Protección electrónica a sobrevoltaje

Actualmente, la alimentación de circuitos electrónicos suele pasar por circuitos reguladores de tensión lineales o conmutados, o simplemente por fusibles de protección.

Sin embargo, hay situaciones en las que por economía, tiempo de respuesta, espacio o eficiencia, no conviene incluir un sistema de protección este tipo.

El circuito de protección que propongo es totalmente de estado sólido y bastante económico, porque está compuesto de un simple par de transistores, bastante comunes.

El voltaje de corte se ha fijado en 54 voltios, para adaptarlo a un circuito que trabaja a 48V, pero se puede modificar fácilmente para un voltaje menor de corte.

El circuito de protección se basa en una idea simple: un circuito de conmutación electrónico controlando al resto de circuitos con un detector de sobrevoltaje y por supuesto con un consumo mínimo. Su diseño no entraña gran dificultad salvo por la necesidad de obtener el transistor adecuado (De un alto voltaje  colector-emisor y de pequeño tamaño).

Se logró un consumo de 0.3 mA para esta etapa de protección y un voltaje  de corte de aprox. 54 voltios.

El sistema de protección se compone de una red divisora constituida por R10 y R11 que sirve como referencia para activar al transistor Q2 que pasa de no-conducción a activa cuando el voltaje de alimentación supera un cierto valor que depende de las características intrínsecas de la unión PN en base-emisor. Este leve estado de conducción se ve amplificado por Q3 que conduce cuando Q2 pase a corte, entonces R12 proporciona la corriente necesaria para saturar a Q3. Como normalmente R12 está polarizado (con Q2 en corte) debe tener un valor alto para evitar las pérdidas de consumo en reposo. Se puede deducir que la mayor fuente de consumo es precisamente esta resistencia y calculando se obtiene 50V/220K = 0.22 miliamperios. La red R10 – R11 apenas consume lo necesario para completar los casi 0.3 mA de corriente en reposo.

Q3 es fácilmente saturado porque el consumo total de la carga es pequeño (alrededor de 8mA) y la caída de voltaje entre colector y emisor le restan tan sólo 0.15 V. Q3 es un tipo especial de transistor que permite soportar hasta 300V entre colector y emisor. Por lo tanto también el circuito podrá resistir este voltaje. Los ensayos se realizaron sólo con 150V que es el mayor valor al que va a estar sometido pero si los datos técnicos son verdaderos podría llegar hasta los 300V.

Para que este circuito de protección funciones correctamente, es necesario que se le conecte con la polaridad adecuada, de otra forma se podría producir la destrucción del circuito.

Por eso, por protección, y también para hacer que la alimentación sea independiente de la polaridad se puede incluir un puente rectificador para corregir el voltaje de entrada a la polaridad necesaria.

El funcionamiento del circuito es simple. Si el voltaje de entrada, supera el valor de 54V, el transistor Q3 se abre y desconecta al circuito. La velocidad de respuesta, aunque no la he medido, es tan alta como la velocidad de conmutación de los transistores, en cascada.

Notar que el corte de voltaje se hace en la línea que va del puente de diodos a tierra, y no en la línea positiva como se esperaría. Esto se hace por comodidad, debido a que el transistor de corte Q3 es de tipo NPN.

Con esto termina la descripción de este sencillo pero útil circuito, que podría ser adaptado, con poco esfuerzo, a diversos voltajes de trabajo.