El fusible es un dispositivo de protección vital para muchos dispositivos electrónicos. Simplemente controlan la corriente consumida por el circuito / carga y, en caso de que fluya corriente insegura a través del circuito, el fusible se fundirá y evitará que la carga / circuito se dañe por esa alta corriente. Este tipo de fusible se llama fusible mecánico y hay muchos tipos de fusibles, como los de acción rápida, de acción lenta, etc., pero tienen un inconveniente común. Cuando se quema un fusible, el consumidor / operador debe reemplazarlo para que el dispositivo vuelva a funcionar normalmente. Esta es la razón por la que muchos dispositivos electrónicos antiguos, como una tostadora o un hervidor eléctrico, tenían un fusible de repuesto junto con el producto.
Para superar este inconveniente, la mayoría de los dispositivos electrónicos modernos utilizan un fusible electrónico. Un fusible electrónico tiene el mismo propósito que un fusible mecánico, pero no requiere reemplazo. Tiene un interruptor electrónico de potencia en el interior que cierra y abre el circuito según sea necesario. En el improbable caso de una falla, el interruptor abre el circuito y lo aísla de la fuente de alimentación, una vez que regresa la condición favorable, el fusible se puede restablecer con solo hacer clic en un botón. No hay problema en comprar un fusible de valor adecuado y reemplazarlo por el antiguo. Interesante verdad? !! Entonces, en este tutorial aprenderemos cómo construir un circuito de fusible electrónico, cómo funciona y cómo podría usar uno en sus diseños.
Diagrama del circuito del fusible electrónico:
El diagrama de circuito completo para un circuito de fusible electrónico se muestra a continuación. Como se muestra en el circuito, involucra solo unos pocos circuitos y, por lo tanto, es fácil de construir e implementar en nuestros diseños.
Aquí el circuito está construido para monitorear la corriente de operación de un motor (CARGA), que opera a 12V. Puede reemplazar la carga con cualquier circuito cuya corriente esté tratando de monitorear. La resistencia R1 determina cuánta corriente se puede permitir a través del circuito antes de que el circuito reaccione ante un escenario de sobrecorriente. Discutiremos la funcionalidad de cada componente y cómo elegir los valores según sus requisitos.
Trabajando:
El funcionamiento del circuito de fusibles electrónicos se puede comprender fácilmente observando cómo funciona el SCR. En condiciones normales, el usuario debe presionar el botón para conectar la carga a la fuente de alimentación. Cuando se presiona el botón, el pin Gate del SCR se conecta a la fuente de voltaje a través de una resistencia de 1K. Esto activará el SCR y, por lo tanto, cerrará la conexión entre el pin cátodo y el ánodo. Una vez que se cierra la conexión, la corriente comienza a fluir desde la Fuente (+ 12V) a la carga a través del pin Ánodo a Cátodo del SCR.
Cuando se suelta el botón, el SCR permanecerá encendido porque no hay un circuito de conmutación para apagarlo. Por lo tanto, el SCR se bloquea en el estado ON y permanece allí hasta que la corriente fluye a través de la corriente de retención del SCR.
¿Qué se entiende por conmutación en tiristores (SCR)?
Una vez que un tiristor se enciende mediante una señal, no se apaga por sí solo cuando se elimina la señal. Entonces, para apagar un tiristor, necesitamos un circuito externo y este circuito se llama circuito de conmutación. El proceso de encender un tiristor al proporcionar un pulso de puerta se llama activación y el proceso de apagar un tiristor se llama conmutación.
¿Qué mantiene corriente en un tiristor (SCR)?
La corriente de retención (no confunda esto con la corriente de enclavamiento) es el valor mínimo de corriente que debe fluir a través del pin de ánodo y cátodo de un tiristor para mantenerlo encendido. Si el valor de la corriente llega por debajo de este valor, el tiristor se apaga por sí solo sin ninguna conmutación externa.
El SCR utilizado en nuestro circuito es TYN612, que tiene una corriente de retención máxima de 30 mA (consulte la hoja de datos para conocer el valor), por lo que si la corriente que fluye a través del ánodo y el cátodo es inferior a 30 mA, el SCR se apagará. Aislando así la potencia de la carga.
