Raddrizzatore a Onda Piena: Topologie a Ponte e con Centralino, Forme d'Onda e Applicazioni
Un raddrizzatore a onda piena converte entrambe le semionde alternata in DC pulsante, raddoppiando la frequenza di uscita e dimezzando l'ondulazione rispetto al mezzo onda. Questo articolo copre le due topologie classiche, le caratteristiche di uscita, la progettazione del filtro e le soluzioni moderne.
Topologia 1: Raddrizzatore a Ponte (La più comune)
AC~ ──┬──►│──┬──► DC+ │ │ ▼ ▼ │ │ AC~ ──┴──►│──┴──► DC−
- 4 diodi a ponte.
- Nessun trasformatore con centralino necessario.
- PIV per diodo = Vpicco = √2 VRMS.
- Due cadute di diodo in serie (1,4 V Si) → VDC leggermente inferiore.
Topologia 2: Raddrizzatore con Centralino
CT │ ►│─┤ │ ►│─┤ │ AC~ ──► DC+
- 2 diodi + secondario con centralino.
- PIV per diodo = 2 × Vpicco (maggiore stress di tensione).
- Solo una caduta di diodo → perdita 0,7 V.
- Utilizzo del trasformatore inferiore (ogni metà usato 50 %); trasformatore più pesante per la stessa VA.
Forma d'Onda di Uscita e Formule Chiave
| Parametro | Ponte / Centralino |
|---|---|
| VDC (nessun carico, nessun filtro) | 2√2/π × VRMS ≈ 0,9 × VRMS |
| VDC (con filtro C, carico leggero) | ≈ √2 × VRMS − 2VF (ponte) |
| Frequenza dell'ondulazione | 2 × flinea (100 Hz / 120 Hz) |
| Tensione di ondulazione (filtro C) | ΔV ≈ ICARICO / (2fC) |
| Corrente media del diodo | ICARICO / 2 (ogni diodo conduce semionde) |
| Corrente RMS del diodo | ICARICO / √2 (con C grande) |
Selezione del Condensatore Filtro
C ≥ ICARICO / (2f × ΔVmax) Esempio: 1 A, 120 Hz, ΔV = 1 V → C ≥ 1 / (240 × 1) = 4.167 µF → usare 4.700 µF / 25 V
Alternative Moderne
- Raddrizzamento Sincrono: MOSFET sostituiscono i diodi → Vcaduta = I × RDS(on) (livello mV). Standard in alimentatori PC, server, adattatori USB-PD.
- PFC Attivo + LLC: PFC totem-pole senza ponte → bus 400 V DC → risonante LLC → DC isolato. Nessun ponte a frequenza di rete.
- Moduli Ponte Integrati: serie GBU, KBU, DF — 4 diodi in un unico package, 2–50 A, con foro di montaggio.
Applicazioni
- Alimentatori lineari (pre-regolatore per LDO).
- Caricabatterie (acido, Li-ion con controllore CC/CV).
- Raddrizzamento bus azionamento motore (ponte trifase → 6 diodi).
- Rilevamento di segnale (raddrizzatore di precisione con op-amp per strumentazione).
Il raddrizzatore a ponte rimane il cavallo di battaglia per l'alimentazione off-line < 1 kW. Al di sopra, le topologie attive dominano per efficienza e fattore di potenza.