Diode - pont de diodes - pont redresseur

Un pont de diodes, également connu sous le nom de pont redresseur de tension, est un dispositif essentiel pour convertir efficacement un courant alternatif (CA) en courant continu (CC). Son rôle principal consiste à redresser le signal alternatif en éliminant la composante négative du courant, ce qui permet d'obtenir une tension continue et constante. La conversion du courant alternatif en courant continu est importante pour de nombreux appareils électroniques et électriques qui nécessitent une alimentation en courant continu pour fonctionner correctement. Les diodes du pont de diodes permettent d'éliminer les fluctuations du courant alternatif, ce qui garantit une alimentation en courant continu stable et fiable pour ces appareils.

Fonctionnement du pont redresseur

La structure et la composition d'un pont redresseur sont relativement simples. Il est généralement composé de 4 diodes à jonction semi-conductrices qui permettent de bloquer ou de laisser passer le courant électrique dans une seule direction. Elles sont disposées de manière spécifique pour former une configuration en pont. Un câblage va permettre de relier les cathodes et les anodes des diodes. Chaque diode est placée dans une branche du pont (structure en forme de losange). Le pont redresseur possède également deux bornes d’entrée (AC) et deux bornes de sortie (DC) où la tension continue redressée est disponible après traversée du pont. 

Processus de redressement du courant par un pont de diodes

Pour convertir le courant alternatif en courant continu, le pont de diodes fonctionne selon le principe de redressement à 4 diodes (en général). Les diodes sont disposées en forme de losange, comme un pont. Deux diodes se situent à une extrémité du pont et les deux autres à l’autre extrémité. En connectant les bornes d’entrées à la source d’électricité fournie, un courant alternatif entre dans le pont. Deux diodes permettent alors au courant de circuler dans une direction spécifique, tandis que les deux autres diodes le bloquent dans la direction opposée. Ainsi, le courant circule à travers le chemin ouvert formé par les diodes qui sont conductrices. Puis, lorsque le courant alternatif change de direction, les diodes qui étaient conductrices deviennent bloquées, et celles qui étaient bloquées deviennent conductrices. Ainsi, le courant alternatif est redressé et transformé en courant continu. Au niveau des bornes de sortie du pont, un courant continu redressé, circulant dans une seule direction constante, permet d’alimenter divers appareils et circuits électroniques ayant besoin d’un courant continu pour fonctionner.

Caractéristiques du signal de sortie après redressement du courant

Une fois que le courant alternatif a traversé un pont de diodes, son signal de sortie présente plusieurs caractéristiques : 

• le courant de sortie est un courant continu

• la tension moyenne du signal de sortie correspond à la valeur moyenne du courant alternatif d’entrée (bien qu’elle soit généralement pulsante : alternance de pics de tension)

• la fréquence du signal est également la même en entrée et en sortie

• le courant de sortie peut présenter des ondulations (ou ripples) si un condensateur n’est pas utilisé pour lisser le courant en sortie

Les autres composants couramment associés au pont redresseur

Pour assurer un fonctionnement efficace et sûr du circuit de redressement, il est possible d’y associer certains autres composants. On peut retrouver notamment les condensateurs pour filtrer le signal redressé, les résistances pour améliorer les performance du filtre et réduire les pics de tension, les inductances (bobines, transformateurs) pour filtrer les hautes fréquences indésirables, réduire les interférences et stabiliser le signal, les fusibles pour protéger le circuit contre les surintensités, les VDR ou TVS pour protéger les composants des surtensions.

Lisser un courant alternatif redressé

Lisser un courant alternatif redressé consiste à empêcher les variations brutales de tension. Il s’agit du rôle du condensateur. Ce dernier va compléter le travail du pont redresseur en accumulant et stockant le courant lorsque la tension augmente et la restituer lorsqu’elle diminue. De cette manière, le courant qui ressort du condensateur est quasiment stable. Plus la capacité du condensateur est élevée et plus il pourra lisser la tension.

