Estos diodos funcionan a alta potencia.
La corriente constante a través del diodo de potencia será del orden de 200 mA.
Por cierto: Estas dos afirmaciones se contradicen. 200 mA a través de un típico diodo rectificador pasante no es gran cosa. No sé si alguien lo llamaría "alta potencia". En todo caso, no es ni particularmente alta ni particularmente baja potencia - aunque eso es un poco específico de la aplicación. Cualquier diodo rectificador moderno en un paquete de orificio pasante soportará 200 mA RMS con un gran factor de seguridad, incluso en un entorno caluroso.
¿Quizás estás demasiado preocupado por estos diodos, pensando que trabajan a "alta potencia", cuando no es así?
Cuando pasa corriente por cada diodo, quiero que se encienda el LED correspondiente.
Si sustituyes un diodo por un trozo de cable, seguirá circulando corriente por él. ¿Es eso lo que quieres? ¿Un indicador de cualquier corriente, si el diodo ha fallado en corto o no? Cuando los diodos fallan en cortocircuito, las cosas se calientan en otra parte del circuito, y es de esperar que el fusible tenga la capacidad adecuada para evitar un incendio. Pero, ¿quizás no te importa que el diodo haya fallado en corto?
Si lo único que quieres es un medidor de corriente, el hecho de que midas una corriente que fluye a través de un diodo es, por supuesto, útil (¡tensión directa!), pero no afectará mucho a cómo se realiza la medición. O usas el diodo como derivador de corriente, o añades un derivador de corriente en serie, o usas un sensor electromagnético - un núcleo con un sensor hall, que normalmente se compra como un Módulo sensor de corriente continua . Esta última sería la forma más sencilla de hacerlo, ya que también aísla galvánicamente la salida de detección de la red eléctrica.
Así, por ejemplo para mí, una interpretación razonable de su requisito sería:
- Detecta cuando el diodo hacia adelante conduce más de 50m RMS (o un 1/2 o 1/4 del mismo, dependiendo de cuántos diodos alimenten la misma carga).
Digamos entonces que confirmamos que el diodo de hecho sólo conduce en la dirección correcta, y que está conduciendo suficiente corriente RMS.
El requisito de medir la corriente RMS es una especie de complicación, porque es un poco más difícil de hacer que medir la corriente media.
Cuando el diodo está cargado con una resistencia, conocemos aproximadamente la forma de la corriente: una corriente sinusoidal rectificada unidireccional. Así que es fácil convertir la corriente media en corriente eficaz. Del mismo modo, también sería fácil predecir las formas de onda para una carga altamente inductiva, y el ángulo de conducción podría convertirse en corriente con bastante facilidad, lo que facilitaría todo el asunto, ya que se necesita muy poca precisión en la medición de la tensión.
Pero, si el diodo está cargado con una capacitancia, entonces la corriente del diodo consistirá en pulsos mucho mayor de 50 mA. 50 mA sería el valor eficaz (en realidad, 12,5 mA si se utiliza un rectificador de puente completo y no un solo diodo), pero el diodo sólo conducirá durante una breve parte del ciclo de red. Medirlo con precisión en la salida del rectificador es un poco más difícil.
Así pues, he aquí otro enfoque:
¿Realmente te importa el estado de un solo diodo independientemente del de otros diodos del mismo puente rectificador? ¿Estás utilizando un puente rectificador?
Si los diodos están en un puente rectificador, entonces, por término medio, sus integrales temporales de tensión directa deberían ser aproximadamente iguales. Si alguno de ellos diverge mucho, sabemos que el diodo es un "fallo" y que ha fallado, ya sea por apertura o por cortocircuito. Así, al menos la detección del fallo de un solo diodo sería fácil, y sólo se necesitaría un único indicador rojo de "diodo defectuoso" para todo el puente. La corriente agregada del puente sería la otra cosa a medir entonces, encendiendo un indicador verde (lo que significa: las cosas están bien).
