaje sea de 10V cuando el condensador comience a cargarse de nuevo. Esto ocurre cuando el siguente semiciclo pase en ascenso por 10V. Hay un forma muy simple de calcular cuando ocurre esto en la onda senoidal. Simplemente es recorrerla hacia atrás para averiguar el tiempo que se ha de descontar de un periodo en caso de una rectificación de media onda, o de medio periodo en el caso de la completa. Una senoidal que en el instante 0 vale 12V es V(t)=12*cos(t*2*pi*f). Como sabemos que V(t) debe de ser 10, entonces nos queda que 10=12*cos(t*2*pi*f) -> cos(t*2*pi*f)=10/12 -> t*2*pi*f=arccos(10/12) y t=arccos(10/12)/(2*pi*f) y como f son 50hz, entonces t=arccos(10/12)/(2*pi*f)=1.86*10^(-3) s=1.86ms. Como la onda es simétrica, tanto 1.86ms antes como 1.86ms despues, la onda vale 10V, y como se repite cada semiperiodo, es decir, cada 1/(2*f)= 1/100=10ms, tenemos que el condensador debe de mantener, teniendo 12V de carga inicial, al menos unos 10V durante 10-1.86=8.14ms. El peor caso es que la salida siempre consuma la corriente máxima especificada por lo que suponemos que los 2A de descarga son constantes. Bajo esa condición, el voltaje del condensador es V(t)=12V-I*t/C. Como sabemos el tiempo, el voltaje final y la corriente máxima, sustituimos 10=12-2*8.14*10^(-3)/C), y de ahi despejamos la C=2*8.14*10^(-3)/(12-10)=8.14*10^(-3)F, es decir, 8140uF. Como ves, ya de por si es un valor bastante grande. Pongamos el valor comercial de 8200uf/16V. Vamos a ver que ESR tiene dicho condensador electrolítico.

Desde aqui puedes ver las hojas de datos de varios tipos de condensadores. Son tan generosos que en la misma tabla ya te calculan la corrieste maxima de descarga para el valor del condensador. ¿Que significa esto? Que si para una frecuencia dada, el valor de descarga especificado es mayor que el valor calculado para el condensaor de la tabla, hay que poner un condensador mayor. Nosotros tenemos una corriente mAxima de 2A. El condensador de 8200uF/16V aguanta un corriente de descarga de 3.6*0.85=3.06A, por lo que un condensador de ese tipo seria válido. Ahora bien, la resistencia interna de este condensador es de 0.016Ohm a 20°C, es de esperar quea mas temperatura la resistencia interna sea menor, pero vamos a suponer que siempre es la misma. Entonces en el momento se conecta la fuente, como el condensador tiene 0V, por el puente de diodos va a pasar instantáneamente unos 12/0.016= 750A. Esa barbaridad de corriente seria si tuvieras un transformador ideal. Entonces quien limita la corriente inicial es el transformador. La corriente transitoria que debe de permitir el puente de diodos seria como mínimo la que sea capaz de dar el transformador, pero lo ideal seria 750A transitorios.
Hace 4 Semanas #5

Avatar de ruben90

Me uno al hilo porque palurdo me puso a pensar. Recuerdo que leí sobre lo que mencionas. Pero el condensador se comporta como corto circuito cuando son frecuencias altas, del orden de los kHz si recuerdo bien. En éste caso aplicaría? La frecuencia es muy baja (100Hz-120Hz)?

Pero bueno, contestando a tus preguntas:
1. En teoría sí, pero en la práctica el rizado se hace más notorio mientras más corriente requieras.
2. Ya te la respondieron.
3. Sí y no, un capacitor grande (de 10,000uF para arriba) es caro, más aún si la tolerancia de tensión aumenta (de 400v, 1kv, etc).
Hace 4 Semanas #6

Avatar de palurdo

Cuando hablamos de transitorios, hablamos que al conectar el interruptor de encendido, de repente a la salida del transformador pasamos de 0 a 12V (en el peor caso, en el mejor caso son 0V porque pillamos inicio de ciclo rectificado) imagina un salto abrupto la corriente que implica en los diodos si el condensador se encuentra a 0V y hasta que se carga. Pueden ser apenas unos microsegundos, pero los diodos van a tener que dejar pasar el maximo del transformador en cortocircuito durante esos microsegundos.

