Circuitos de protecciones en equipos electrónicos.

En la mayoría de los equipos electrónicos existen circuitos encargados de proteger etapas que contienen componentes más costosos y que hacen parte de circuitos vitales para el funcionamiento de un equipo en particular.

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 que tipo de protecciones son utilizadas en los electrodomésticos para poder determinar que etapa presenta una falla o si solo se trata de un problema leve ante el cual el equipo electrónico ha entrado en protección.

Existen diversas formas de proteger un circuito electrónico, desde las más simples como un fusible hasta las mas complejas como un circuito integrado especialmente diseñado para esta función.

Conocer la mayoría de ellos nos dará una ventaja a la hora de determinar una falla en un circuito.

Sistemas simples de protección:

El Fusible: Este es probablemente el componente mas utilizado como forma de protección en los equipos electrónicos; los mas comunes son los encapsulados en vidrio en donde internamente se coloca un hilo conductor térmico el cual se destruye cuando se sobrepasa el limite de corriente que puede soportar.

El fusible puede venir en diferentes presentaciones físicas y con características eléctricas diferentes dependiendo del uso requerido.

Los fusibles son calculados dependiendo de las características de consumo eléctrico en un equipo electrónico en particular; no se debe utilizar uno diferente ya que alterara las condiciones de protección.

Por ejemplo si se utilizara uno de menor corriente este se fundirá con el consumo normal del aparato y si se utilizara uno de mayor corriente, entonces ante una falla en el equipo este resistirá por mayor tiempo el paso de la corriente haciendo que los circuitos se quemen.

Para calcular  un fusible se puede utilizar la siguiente formula: I Fusible = 1.25 x  I del circuito, como sabemos la I representa a la corriente la cual se debe multiplicar por la constante 1.25 y así obtenemos el valor del fusible que debemos utilizar para ese equipo electrónico en particular.

Por ejemplo tenemos un equipo electrónico que hace circular una corriente de 2.7 A entonces tenemos que la  I Fusible = 1.25 x 2.7 A =  3.4 Amperios; entonces el fusible indicado para una corriente de 2.7A  debe ser  uno de 3.4 Amperios.

 Nótese que este valor es de 0.7 Amperios superior al consumo del aparato ya que si se coloca un fusible de un valor exacto al consumo, entonces este también se quemara.

El Varistor: Este componente es utilizado para evitar picos de voltaje momentáneos o transientes; estos picos de voltaje suelen ser de varios cientos o miles de voltios pero solo permanecen por periodos de nano o milisegundos, pero suficientes para causar daños a los circuitos.

Precisamente el Varistor se encarga de derivar el excedente de voltaje hacia tierra y cuando los transientes superan los limites eléctricos del Varistor, este entra en corto  y quemara rápidamente el fusible evitando daños mayores a los circuitos.

Diodo Zener y de Avalancha: Esta protección consiste en utilizar la cualidad de enclavamiento propia de este tipo de diodos, por ejemplo si en una línea de voltaje DC se desea que el voltaje no sobrepase un voltaje de 5.1 voltios, entonces debemos utilizar un diodo Zener de este valor.

Este sistema se utiliza generalmente para proteger las entradas de circuitos digitales que no deban superar este voltaje; también se puede hacer uso de la característica de voltaje de ruptura en donde el diodo zener una vez sea sobrepasado su valor nominal de voltaje este conducirá el voltaje del cátodo hacia el ánodo.

Por otro lado tenemos al diodo  de Avalancha que funciona de manera similar pero este es utilizado en líneas que manejan voltajes más altos y de mayor corriente; ante una falla este diodo entra en conducción inversa y deriva el voltaje excesivo  a tierra.

Este diodo presenta una gran impedancia y no se puede medir con la mayoría de los multímetros comunes.

Este tipo de protecciones son  de las mas comunes que podemos encontrar  en los equipos electrónicos, pero para algunos circuitos estas protecciones serian insuficientes o no lograrían  los resultados correctos, entonces se debe recurrir a circuitos mas robustos y de características especiales para proteger etapas con circuitos mas complejos.

Sistemas avanzados de protección:

Circuito detector de sobre corriente ( OCP): Este circuito tiene como función determinar en que momento se supera un valor establecido 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 OVP 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 censa 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 o no el equipo electrónico.

Protección 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.