# Dimensionamento del gruppo rettificatori
## Il gruppo rettificatori

Proseguiamo l'esame dei blocchi funzionali dell’alimentatore con un esempio di calcolo del gruppo rettificatori di potenza.

### Specificazioni relative al gruppo rettificatori

I questo esempio si impiega il rettificatore a ponte che favorisce la costruzione del trasformatore con secondari privi della presa intermedia; ciò implica l’utilizzo di quattro diodi di potenza del ponte collegati al trasformatore secondo lo schema di figura 1:
Si tenga presente che in commercio si trovano numerosi componenti che racchiudono in un unico contenitore il ponte di diodi già formato, questi possono sostituire vantaggiosamente i quattro diodi singoli; uno di questi componenti è mostrato, ultimo in basso, in figura 2:

### Esempio di calcolo del gruppo rettificatori

Un esercizio per la selezione dei diodi mostrerà tutte le problematiche relative a questo componente:
Dati di base
Si debba costruire un ponte di rettificazione a diodi per un alimentatore il cui carico richiede $50\ Vcc\ e\ 0.5\ A$; il ponte deve lavorare ad una temperatura ambiente di $50$°.
Si valuti la caduta di tensione sui diodi per tenerne di conto nella fase di progetto del trasformatore.
Valutazione della corrente di picco massima
Supponiamo che, a seguito di valutazioni sulle caratteristiche del trasformatore e del carico ( questa procedura sarà vista nel contesto del calcolo del trasformatore), la corrente di picco massima che scorre nei diodi risulti $1.2$ volte la corrente richiesta dal carico, cioè:
$Ip=1.2\cdot 0.5\ A=0.6\ A$
I diodi che andremo a selezionare dovranno avere una corrente $If$ superiore ad $Ip.$
Valutazione della tensione inversa massima
Supponiamo che la tensione di picco massima applicata ai diodi sia superiore del $20\%$ della tensione richiesta dal carico, cioè:
$Vp=1.2\cdot 50\ Vcc=60\ Vp$
I diodi che andremo a selezionare dovranno avere una tensione inversa $Vr$ superiore a $60\ V$.
Selezione del tipo dei diodi
Sulla base della corrente $Ip=0.6\ A$ e della tensione $Vp=60\ V$ si può scegliere il tipo di diodo necessario per la formazione del rettificatore a ponte:
sulla base dei dati esposti si sceglie a catalogo il diodo 1N4002, in contenitore plastico e terminali a saldare, che presenta le seguenti caratteristiche:
$If=1\ A>Ip$
$Vr=100\ V>Vp$
Calcolo della caduta di tensione ai capi dei diodi
La valutazione della caduta di tensione è richiesta dai dati di base per il successivo calcolo del trasformatore.
Il diodo 1N4002 presenta, a catalogo, una $Vf$ tipica di $0.9\ V\ a\ 0.6\ A,$ ne consegue che nel progetto del trasformatore dovrà tenersi conto di una caduta di tensione $\Delta v$ che si perde ai capi dei due diodi:
$\Delta v=2\cdot 0.9\ V=1.8\ V$
di due diodi, dei quattro, durante il loro semiperiodo di conduzione.
Considerazioni relative alla temperatura
La dissipazione $Wd$ di un diodo durante le fasi di conduzione si può assimilare, per semplicità e per sicurezza, pari al prodotto della $Vf$ per la corrente di picco $If,$ valutata per la metà del tempo, dato che i diodi conducono a turno per i relativi semiperiodi, nel nostro caso quindi possiamo scrivere:
$Wd=Vf\cdot If/2$
dalla quale
$Wd=0.9\ V\cdot 0.6\ A/2=0.27\ W$
La massima potenza elettrica che un diodo con terminali a filo può dissipare è data dalla relazione:
$P=(Tj{-}Ta)/(qjLa+qjLk+qjHS)$
dove
$qjLa=$ resistenza termica tra anodo e terminale in °$C/W$
$qjLk=$ resistenza termica tra catodo e terminale in °$C/W$
$qjHS=$ resistenza termica terminali e punti di fissaggio –saldature- in °$C/W$
$Tj=$ temperatura massima della giunzione in °$C$
$Ta=$ temperatura ambiente
Caratteristiche del diodo 1N4002
Il catalogo del diodo selezionato indica le seguenti caratteristiche termiche:
$qjLa=100^{\circ }C/W$
$qjLk=100^{\circ }C/W$
$qjHS=35^{\circ }C/W$ per terminali della lunghezza di circa $12$ mm saldati su C.S.
$Tj=175^{\circ }$
Con i dati del costruttore e con l’indicazione della temperatura ambiente $(Ta),$ fornita nei dati di base, possiamo verificare, con la formula sopra riportata, se il diodo è in grado di dissipare la potenza $Wd$ calcolata:
$P=(Tj{-}Ta)/(qjLa+qjLk+qjHS)=(175^{\circ }{-}50^{\circ })/(100^{\circ }C/W+100^{\circ }C/W+35^{\circ }C/W)=0.5\ W$
essendo $P>Wd$ il componente è adatto a dissipare la potenza $Wd=0.27\ W$
Osservazioni
Nelle valutazioni sulle caratteristiche di un diodo rettificatore di potenza è di notevole importanza l’esame della dissipazione che, se non attentamente stimata, può provocare la distruzione del componente.
Nell'esempio svolto i calcoli hanno mostrato un notevole margine tra la potenza da dissipare $Wd=0.22\ W$ e la capacità di dissipazione del diodo che risulta di $0.5\ W$; se il calcolo avesse invece portato ad una condizione opposta, ovvero $P<Wd$ , avremmo dovuto cercare un diodo, forse ancora in contenitore plastico, dalle caratteristiche termiche adatte a sostenere la potenza da dissipare.
Qualora, per ragioni legate alla potenza da smaltire sul diodo, la scelta del semiconduttore dovesse orientarsi sui tipi a contenitore metallico (si veda componente in alto di figura 2) e fissaggio con dado, il calcolo della dissipazione dovrebbe essere sviluppato con le formule già riportate per la dissipazione dei transistori.