Mira este hilo:

Transitorio Inicial Fuente de Poder Rectificada con Filtro de Capacitor
Hace 4 Semanas #7
Moderador general

Avatar de Fogonazo

Aquí se habla sobre el calculo del capacitor en función a la corriente y valor de rizado:

Algunas pautas de diseño de fuentes de alimentación para Audio
Hace 4 Semanas #8


Muchas gracias chicos, ahora me queda mucho más claro todo. Voy a revisar con más calma los calculos palurdo. Muchas gracias de nuevo.

Saludos!
Hace 4 Semanas #9

Avatar de palurdo

Neutrino dijo: Ver Mensaje
Muchas gracias chicos, ahora me queda mucho más claro todo. Voy a revisar con más calma los calculos palurdo. Muchas gracias de nuevo.

Saludos!
Como eres agradecido, te voy a dar otro ejemplo que creo que te va a gustar. Esta vez no voy a calcular un condensador para que se cumplan las especificaciones de diseño, esta vez tenemos un diseño y queremos saber el rizado en base a los componentes usados y el régimen de trabajo.

-Tenemos una fuente China de ordenador de sobremesa, del tipo ATX de 650W. Como es China, no tiene ni PFC ni filtrado de parásitos ni nada de eso, la entrada simplemente es un fusible, un puente rectificador compuesto por 4 diodos discretos de 3A, y un condensador de 470V/400V para filtrar la componente pulsante del voltaje rectificado. La fuente funciona en el mercado eléctrico europeo de 230Vac y 50Hz.

A) Suponiendo que los componentes están en buen estado y la fuente está funcionando a la máxima potencia, ¿Que rizado Vpp presenta la tensión DC de entrada en la fuente SMPS (tensión en el condensador)?

B) Suponemos que un diodo del puente fue soldado en tensión mecánica, y debido al calentamiento por el funcionamiento, su cuerpo se parte y el diodo queda en abierto. ¿Como habrá cambiado ahora el rizado? ¿Puede seguir funcionando así la fuente?

A: Como tenemos 230Vac, tenemos una tensión de pico de 230*1.4142..=325V que va a ser el máximo voltaje que va a ver el condensador. Despreciamos la caída de voltaje en los diodos por ser una fracción muy pequeña del total. La frecuencia es de 50Hz, y la de la onda rectificada es del doble, 100Hz, con un periodo de 0.01s. Supongamos que en tiempo 0, el voltaje es el máximo y el condensador se encuentra cargado completamente. El puente de diodos carga al condensador mientras el voltaje de la onda rectificada sea mayor que el voltaje almacenado en el condensador, y si no, el condensador sólo se puede descargar a través de la carga de salida que es el circuito de primario de la fuente ATX. Sabemos que la fuente está a plena carga, y como los chinos ponen en la etiqueta no la potencia que entrega la fuente sino la que consume cuando la salida es máxima (para esconder que sus fuentes no son de muy alto rendimiento), tenemos que sin tener en cuenta el rizado, la fuente va a consumir 650W/325V=2A de corriente en el circuito de primario. Ya tenemos la información que necesitamos.

Por una parte vamos a definir la onda de entrada al puente rectificador, que será, por las condiciones de inicio, un coseno, en concreto V(t)=Vp*cos(wt)=Vp*cos(2πf*t). Sustituyendo valores tenemos que V(t)=325*cos(2*π*50*t). Si solo usamos el puente rectificador sin contar con la contribución del condensador, V(t) siempre será positivo por lo que valdrá el valor absoluto de la señal original, es decir V(t)=325*|cos(2πf*t)|.

Por otro lado, supongamos que el condensador comienza estando cargado a 325V y se descarga a corriente constante de 2A durante el periodo de la señal rectificada, es decir, 0.01s, momento en el cual lo volvemos a cargar para que la descarga sea cíclica. La ecuación V(t) del condensador es una recta ya que la corriente de descarga la suponemos constante. Será V(t)=325-2*t/0.00047 , donde 0.00047 son los 470uF del condensador. El punto donde el condensador vuelve a cargarse es el punto donde la recta corta la onda rectificada en el siguiente ciclo. Averiguar dicho instante analíticamente es harto complicado ya que hay que resolver una ecuación donde la variable aparece tanto dentro del coseno como fuera. Pero se pueden graficar ambas funciones y ver donde se cortan y así se observa el rizado.