La resistencia R1 (0.2 ohmios) y el transistor (2N2222A) juegan un papel vital en apagar el SCR. En condiciones normales, cuando la carga (motor) está funcionando, extrae corriente a través de la resistencia R1. De acuerdo con la ley de Ohm, la caída de voltaje a través de la resistencia se puede calcular mediante
Voltaje a través de la resistencia = Corriente a través del circuito x Valor de la resistencia
Entonces, de acuerdo con las fórmulas, la caída de voltaje a través de la resistencia es directamente proporcional a la corriente que fluye a través de los circuitos. A medida que aumenta la corriente, la caída de voltaje a través de la resistencia también aumentará, cuando esta caída de voltaje exceda el valor de 0,7 V. El transistor se enciende porque la resistencia está conectada directamente a través de la base y el pin del emisor del transistor. Cuando el transistor se cierra, la corriente completa requerida para que el circuito fluya a través del transistor momentáneamente durante el cual el SCR se apaga ya que la corriente que lo atraviesa ha ido por debajo de la corriente de retención y la caída de voltaje a través de la resistencia también obtiene 0 V ya que no fluye corriente a través de él.. Finalmente, el transistor y el SCR se apagan y la carga (motor) también se aísla de la fuente de alimentación.El trabajo completo también se ilustra con la imagen GIF a continuación.
Se coloca un amperímetro a través de la resistencia para monitorear la corriente que fluye a través del terminal ánodo cátodo del SCR. Esta corriente no debe ir por debajo de la corriente de mantenimiento del SCR (la corriente de mantenimiento del SCR en la simulación es de 5 mA), si desciende por debajo de este valor, el SCR se apagará. También se coloca un voltímetro a través de la resistencia de 150 ohmios para monitorear el voltaje a través de él y verificar si el transistor NPN se activa antes de que se cierre el SCR.
Hardware:
Como se dijo anteriormente, este circuito tiene un número mínimo de componentes, involucra un SCR, un transistor y un par de resistencias. Por lo tanto, se puede analizar fácilmente construyéndolo en una placa de pruebas. Nuevamente, depende de su aplicación. Si está planeando algo que sea más de 2A, no se recomienda la placa de pruebas. Construyo el circuito de fusibles electrónicos en una placa de pruebas y se veía algo así a continuación.
Como puedes ver en la imagen he usado una tira de LED como mi carga, puedes usar una carga diferente o incluso conectar tu circuito que tiene que estar protegido. Para conectar la carga a la fuente de alimentación debemos presionar el botón que encenderá el SCR. También tenga en cuenta que he usado una resistencia de 2W 0.2 Ohm como mi R2, ya que tenemos que permitir un gran valor de corriente, siempre es importante considerar la potencia nominal de esta resistencia.
Como no pude crear una condición de falla al aumentar la clasificación de corriente, reduje el voltaje para crear una falla y así reducir la corriente a través del SCR. Alternativamente, también puede cortocircuitar el pin del emisor del colector del transistor con un cable, esto hace que la corriente fluya a través del cable y no a través del SCR y, por lo tanto, el SCR se apagará. Una vez que se ha producido y recuperado la falla, el circuito se puede encender nuevamente presionando el botón como antes. El funcionamiento completo del circuito también se muestra en el video a continuación. Espero que hayas entendido el circuito y hayas disfrutado aprendiéndolo. Si tiene alguna duda, no dude en publicarla en la sección de comentarios a continuación o utilice los foros para obtener ayuda técnica.
Limitaciones:
Como todo circuito, esto también tiene ciertas limitaciones. Si cree que estos afectarán su diseño, entonces debería buscar una alternativa.
- Toda la corriente de carga fluye a través de la resistencia R2, por lo que hay una pérdida de potencia a través de ella. Por lo tanto, este circuito no es adecuado para aplicaciones que funcionan con baterías.
- La corriente nominal para la que está diseñado el fusible no será precisa, ya que cada resistencia variará un poco y, a medida que envejece, la propiedad de la resistencia también cambiará.
- Este circuito no reaccionará ante picos de corriente repentinos ya que el transistor requiere algo de tiempo para reaccionar a los cambios.