Hoy os dejo un circuito de protección contra sobrecargas y cortocircuitos, el cual es de cosecha propia, y os puede servir para proteger fuentes de alimentación o similares contra sobretensión. Es mi primer circuito, por lo que seguramente los habrá mejores, pero por algo hay que empezar 😛

Este circuito se puede usar junto con otras protecciones, como por ejemplo un fusible para añadirle más protección, protección contra polaridad inversa…

Este circuito es bastante básico, y en él combino una resistencia Shunt para medir la corriente, junto con un amplificador operacional que amplifique el voltaje a un valor aceptable, y otro que funcione como un Schmitt Trigger. Si no sabes que es un Schmitt Trigger, te recomiendo que te pases por mi otro post sobre qué es y para qué sirve. Con ayuda de este Schmitt Trigger conseguimos que este circuito de protección contra sobrecargas y cortocircuitos se mantenga en modo protección hasta que se desconecte la carga o aumente mucho la resistencia.

Funcionamiento

El circuito consta de tres etapas y una resistencia shunt que tiene que ser de un valor bajo para afectar lo mínimo al circuito. Esta resistencias shunt puede ser del orden de 100mΩ, lo cual provocará una caída de 100mV en ella por cada amperio que circule y nos permitirá calcular la corriente.

Debido a que la tensión en la resistencia shunt es bastante baja, lo primero que haremos será amplificar dicha tensión para que nos sea útil. De esto se encarga el primer amplificador operacional, el cual está configurado en amplificador no inversor y con una ganancia de 20. Con esta ganancia, conseguiremos una salida de 2v por cada amperio que circule (0.1v * 20 = 2v).

Una vez amplificada la tensión, pasaremos a la segunda etapa, la cual consta de un amplificador operacional en configuración Schmitt Trigger. Este circuito hace que la protección sólo se dispare cuando su entrada no inversora alcance cierto voltaje, permitiéndonos decidir con que corriente se disparará la protección contra sobrecargas y cortocircuitos. En el ejemplo de arriba el Trigger se dispara a un voltaje de 4v, y se desactiva cuando el voltaje baja de 1v. Teniendo en cuenta que la etapa anterior genera 2v por cada A que circule por el circuito, quiere decir que la protección se disparará cuando circulen más de 2A.

La tercera y última etapa, consta de un transistor BJT utilizado para controlar el relé. Dicho relé activará la protección al superarse la corriente máxima. Si os fijáis en el circuito, la conexión del Amplificador operacional que medirá la tensión no está junto al Shunt. Esto es para mantener el circuito de protección aunque se desactive el relé y mientras exista carga. De otra forma el relé empezaría a oscilar, provocando que la tensión se active y desactive continuamente.

Paso a paso

Aquí os explicaré paso a paso cómo funciona el circuito, aunque arriba ya he explicado la mayor parte.

  • Con el circuito en reposo y sin carga, el relé está en reposo y mantiene el circuito cerrado.
  • Cuando se conecta la carga (en la imagen un voltímetro), la corriente circula normalmente. Según aumenta la corriente por el circuito, aumenta la tensión entre los pines de la resistencia shunt (R3). Al superar el límite preconfigurado de 2A, el voltaje es tan alto que dispara el Schmitt Trigger, activando el transistor y el relé.
  • Una vez el circuito entra en modo protección, el relé se abre y provoca que el voltaje en la entrada no inversora del amplificador operacional sea prácticamente el de la fuente. Para conseguir que baje de los 0.05v y que la protección se desactive, habría que desactivar la carga. Una vez hecho, el circuito volverá a funcionar con normalidad.

¿Y si quiero más corriente?, ¿o menos?

Para modificar la corriente máxima a la que se dispara el circuito de protección contra sobrecargas y cortocircuitos, podemos hacerlo de varias maneras:

  • Modificar la resistencia shunt, lo cual modifica el voltaje entre sus pines. Con una resistencia de 50mΩ conseguiremos que caiga la mitad de tensión, y por lo tanto se dispare a los 4A. Con una de 200mΩ conseguiremos lo contrario, y se disparará con 1A.
  • Modificar la ganancia del primer amplificador operacional. Esto se puede hacer simplemente modificando R4, la cual puede ser cambiada por una resistencia variable para que la protección sea ajustable.
    Para más información acerca de cómo calcular la ganancia, te recomiendo que te pases por el siguiente enlace. Esta quizá sea la forma más fácil y cómoda de hacerlo
  • También podemos modificar el voltaje de disparo del Schmitt Trigger, haciendo que en lugar de dispararse a lo 4v se dispare con 3v. Con esto la corriente máxima bajará de 2A a 1.5A. Esta opción es casi la menos recomendad, ya que también modifica el voltaje a la que se desactiva la protección. Al mover el voltaje un voltio hacia abajo (3v), el rango de disparo inferior aumenta de 1v a 2v.

Bueno, y hasta aquí el circuito de protección contra sobrecargas y cortocircuitos. Como siempre, espero que os haya gustado, y cualquier duda o comentario no dudes en escribir abajo.

¡Un saludo!

Daniel Carrasco

DevOps con varios años de experiencia, y arquitecto cloud con experiencia en Google Cloud Platform y Amazon Web Services. En sus ratos libres experimenta con Arduino y electrónica.

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