La protección de los circuitos contra sobrecorriente es un aspecto importante del diseño de circuitos. La causa de una sobrecorriente puede ser una fluctuación de voltaje intolerable en la fuente de alimentación, un cortocircuito, una falla de un dispositivo o componente y una sobrecarga. Normalmente, para proteger los circuitos contra sobrecorrientes y por tanto daños por sobrecalentamiento de componentes, se utilizan fusibles electrónicos en sus secciones de alimentación. Los fusibles electrónicos son alambres metálicos delgados que se funden al pasar una corriente límite. En el diseño de circuitos de potencia, además de los fusibles electrónicos, también se utilizan disyuntores para proteger el circuito. Cualquier disyuntor funciona como un relé que tiene la capacidad de detectar un nivel umbral de corriente y desconectar el resto del circuito apagando las fuentes.
Aunque es necesario reemplazar los fusibles cada vez que uno se funde, los disyuntores son una alternativa económica que siguen siendo parte de la fuente de alimentación sin necesidad de reemplazo alguno.
También en este proyecto, se diseña un disyuntor electrónico utilizando un relé y transistores de conmutación. Los transistores de conmutación ayudan a detectar un nivel de corriente predeterminado e impulsan el relé para desconectar el resto del circuito. El transistor de conmutación utilizado es PN2907A. El disyuntor diseñado en este proyecto desconecta el circuito de las fuentes cuando la corriente excede los 0,6 A. La fuente principal se considera una fuente de CC proveniente de una batería y el circuito diseñado en este proyecto evita extraer excesiva corriente de ella, funcionando como un escudo protector. entre la carga del circuito y la fuente de voltaje CC (cualquier batería).
Fig. 1: Prototipo de disyuntor electrónico
Una vez que el circuito se desconecta al dispararse el relé, se pueden reanudar los suministros activando un interruptor DPDT del disyuntor electrónico diseñado aquí. El nivel de corriente umbral también se puede aumentar o disminuir en el siguiente circuito utilizando otro conjunto de transistores de conmutación.
Componentes necesarios –
Fig. 2: Lista de componentes necesarios para el disyuntor
Conexiones de circuito –
En el circuito se utiliza un relé de 24V para desconectar la carga de las fuentes. Los terminales de la bobina del relé están conectados a las clavijas emisoras de los transistores de conmutación Q1 y Q2. Los pines colectores de los transistores están conectados a tierra. La base del transistor Q1 está conectada al colector del transistor Q2. El ánodo de la batería está conectado al terminal NO del relé, mientras que su terminal COM está conectado al pin emisor del transistor Q2 y a una resistencia de polarización R3. Se conecta un interruptor DPDT entre el terminal del ánodo de la batería y la carga de salida. El interruptor DPDT se puede alternar para reanudar la alimentación desconectando el conector del relé a la posición NO. Un LED en serie con una resistencia pull-up está conectado a la base del transistor Q2 para obtener una señal visual de la continuidad de la energía. El voltaje de salida se consume entre el interruptor DPDT y tierra común. La batería utilizada en el proyecto como fuente de voltaje CC es una batería normal de 12V.
Cómo funciona el circuito –
Los 12 V CC se suministran a los terminales de entrada del circuito mediante una batería. La tensión suministrada es bloqueada por el relé. Al presionar el interruptor DPDT (SW1), que inicialmente se encuentra en su posición normal, el circuito recibe energía. Cuando se enciende el circuito, también activa el relé, por lo que el interruptor DPDT debe regresarse a su posición normal. Desde aquí, la carga recibe energía a través del relé y el relé mismo es alimentado por el transistor Q1.
La base del transistor Q1 está polarizada por la resistencia R1. El transistor Q2 está polarizado por la resistencia R3. En condiciones normales, cuando no hay cortocircuito ni sobrecarga, el voltaje en R3 permanece por debajo de 0,6 voltios. El voltaje umbral de los transistores PN2907A está entre 0,6 V y 1,3 V según su hoja de datos. Por lo tanto, cuando la base de Q2 alcanza su voltaje umbral, sólo ella comienza a conducir. Por lo tanto, el transistor Q2 está en el estado APAGADO o no conductor hasta que el voltaje a través de R3 sea inferior a su voltaje umbral. El límite actual puede decidirse mediante la resistencia R3. El voltaje en R3 es el producto de la corriente y el valor de la resistencia. El voltaje umbral de Q2 es 0,6 V, por lo que para decidir el límite de corriente, el valor de la resistencia se puede calcular de la siguiente manera:
Considerando el límite de corriente deseado, I = 0,6 A
Tensión umbral de Q2, V = 0,6 V
R3 = V/I
R3 = 0,6/0,6
R3 = 1 ohmio
Por lo tanto, para establecer un límite de corriente de 0,6, una resistencia R3 debe tener una resistencia de 1 ohmio. También se puede utilizar una resistencia variable en lugar de R3 para el ajuste manual del límite de corriente.
La carga en la salida está alimentada por la resistencia R3. Por lo tanto, la corriente consumida por la carga se puede medir mediante la corriente de medición en R3. Cuando el voltaje a través de R3 alcanza 0,6 V, el transistor Q2 comienza a conducir.
Cuando el transistor Q2 comienza a conducir, toda la corriente pasa a través de él. Por lo tanto, no queda corriente en la base del transistor Q1. Esto apaga el transistor Q1. El transistor Q1 en este circuito energiza el relé de modo que cuando Q2 comienza a conducir corriente, el transistor Q1 pasa al estado APAGADO, por lo que el relé se desactiva apagando también el transistor Q2. Como resultado, la carga que recibe energía del relé se desconecta de la fuente de energía de entrada. Esto salva la carga de una corriente superior a 0,6 A.
El LED en la salida indica la desconexión de la carga de la alimentación de entrada al pasar al estado APAGADO. Cuando se descubre y corrige la causa de la sobrecorriente en el circuito de carga, es necesario restablecer el interruptor DPDT por primera vez y devolverlo a su posición normal para reanudar el suministro de energía al circuito de carga.
Pruebas y precauciones –
Al diseñar un disyuntor electrónico como este, se deben tomar las siguientes precauciones:
• Después de restablecer el interruptor DPDT, se debe devolver a su posición normal. De lo contrario, la alimentación de entrada no será bloqueada por el relé, sino por el interruptor DPDT.
• La selección de la resistencia R3 debe considerar su potencia dependiendo del límite de corriente deseado del circuito, de lo contrario una resistencia de baja potencia puede dañarse.
Una vez ensamblado el circuito, se puede probar suministrando energía desde una batería de 12 V a una carga conectada al circuito. Utilice un multímetro para medir la corriente a través de la resistencia R3. Reemplace la carga con otra carga de alta corriente para verificar que el circuito funcione como un fusible electrónico reiniciable. Intente medir el nivel de corriente por encima del cual el circuito desconecta la energía de la batería y compárelo con las conclusiones teóricas derivadas anteriormente.
El circuito diseñado en este proyecto es de bajo costo y de fácil montaje. Es una alternativa económica a los fusibles y disyuntores electrónicos convencionales. También se puede diseñar con una resistencia variable en lugar de la resistencia R3 para que pueda tener una limitación de corriente ajustable. El circuito está diseñado para usarse como escudo protector para cargas sensibles a la corriente y circuitos de carga con transformadores o componentes semiconductores de alta corriente utilizados en ellos.
Diagramas de circuito
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