Nuevas protecciones contra inversión y sobretensión

Artículos teóricos

Chispas alta tensiónAllá por el mes de agosto de 2013 publicamos en nuestro blog un artículo dedicado a una simple protección contra sobretensiones para equipos electrónicos suceptibles de caer en esta "desgracia".

Basicamente, este tipo de circuitos se suelen montar en aquellos aparatos que, funcionando con tensiones de entre 12 y 14 voltios, están diseñados para su uso en vehículos.

Si el usuario de uno de estos equipos, por ejemplo una emisora de CB, trabaja en el mundo del transporte de gran tonelaje, es posible que su vehículo sea un camión o una cabeza tractora, por lo que la alimentación general disponible será de 24 voltios en lugar de los 12 que suelen tener los turismos.

Aunque hoy dia la mayoría de vehiculos pesados incorporan una toma de mechero para 12 voltios, en ocasiones, casi sin darse cuenta y sumidos en una total distracción, se conecta el equipo a la toma de 24 voltios y... ¡ZAAASSS!... Comienza a oler a quemado.

¿Te ha pasado esto alguna vez?. No te preocupes, no eres el único. Si sigues leyendo este artículo descubrirás la mejor manera de protegerte de estos inconvenientes.

Banner
Si has leido el artículo mencionado al principio ya sabrás de que va el tema. Tan solo con colocar un diodo zener de valor adecuado en paralelo con el diodo de protección contra inversiones de polaridad que incorporan la mayoría de los equipos, y en la posición correcta, tendrás protegido tu aparato contra una sobretensión.

El esquema de esta sencilla modificación es el que te presentamos a continuación, aunque hemos de reconocer que muchos equipos ya la incorporan.

Protección contra sobretensiones

El funcionamiento es de lo más simple. Cuando se sobrepasa la tensión del diodo zener, este comienza a conducir. Como la corriente a su través no está limitada se convierte en un verdadero contocircuito y entonces funde el fusible.

Normalmente el valor del zener está entre 15 y 16 voltios, dependiendo de la tensión máxima que pueda soportar el equipo en cuestión. A veces será necesario montar el zener de 16V ya que algunos vehículos superan los 15V cuando el motor está funcionando y el alternador carga la batería.

La efectividad de este circuito está fuera de toda duda, ya que ante una eventual conexión de nuestra emisora o equipo móvil, que funciona normalmente a 12V, a la tensión habitual en vehículos pesados, o sea a 24V, el fusible fundirá y evitará daños graves al aparato, siempre que el valor del mencionado fusible sea correcto.

Banner

Sin embargo, este sistema tiene el inconveniente de que en la mayoría de ocasiones en que soporta una sobretensión, además de saltar el fusible, el propio zener también "salta por los aires" y se quema, obligando al usuario a llevar el equipo al "doctor" y, como consecuencia, su cartera pesará menos al salir del "quirófano".

Un circuito que evita este desagradable y costoso desenlace, y hace saltar solo el fusible y nada más, es el que presentamos a continuación.

Protección contra sobretensiones mejorada

Aunque su circuitería es un poco más dificultosa que la anterior con solo un zener, es evidente que no deja de ser de una simpleza extraordinaria. Hemos añadido un SCR (rectificador controlado de silicio o tiristor) justo en la posición donde antes estaba el mencionado zener.

Además, dicho diodo zener está ahora en serie con una resistencia limitadora, y del punto común de ambos hemos extraido la toma para activar la puerta (gate) del SCR que, dicho sea de paso, puede montarse de un valor máximo de corriente muy superior al valor del fusible, con lo que nos aseguramos de que no sufra para nada su integridad.

Cuando el equipo protegido con este sistema sufre una sobretensión, o sea, se conecta a una tensión superior a la de referencia del zener, este se hace conductor y ceba el SCR, provocando este último el consabido cortocircuito que evita que dicha sobretensión pase a nuestro equipo.

Banner

En ese momento, la intensidad de corriente a través del fusible aumenta vertiginosamente y lo funde, permaneciendo tanto el zener como el SCR intactos. Por tanto, solo tendremos que cambiar el fusible.

Sin embargo, aún nos queda el problema de la inversión de polaridad. Tal y como pasaba con el primer circuito protector contra la sobretensión, casi siempre después de una inversión, además del fusible también se quema el diodo rectificador 1N4007 en paralelo con la entrada. ¿Por qué no aplicar el mismo circuito en este caso?. Seguidamente veremos como hacerlo.

PROTECCIÓN MEJORADA CONTRA INVERSIONES
Vamos a completar el circuito anterior con una protección contra inversiones de polaridad que solo funda el fusible, sin tener que preocuparnos de otra cosa.

La circuitería para llevar a cabo este dispositivo es practicamente igual a la anterior, solo que en lugar de utilizar un zener vamos a usar un simple diodo rectificador 1N4007 montado siguiendo la filosofía del primero.

Banner

Eso si, como el gate del SCR se activa mediante un impulso positivo con respecto al cátodo, tendremos que cambiar su posición. Mira el esquema eléctrico que representamos a continuación para que lo puedas entender.

