Curso de Electrónica Básica #2.17 – Componentes de Protección
Curso de Electrónica Básica #2.17 – Componentes de Protección Introducción En cualquier circuito electrónico, además de diseñar correctamente la función que queremos realizar, es fundamental tener en cuenta la protección de los componentes y del propio sistema. Un circuito puede funcionar perfectamente en condiciones normales y aun así sufrir daños debido a situaciones como una sobrecorriente, una sobretensión, un cortocircuito, una inversión de polaridad, una descarga electrostática o un transitorio producido por una carga inductiva. Por esta razón existen diferentes componentes electrónicos de protección, diseñados para limitar, desviar, absorber o interrumpir condiciones eléctricas que podrían poner en riesgo un circuito. Estos componentes están presentes tanto en circuitos sencillos como en equipos industriales, fuentes de alimentación, sistemas de control, computadores, automóviles, equipos de telecomunicaciones y prácticamente cualquier dispositivo electrónico. En este capítulo del Curso de Electrónica Básica, conoceremos algunos de los componentes de protección más importantes, entre ellos los fusibles, varistores, diodos TVS, termistores, diodos para protección contra polaridad inversa y otros dispositivos utilizados para proteger los circuitos electrónicos. ¿Por qué son necesarios los componentes de protección? Los componentes electrónicos tienen límites eléctricos que no deben superarse. Por ejemplo, un circuito integrado puede estar diseñado para trabajar con una determinada tensión de alimentación. Si aparece una sobretensión, sus estructuras internas pueden resultar dañadas. De la misma manera, un transistor puede soportar una determinada corriente máxima. Si una falla provoca que circule una corriente excesiva, el componente puede calentarse y terminar deteriorándose. Entre las situaciones que pueden provocar daños encontramos: La función de los componentes de protección es evitar que estas condiciones alcancen niveles peligrosos o, cuando esto no es posible, interrumpir el circuito para evitar daños mayores. Clasificación de los componentes de protección No todos los componentes de protección funcionan de la misma manera. Podemos clasificarlos según el fenómeno contra el cual protegen. Protección contra sobrecorriente Se utilizan principalmente: Protección contra sobretensión Podemos utilizar: Protección contra inversión de polaridad Se utilizan: Protección contra temperatura Se pueden utilizar: Cada componente tiene una función diferente y, en muchos circuitos, es necesario utilizar varios de ellos al mismo tiempo. El fusible Uno de los componentes de protección más conocidos es el fusible. Su función principal es proteger un circuito contra una corriente excesiva. El principio de funcionamiento es bastante sencillo. El fusible contiene un elemento conductor diseñado para calentarse cuando circula una corriente superior a la permitida. Si la corriente supera determinado valor durante el tiempo suficiente, el elemento se funde y abre el circuito. De esta manera se interrumpe el flujo de corriente antes de que otros componentes sufran daños mayores. ¿Cómo funciona un fusible? Supongamos que tenemos una fuente de alimentación que normalmente consume 1 A. Podríamos utilizar un fusible adecuado para la corriente normal de funcionamiento y las características del circuito. Si ocurre un cortocircuito y la corriente aumenta considerablemente, el fusible actúa y desconecta la alimentación. Esto permite proteger: Característica importante del fusible Un fusible no responde únicamente a la magnitud de la corriente, sino también al tiempo durante el cual circula dicha corriente. Por esta razón existen diferentes tipos de fusibles. Fusibles rápidos Actúan rápidamente ante una sobrecorriente. Son apropiados para circuitos donde una corriente excesiva puede dañar rápidamente componentes sensibles. Fusibles retardados Permiten determinados picos de corriente durante un tiempo corto. Son útiles, por ejemplo, en circuitos donde existen corrientes de arranque. Fusible rearmable PTC Otro dispositivo utilizado para protección contra sobrecorriente es el PTC rearmable, también conocido como fusible rearmable. PTC significa Positive Temperature Coefficient, es decir, coeficiente de temperatura positivo. Su resistencia aumenta considerablemente cuando aumenta su temperatura. En condiciones normales, presenta una resistencia relativamente baja y permite que la corriente circule. Si aparece una sobrecorriente, el dispositivo se calienta y su resistencia aumenta considerablemente. Como consecuencia, la corriente queda limitada. Una de sus principales ventajas es que, después de desaparecer la condición de falla y disminuir su temperatura, puede volver a un estado de baja resistencia. Por esta razón se denomina fusible rearmable. El diodo Zener como componente de protección El diodo Zener, estudiado anteriormente en este curso, también puede utilizarse como componente de protección. Cuando se conecta adecuadamente, puede limitar la tensión de un circuito. Por ejemplo, si queremos proteger una entrada electrónica frente a una tensión que supere determinado nivel, un Zener puede conducir cuando la tensión alcanza su zona de ruptura. Sin embargo, debemos tener en cuenta que el Zener debe trabajar dentro de sus límites de corriente y potencia. Por esta razón, normalmente se utiliza acompañado de otros componentes que limiten la corriente. El diodo TVS Uno de los componentes específicamente diseñados para protección contra transitorios es el diodo TVS. TVS significa Transient Voltage Suppressor, o supresor de tensión transitoria. Su función es responder rápidamente ante un aumento repentino de tensión y limitar el pico a un nivel más seguro. Los diodos TVS son especialmente útiles cuando se necesita proteger circuitos electrónicos sensibles frente a: Funcionamiento del TVS En condiciones normales, el TVS permanece prácticamente sin conducir. Cuando aparece un transitorio y la tensión supera determinado nivel, el dispositivo comienza a conducir una corriente elevada y desvía la energía del transitorio. De esta manera, la tensión que llega al circuito protegido puede mantenerse dentro de un nivel más seguro. Una característica muy importante del TVS es su rápida respuesta. Esto permite utilizarlo para proteger componentes electrónicos que pueden resultar dañados por pulsos de tensión muy breves. TVS unidireccional y bidireccional Los diodos TVS pueden encontrarse en diferentes configuraciones. TVS unidireccional Está diseñado principalmente para proteger líneas donde la tensión tiene una polaridad definida. Es común encontrarlo en circuitos de alimentación DC. TVS bidireccional Puede limitar transitorios de ambas polaridades. Es especialmente útil en determinadas líneas de señal o sistemas donde la tensión puede variar en ambos sentidos. La selección depende de las características de la señal que queremos proteger. El varistor MOV Otro componente muy importante para protección contra sobretensiones es el varistor de óxido metálico, conocido como MOV (Metal Oxide Varistor). El MOV presenta una resistencia que depende de
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