La función azul es la onda rectificada completa, la roja es la descarga independiente del condensador por cada ciclo, y la verde es la combinación de ambas que produce el puente de diodos. Como se puede ver, el punto mínimo cuando la corriente es de 2A, esta en unos 290V, por lo que el rizado Vpp es de 325-290=35V.

B) ahora el periodo por el que la descarga del condensador se va repitiendo es de 0.02s, ya que uno de los semiperiodo de la rectificación desaparece quedando una rectificación de media onda. La ecuación del condensador es la misma, pero la del puente incluye la condición de que para voltajes de entrada negativos, la salida es 0. La gráfica queda de esta manera:



Como se ve, ahora el voltaje llega a bajar hasta 250V. El rizado es de más de el doble, 75V. ¿Puede seguir funcionando así la fuente? Teniendo en cuenta que las especificaciones incluyen un mínimo de voltaje de entrada de 190Vac, que son un voltaje de pico de 268V, como 250V es menor que 268V, la fuente no va a funcionar bien por estar funcionando por debajo de sus requisitos.
Imágenes Adjuntas
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Hace 2 Semanas #10


Perdón por responder tan tarde, pero estaba en finales y andaba con muy poco tiempo.

Muchas gracias de verdad palurdo, ya me queda todo más claro. Ahora me queda una duda, que pasaría si en lugar de conectar el capacitor en paralelo con el puente lo conecto en serie? Seguiría rectificando la señal (lo comprobaría, pero ya no tengo acceso al equipo del laboratorio).

PD: Qué software usaste para graficar?

Saludos!
Hace 2 Semanas #11
Moderador general

Avatar de Fogonazo

Neutrino dijo: Ver Mensaje
Perdón por responder tan tarde, pero estaba en finales y andaba con muy poco tiempo.

Muchas gracias de verdad palurdo, ya me queda todo más claro. Ahora me queda una duda, que pasaría si en lugar de conectar el capacitor en paralelo con el puente lo conecto en serie? Seguiría rectificando la señal (lo comprobaría, pero ya no tengo acceso al equipo del laboratorio).

PD: Qué software usaste para graficar?

Saludos!
Tu consulta se puede interpretar de 2 formas, una es ¡ Una barbaridad ! publica un esquema de lo que estas pensando.
Hace 2 Semanas #12


Hola, me refiero a algo así, donde la resistencia representa la carga que quiero conectar al puente.

Saludos!
Imágenes Adjuntas
Tipo de Archivo: png serie.png (18,3 KB (Kilobytes), 12 visitas)
Hace 2 Semanas #13
Moderador general

Avatar de Fogonazo

Analiza:
¿ Que señal aparece a la salida del rectificador ?
¿ Como se comportará el capacitor con esa señal ?

La idea es que "El interesado" piense, y no darle todo servido, así que respuestas favor abstenerse.
Hace 2 Semanas #14

Avatar de palurdo

Bueno, sobre el "software", teniendo en cuenta que últimamente uso más el teléfono que el ordenador, busqué en Google graficas de función en versión online, y la segunda que probé me gustó porque tiene unas funciones extensas y potentes.

https://rechneronline.de/function-graphs/

Sobre la pregunta, y sin detallar todo tal y como dice Fogonazo, piensa en el primer circuito que pusiste, el que solo tenía el condensador pero al no tener carga, no se podía descargar y mantenía siempre el voltaje constante. Ahora imagina que en serie tiene una resistencia. Ahora se carga a través de la resistencia, pero ¿ahora con la resistencia si que se puede descargar? ¿o lo impiden los diodos como en el caso anterior? ¿Cual es la corriente que pasa por un condensador cargado? ¿Sera la misma que por la resistencia? ¿entonces que voltaje tiene el condensador? ¿y la resistencia?
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