Fazendo um disjuntor (Parte 6/13)

Proteger circuitos contra sobrecorrente é um aspecto importante do projeto de circuitos. A causa da sobrecorrente pode ser uma flutuação intolerável de tensão na fonte de alimentação, curto-circuito, falha de um dispositivo ou componente e sobrecarga. Normalmente, para a proteção de circuitos contra sobrecorrente e, portanto, danos por superaquecimento de componentes, fusíveis eletrônicos são utilizados em suas seções de alimentação. Fusíveis eletrônicos são fios metálicos finos que derretem durante a passagem de uma corrente limite. No projeto de circuitos de potência, além dos fusíveis eletrônicos, os disjuntores também são utilizados para proteção do circuito. Qualquer disjuntor opera como um relé que tem a capacidade de detectar um nível limite de corrente e desconectar o resto do circuito desligando as fontes.
Embora os fusíveis precisem ser substituídos sempre que um deles queima, os disjuntores são uma alternativa econômica que permanece como parte da fonte de alimentação sem a necessidade de qualquer substituição.
Também neste projeto é projetado um disjuntor eletrônico utilizando um relé e transistores chaveadores. Os transistores chaveadores ajudam a detectar um nível de corrente pré-determinado e a conduzir o relé para desconectar o resto do circuito. O transistor chaveador utilizado é o PN2907A. O disjuntor projetado neste projeto desconecta o circuito das fontes quando a corrente excede 0,6 A. A fonte principal é considerada uma fonte CC de uma bateria e o circuito projetado neste projeto evita extrair corrente excessiva dela, funcionando como um escudo protetor entre o circuito de carga e a fonte de tensão CC (qualquer bateria).
Protótipo de Disjuntor Eletrônico
Fig. 1: Protótipo de Disjuntor Eletrônico
Uma vez que o circuito é desconectado no disparo do relé, as alimentações podem ser retomadas alternando uma chave DPDT do disjuntor eletrônico projetado aqui. O nível de corrente limite também pode ser aumentado ou diminuído no circuito seguinte usando outro conjunto de transistores chaveadores.

Componentes necessários –

Lista de componentes necessários para o disjuntor
Fig. 2: Lista de componentes necessários para o disjuntor

Conexões de Circuito –

No circuito, um relé de 24 V é usado para desconectar a carga das fontes. Os terminais da bobina do relé são conectados aos pinos emissores dos transistores chaveadores Q1 e Q2. Os pinos coletores dos transistores são conectados ao terra. A base do transistor Q1 está conectada ao coletor do transistor Q2. O ânodo da bateria está conectado ao terminal NO do relé, enquanto seu terminal COM está conectado ao pino emissor do transistor Q2 e a um resistor de polarização R3. Uma chave DPDT é conectada entre o terminal anódico da bateria e a carga de saída. A chave DPDT pode ser alternada para retomar a alimentação desligando o conector do relé novamente para a posição NA. Um LED em série com um resistor pull-up é conectado à base do transistor Q2 para uma dica visual da continuidade da alimentação. A tensão de saída é consumida entre a chave DPDT e o terra comum. A bateria utilizada no projeto como fonte de tensão DC é uma bateria normal de 12V.

Como funciona o circuito –

Os 12V DC são fornecidos nos terminais de entrada do circuito por uma bateria. A tensão fornecida é bloqueada pelo relé. Ao pressionar a chave DPDT (SW1) que inicialmente está em sua posição normal, o circuito recebe alimentação. Quando o circuito é ligado, ele também ativa o relé, de modo que a chave DPDT deve ser colocada de volta em sua posição normal. A partir daqui, a carga recebe energia através do relé e o próprio relé é alimentado pelo transistor Q1.
A base do transistor Q1 é polarizada pelo resistor R1. O transistor Q2 é polarizado pelo resistor R3. Em condições normais, quando não há curto-circuito ou sobrecarga, a tensão no R3 permanece inferior a 0,6 volts. A tensão limite dos transistores PN2907A está entre 0,6 V a 1,3 V de acordo com sua folha de dados. Portanto, quando a base do Q2 atinge sua tensão limite, somente ele começa a conduzir. Portanto, o transistor Q2 está no estado DESLIGADO ou não condutor até que a tensão em R3 seja inferior à sua tensão limite. O limite de corrente pode ser decidido pelo resistor R3. A tensão em R3 é o produto da corrente e do valor do resistor. A tensão limite de Q2 é 0,6 V, portanto, para decidir o limite de corrente, o valor do resistor pode ser calculado da seguinte forma –
Considerando o limite de corrente desejado, I = 0,6 A
Tensão limite de Q2, V = 0,6 V
R3 = V/I
R3 = 0,6/0,6
R3 = 1 ohm
Portanto, para definir um limite de corrente de 0,6, um resistor R3 deve ter resistência de 1 ohm. Um resistor variável também pode ser usado no lugar de R3 para ajuste manual do limite de corrente.
A carga na saída é alimentada pelo resistor R3. Portanto, a corrente consumida pela carga pode ser medida pela corrente de medição em R3. Quando a tensão em R3 atinge 0,6 V, o transistor Q2 começa a conduzir.
À medida que o transistor Q2 começa a conduzir, toda a corrente passa por ele. Portanto, nenhuma corrente permanece na base do transistor Q1. Isso desliga o transistor Q1. O transistor Q1 neste circuito energiza o relé de modo que quando Q2 começa a conduzir corrente, o transistor Q1 entra no estado OFF, então o relé é desativado desligando também o transistor Q2. Como resultado, a carga que está recebendo energia do relé é desconectada da fonte de alimentação de entrada. Isso salva a carga de uma corrente superior a 0,6 A.
O LED na saída indica a desconexão da carga da alimentação de entrada passando para o estado OFF. Quando a causa da sobrecorrente é descoberta e corrigida no circuito de carga, a chave DPDT precisa ser reiniciada pela primeira vez e colocada de volta em sua posição normal para retomar o fornecimento de energia ao circuito de carga.

Testes e precauções –

Ao projetar um disjuntor eletrônico como este, devem ser tomadas as seguintes precauções –
• A tensão do relé deve ser menor que a tensão de entrada para acionar o relé.
• Após reiniciar a chave DPDT, ela deve ser colocada de volta em sua posição normal. Caso contrário, a alimentação de entrada não será bloqueada pelo relé, mas sim através da chave DPDT.
• A seleção do resistor R3 deve considerar sua potência dependendo do limite de corrente desejado do circuito, caso contrário, um resistor de baixa potência poderá ser danificado.
Uma vez montado o circuito, ele pode ser testado fornecendo energia por uma bateria de 12V a uma carga conectada ao circuito. Use um multímetro para medir a corrente no resistor R3. Substitua a carga por outra carga de alta corrente para verificar se o circuito funciona como um fusível eletrônico reconfigurável. Tente medir o nível de corrente acima do qual o circuito desliga a alimentação da bateria e compare-o com as conclusões teóricas derivadas acima.
O circuito projetado neste projeto possui baixo custo e pode ser facilmente montado. É uma alternativa econômica aos fusíveis e disjuntores eletrônicos convencionais. Ele também pode ser projetado com um resistor variável no lugar do resistor R3 para que possa ter limitação de corrente ajustável. O circuito deve ser usado como escudo protetor para cargas sensíveis à corrente e circuitos de carga com transformadores ou componentes semicondutores de alta corrente usados ​​neles.

Diagramas de circuito

Diagrama de Circuito-Disjuntor-Eletrônico

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