Les différents types de ponts redresseurs et leurs applications

Pont de diodes monophasé

Aussi appelé pont de Graetz, le pont redresseur monophasé est le type de pont le plus couramment utilisé. Il est généralement composé de quatre diodes disposées en configuration en pont. On l’utilise pour redresser le courant alternatif monophasé provenant d'une seule phase de l'alimentation électrique. Il est plus simple à concevoir et à mettre en œuvre. Il est peu coûteux et offre une bonne efficacité dans la conversion du courant alternatif en courant continu. On peut l’utiliser pour diverses applications : alimentation des appareils électroniques grand public, des LED, des petits moteurs électriques tels que ceux présents dans les ventilateurs, les pompes, le petit électroménager…

Pont de diodes triphasé

Le pont redresseur triphasé est utilisé pour redresser le courant alternatif triphasé que l’on retrouve couramment dans les systèmes d'alimentation électrique industriels. Il est composé de cinq ou six diodes. Chaque phase du courant alternatif triphasé est connectée à une paire de diodes, permettant de redresser chaque phase individuellement. L'utilisation du courant alternatif triphasé permet d'obtenir un courant de sortie plus lisse et plus régulier par rapport au pont redresseur monophasé mais sa fréquence en sortie sera triplée par rapport au courant d’entrée (chaque phase fournit un signal redressé). Le pont triphasé permet une conversion efficace et une alimentation stable. On l’utilise notamment dans le secteur de l’industrie lourde (compresseurs, pompes, machines-outils), les réseaux électriques industriels ou encore les véhicules électriques.

Conception du pont redresseur

Pour concevoir un pont redresseur, le choix de diodes appropriées est important : 

• choisir des diodes avec une tension inverse maximale suffisamment élevée pour supporter la tension de crête du courant alternatif, instantanément et sans se détériorer

• sélectionner des diodes qui ont un temps de récupération inverse court pour réduire les pertes d'énergie et les fluctuations du courant redressé

• pour éviter la surchauffe et leur détérioration, elles doivent être dimensionnées pour évacuer la chaleur produite pendant leur fonctionnement.

• préférer des diodes à faible chute de tension pour minimiser la perte

Les différents modes de redressement du courant alternatif

Le redressement plein onde

Le redressement plein onde utilise un pont redresseur qui permet de redresser les deux demi-ondes du courant alternatif : 

• Lorsque le courant alternatif est positif, la diode supérieure du pont redresseur conduit le courant

• Lorsque le courant alternatif est négatif, la diode inférieure conduit le courant.

Le résultat est un courant continu qui présente une forme d'onde complète, avec des alternances positives et négatives redressées.

Application : systèmes de communication, équipements médicaux, applications audio et vidéo HQ...

Le redressement demi-onde

Le redressement demi-onde utilise également un pont redresseur, mais seulement une diode est utilisée pour redresser soit la demi-onde positive, soit la demi-onde négative du courant alternatif :

• Lorsque le courant alternatif est positif, la diode du pont redresseur conduit le courant, laissant passer uniquement la demi-onde positive

• Lorsque le courant alternatif est négatif, la diode laisse passer uniquement la demi-onde négative

Le résultat est un courant continu qui ne comprend que la moitié de l'onde d'origine, soit la partie positive soit la partie négative.

Application : éclairage à faible coût, appareils électroménagers, systèmes de chauffage résistifs…

Calculer la valeur de la tension de sortie redressée

La valeur de la tension de sortie redressée peut varier en fonction des caractéristiques spécifiques du circuit, du type de charge, des diodes et des filtres utilisés.

