¿Como proteger un circuito?

¿Cómo proteger un circuito?

En muchos equipos electrónicos existen circuitos encargados de proteger etapas que contienen componentes más costosos y que hacen parte de circuitos vitales para el funcionamiento del equipo correctamente. Sin estas protecciones los circuitos serian bastante vulnerables ante una falla repentina o incremento de la red eléctrica local. 

Por esta razón es indispensable conocer qué tipo de protecciones podemos utilizar. Existen diversas formas de proteger un circuito electrónico.

Sistemas simples de proteccion:

 Fusible

Es el componente mas utilizado para la proteccion en los equipos electronicos. Los mas comunes son los encapsulados en vidrio en donde internamente se coloca un hilo conductor termico el cual se destruye cuando se sobrepasa el limite de corriente que puede soportar.

Varistor

Es utilizado para evitar picos de voltaje momentaneos o transientes. Estos picos de voltaje son muy altos y duran muy poco (hasta nanosegundos) pero esto es suficiente para causar daños a los circuitos. Entonces lo que el varistor hace es enviar el voltaje hacia tierra y cuando los transientes superan los limites electricos del varistor, este entra en cort y quemara rapidamente el fusible, evitando daños mayores a los circuitos.

Diodo Zener y de Avanlancha

El Diodo Zener hace que en una linea de voltaje DC, si se desea que el voltaje no sobrepase 5.1 voltios, debemos utilizar un diodo de este valor. Este diodo se utiliza para proteger las entradas de circuitos digitales que no deban superar este voltaje. Tambien una vez sobrepasado su valor nominal de voltaje este conducira el voltaje del catodo hacia el anodo, esta es la caracteristica de voltaje de ruptura.

El Diodo Avalancha es utilizado en lineas que manejan voltajes mas altos y de mayor corriente. En una falla, el diodo avalancha entra en conduccion inversay deriva el voltaje excesivo a tierra.

Sistemas avanzados de proteccion:

Circuitos detector de sobre corriente (OCP):

   

Este circuito tiene como función determinar en que momento se supera un valor establec

de corriente. Cuando esto sucede el valor de voltaje resultante, se aplica a la entrada de un circuito integrado, el cual desactivara la alimentación principal del equipo para evitar daños posteriores.

La sigla OCP proviene del  ingles Over Current Protection  o en español protección contra sobre corriente. Usualmente se utiliza una resistencia de bajo valor o la suma de varias de ellas, con el fin de provocar una caída de voltaje, el cual es proporcional a la corriente que circula por el circuito, tal como se puede ver en la siguiente imagen.

 

 

 

Funcionamiento: La resistencia FR1 sensa la caída de voltaje debido al paso de la corriente por ella. Este voltaje es llevado a la base del transistor PNP Q403 por medio de la resistencia R407 y filtrado por el condensador C409 encendiendo al transistor. La salida del circuito será por medio de R408 y R09, el voltaje saliente se utiliza para encender un segundo transistor ahora del tipo NPN o bien llevar el voltaje directamente a la entrada de un circuito integrado, para que este detecte el error y apague el equipo.

Circuito detector de sobrevoltaje (OVP).

 
Su función es la de detectar un aumento en el voltaje nominal de un circuito con el fin de evitar su destrucción. La sigla OVP proviene del ingles Over voltage Protection o en español protección por sobrevoltaje, veamos un ejemplo en la siguiente imagen.

 

Funcionamiento: Básicamente se trata de fijar un voltaje de referencia que puede ser un porcentaje del voltaje del que no se quiere superar. Para esto se suele utilizar un amplificador operacional, que puede ser individual o también puede hacer parte de un circuito integrado que contiene otras funciones, como el caso de los circuitos integrados conmutadores de las fuentes de alimentación en aparatos comerciales.

Fijado el voltaje de referencia se debe tomar otra muestra del mismo voltaje, el cual ingresara por la segunda entrada del amplificador operacional, si este voltaje es mayor que el voltaje de referencia, entonces la salida pasara a un estado alto de lo contrario quedara en estado bajo, e inclusive proveer un voltaje negativo. Esta situación es interpretada por un microprocesador o similar para tomar la decisión de apagar el equipo electrónico.

 

 

Proteccion contra bajo voltaje (UVP):

Esta protección consiste en detectar cuando un voltaje se encuentra por debajo de un  cierto valor  de referencia, con lo cual se activa o desactiva algún otro circuito. UVP proviene de la sigla en ingles Under voltage Protection o en español Protección contra bajo voltaje, para comprender su funcionamiento veamos la siguiente imagen.

 

Funcionamiento: Cuando el voltaje es mayor a 12v, el diodo Zener de 10v conduce por voltaje de ruptura, colocando en la base del transistor PNP un voltaje fijado por el resistor variable. El transistor se apaga y a su vez mantiene sin alimentación al diodo LED, cuando el voltaje disminuye por debajo de 10v, el voltaje en la base desaparece y el transistor se enciende alimentando al diodo LED con lo cual este brillara.

Además de servir de protección,  también se utiliza como indicador de batería baja por ejemplo.

 

  Fusible programable:

Este es uno de los circuitos de protección más sofisticados que existen en el momento, son ampliamente utilizados en la electrónica de los automóviles y equipos industriales. Un ejemplo de este componente es el circuito integrado NIS5112 de ON Semiconductor.

Funcionamiento: El circuito integrado NIS5112  posee una entrada de voltaje que en este caso es el pin 8, su salida es por el pin 7 en donde se conecta la carga  previamente filtrado por C5 Y C6. Entre los pines 4, 5, 6, 7  se encuentra  la red resistiva que fija la corriente máxima que proveerá el circuito antes de cortar su salida, debido a una sobrecarga. Para calcular el valor de la red resistiva, el fabricante provee una tabla con una curva de respuesta en base a los valores de las resistencias utilizadas.