Protección contra inversiones y sobretensiones mejorada

Si se invierte la polaridad de la alimentación, el polo positivo quedará en la parte inferior. Entonces, el diodo rectificador conducirá y enviará a la puerta del SCR el impulso que necesita para cebarlo. A partir de aquí ya conoces lo que ocurre.

Con solo dos SCR, un zener, un rectificador y dos resistencias tendremos protegido nuestro equipo contra cualquier eventual subida de tensión o inversión de polaridad. Pero la mejor noticia es que solo tendremos que cambiar el fusible, siempre y cuando (esto hay que dejarlo muy claro) que se respete su valor y no se coloque en su lugar un hilo de cobre para salir del paso.

Hemos preparado un video en el que te mostramos como funciona este sistema a base de rectificadores controlados de silicio (SCR), tambien llamados tiristores.

No obstante todo lo anterior, el circuito podría simplificarse todavía más. ¿Como?. Sigue leyendo.

Banner

PROTECCIÓN GLOBAL MÁS SIMPLIFICADA
Aún podríamos simplificar más nuestro circuito de protección sin perder nada de sus excelentes prestaciones.

Hasta aquí, el nuevo componente que hemos usado para implementar los anteriores circuitos es el SCR. Dicho componente es un dispositivo "unidireccional", es decir, solo puede conducir la corriente eléctrica en un sentido. Sin embargo hay otra posibilidad; se llama "triac".

Podemos considerar al triac como dos SCR en antiparalelo con sus "gates" unidas. Algo así como lo mostrado en la siguiente imagen.

Dos SCR equivalen a un triac

Después de saber esto, es lógico pensar que este componente electrónico no dispone de un ánodo ni de un cátodo "predefinidos". Dicho de otra manera y dejando de lado el electrodo que se sigue denominando "gate" (G) o "puerta", a los otros dos electrodos se les suele llamar "ánodo 1" o "A1" y "ánodo 2" o "A2", aunque para muchos es mas correcto llamarlos "MT1" y "MT2", siglas provinientes del inglés "Main Terminal 1" y "Main Terminal 2".

Banner

El triac es un dispositivo "bidireccional" pues tiene la facultad de poder conducir en ambos sentidos y su cebado se consigue tanto con impulsos positivos como negativos aplicados al gate.

El esquema eléctrico que proponemos para este último circuito, que protege tanto contra inversiones como contra sobretensiones, es el siguiente:

Protección contra inversiones y sobretensiones con triac

En condiciones normales, es decir, con una tensión de entre 12V y 13,8V aplicada con la polaridad correcta, el zener no conduce al no llegar a su tensión de cebado. Sin embargo, al superarse los 15 voltios el zener comienza a conducir y entonces ceba al triac que también se vuelve conductor y produce un cortocircuito franco que acaba fundiendo el fusible.

Si por contra se aplica una tensión con la polaridad invertida, entonces el zener conduce desde el primer momento al estar polarizado en directa. Al conducir el zener ceba al triac y se produce la interrupción del fusible.

Recordad que debeis elegir tanto los SCR como el triac de una intensidad de corriente máxima suficientemente superior a la que soporta el fusible montado en el circuito. De esta manera os asegurareis que, en caso de incidencia, solo salte el fusible y no se dañe nada más.

Aunque la tendencia general como humanos es pensar... "esto nunca me va a pasar a mi", podemos asegurar que puede pasarle a cualquiera por muy precavido que sea. Entonces nos alegraremos de haber tenido la precaución de instalar alguno de estos dispositivos.

Esperamos que os haya sido de provecho. ¡Hasta otra amigos!.

 
C O M E N T A R I O S   
  • Responder citando
  • Citar
Mejora con Relay

#1 Javier Gaige » 18-03-2018 05:56

Buenos días una consulta al circuito que has diseñado que me parece excelente, sería posible mejorarlo colocándole un Ray Ray que en condición de normalmente cerrado conduzca alimentación y cuando se produzca una sobre tensión o una inversión de polaridad se abra?.

De esta manera se podría evitar el tener que reemplazar el fusible y simplemente todo vuelve el regla y volvería su condición inicial conduciendo la alimentación al cesar la sobre Tensión o al cortar el cortocircuito espero sus comentarios y a ver si me podría enviar el circuito como sería con un regla y obviamente que esté ready like tendría que tener la cantidad de corrientes o por soportar la cantidad de corriente necesaria para alimentar el equipo no en este caso por ejemplo de no sé 3 o 4 amp

Por favor, usa el sistema de comentarios de manera responsable.

Puedes hacer consultas, exponer tus dudas, solicitar ayuda y añadir información adicional sobre el tema tratado en el artículo.

Muchas gracias de antemano por tu colaboración.

Escribir un comentario



Código de seguridad
Refescar

Esta web utiliza cookies. Puedes ver nuestra política de cookies aquí. Si continuas navegando estás aceptándola.
Política de cookies +