Problèmes et pannes courantes des ponts de diodes

Les ponts de diodes sont des composants relativement fiables mais peuvent présenter certaines défaillances : 

• défaillance des diodes : fonctionnement incorrect du pont redresseur et diminution voire absence de courant redressé

• court-circuit ou circuit ouvert : interruption de la conduction du courant, possible distorsion du signal de sortie

• surchauffe ou surintensité : dégradation des diodes, surcharge ou dissipation thermique excessive

• tensions de crête excessives : dégâts permanents et défaillance du pont

• problèmes de connexion : connexion lâches, corrodées, défectueuse entraînant des problèmes de contact

Tester un pont de diodes

Si vous rencontrez des défaillances avec votre pont redresseur, vous pouvez le tester. Pour ce faire, vous allez devoir tester vos diodes une par une. Munissez-vous de votre multimètre en mode résistance : Ω. Si vos diodes sont polarisée en direct (laissent passer le courant), branchez votre multimètre avec le fil rouge sur l’anode (triangle) et le noir sur la cathode (trait), si elles sont polarisées en inverse (ne laissent pas passer le courant), branchez le multimètre dans l’autre sens. Testez maintenant chacune des diodes de votre pont redresseur. Une diode est défectueuse si :

• elle est passante dans les deux sens,

• elle est ouverte et n’est passante dans aucun sens

Entretien d’un pont de diodes

La durée de vie d'un pont de diodes peut varier en fonction de plusieurs facteurs, notamment la qualité des composants utilisés, les conditions de fonctionnement, les charges appliquées et la qualité de l'entretien. En général, un pont de diodes bien conçu et bien entretenu peut avoir une durée de vie comprise entre plusieurs milliers d'heures et plusieurs dizaines de milliers d'heures de fonctionnement.

Concernant l’entretien, pensez à effectuer des inspections visuelles régulières pour vérifier les connexions, les signes de surchauffe ou de corrosion.Protégez le pont de diodes avec les composants nécessaires afin d’éviter les surchauffes et les surtensions. Vous pouvez aussi nettoyer votre pont de diodes : éliminez les poussières, les saletés, les dépôts avec des produits de nettoyage appropriés et attendez qu’il soit bien sec avant de le remettre en fonctionnement. Évitez de l’exposer à des conditions environnementales extrêmes : températures élevées, vibrations, humidité, substances corrosives, etc.

Les avantages du pont redresseur 

L'utilisation d'un pont redresseur présente des avantages tels qu'un redressement complet, une conversion efficace, une tension de sortie relativement élevée, une fiabilité et robustesse accrue, une flexibilité de contrôle, une polyvalence et une solution simple et économique. Cela en fait un choix préféré dans de nombreuses applications nécessitant une conversion efficace du courant alternatif en courant continu.

Quelle différence y a-t-il entre un pont de diodes pour alternateur et pour moteur électrique ?

Les alternateurs et les moteurs électriques ont des besoins différents en termes de tension, de courant, de puissance et de dissipation thermique, ce qui influence la conception des ponts de diodes utilisés dans ces systèmes :

• Tension et courant : Les ponts de diodes utilisés dans les alternateurs sont conçus pour gérer des tensions relativement élevées, généralement en courant alternatif, produites par l'alternateur. En revanche, les ponts de diodes des moteurs électriques sont généralement conçus pour des tensions plus basses et des courants continus, car ils convertissent le courant alternatif en courant continu pour alimenter le moteur.

• Puissance et dissipation thermique : Les alternateurs sont généralement utilisés pour fournir de l'électricité à des charges plus importantes, tels que les systèmes électriques des véhicules ou les générateurs industriels. Les ponts de diodes utilisés doivent donc être capables de gérer des niveaux de puissance plus élevés et être conçus pour une dissipation thermique efficace afin d'éviter la surchauffe. A l’inverse, les moteurs électriques ont généralement des exigences de puissance plus faibles.

• Conception mécanique : Les ponts de diodes utilisés dans les alternateurs peuvent être intégrés dans l'ensemble de l'alternateur et doivent répondre aux exigences de conception mécanique spécifiques de celui-ci. Ils sont souvent scellés pour offrir une meilleure protection contre les vibrations, l'humidité et les éléments extérieurs qui peuvent les contaminer. Les ponts de diodes utilisés dans les moteurs électriques peuvent être intégrés directement dans le circuit de commande ou placés dans un boîtier séparé, en fonction de la conception du moteur.