Veamos ahora una simulación aproximada de cómo se ven la tensión y la corriente a través de un diodo 1N4005 básico que alimenta un condensador cargado con un sumidero de corriente de 50mA, el valor más pequeño que nos interesa detectar. El circuito se alimenta de una fuente de 120VRMS (170Vp-p) 60Hz que representa la red eléctrica, luego tenemos el diodo, luego el condensador de suavizado con alguna resistencia en serie agregada presente en el bucle de la fuente de tensión ideal a través del condensador. La carga es una corriente constante de 50mA.
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simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
Las formas de onda de la tensión de red y del condensador son las siguientes:
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La corriente del diodo se representa gráficamente para la resistencia en serie equivalente (ESR) distribuida en la fuente de alimentación y el condensador en agregados de 0,1, 0,5, 1 y 5. Cuanto menor es la resistencia en serie en el circuito, mayores son los picos de corriente:
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Ahora bien, esta simulación no es lo suficientemente precisa como para conocer el valor real de la corriente pulsada, pero es lo suficientemente buena como para entender el comportamiento general de un circuito rectificador monodiodo.
El voltaje a través del diodo, magnificado alrededor del punto de conducción hacia adelante, es:
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Podemos esperar unos 0,9 V de tensión directa.
¿Hasta qué punto es buena esta expectativa? Construyamos un circuito real y midámoslo. El voltaje delantero a través del diodo no cambiará mucho sin importar el voltaje absoluto, así que para mantener las cosas más seguras para mí, haré funcionar el circuito desde unos 24VAC. La carga disipará menos de 2W a 50mA, y se puede aproximar con una resistencia de 680. Tengo 5x3.3k en paralelo para una carga de 660, y el voltaje AC que tengo disponible es de 29VAC(RMS). Así que la corriente RMS es un poco superior a 50mA.
La tensión del diodo de avance del periodo de conducción del 1N4003 tiene el siguiente aspecto:
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La forma no dista mucho de lo que la simulación nos haría esperar. En efecto, el valor máximo es de unos 0,9 V. Eso es conveniente :)
He registrado este pico de tensión de avance para una carga de ~60mA tanto para el 1N4003 como para el UF4003. Para una conexión directa a la red probablemente querrás 1N4005 o UF4005, o incluso 1N4007 o UF4007, para tener cierto margen contra sobretensiones transitorias.
¿Por qué un diodo UF? Porque es menos ruidoso eléctricamente. Conmuta más rápido, por lo que la corriente inversa no tiene tiempo de acumularse antes de cortarse. De este modo, hay menos picos inductivos debidos a la inductancia de fuga del devanado del transformador. Mira abajo: es 1N4003 sustituido por UF4003. El ancho de banda del osciloscopio está ajustado a 20MHz en ambos casos:
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Como era de esperar, el delgado pico bajo ha desaparecido. Esta es la razón por la que siempre sugiero no utilizar el diodo lento 1N400x en aplicaciones de rectificador de red en cualquier cosa destinada al banco o para uso de laboratorio - al menos no sin mitigar las consecuencias de la recuperación inversa lenta.
Así que, ahora que sabemos lo que estamos midiendo, digamos que nos gustaría que nuestro monitor actuara de la siguiente manera:
- Diodo abierto: LED verde apagado (independiente de la carga), LED rojo opcional encendido
- Diodo en cortocircuito o conductor en ambos sentidos: LED verde apagado (independiente de la carga), LED rojo opcional encendido.
- Diodo OK, sin carga: LED verde apagado, LED rojo opcional apagado
- Diodo OK, bajo una carga de al menos 50mA con un condensador de al menos 100uF de capacidad: LED verde encendido, LED rojo opcional apagado.
También suponemos que el monitor no tiene una fuente de alimentación independiente y que debería funcionar con la red eléctrica sin transformador. Eso significa que, además del circuito del monitor, también necesitaremos una fuente de alimentación razonable para él. En mi opinión, razonable significa que disipe muy poca potencia, proporcional a la poca potencia que disiparía el monitor.
Estas tareas se realizan de forma más compacta con un microcontrolador de 8 pines y unos pocos componentes pasivos, pero intentaré una solución analógica en una futura entrega de esta respuesta. Estad atentos :)
