Circuito de Protección contra Sobretensión con Diodo Zener

Cómo Construir un Circuito de Protección contra Sobretensión usando Diodo Zener

Los circuitos y componentes modernos priorizan la seguridad. Aunque las fuentes de alimentación actuales son fiables, siempre existe riesgo de fallo. Un modo crítico es el cortocircuito del elemento regulador en serie (transistor o FET), lo que hace aparecer la tensión de entrada sin regular en la salida, dañando los circuitos alimentados. La protección contra sobretensión minimiza o elimina este daño.

Existen protecciones contra cortocircuito, polaridad inversa y sobre/subtensión. Fusibles y magnetotérmicos (MCB) son comunes, pero este proyecto busca superar sus limitaciones: un fusible se funde y hay que reemplazarlo; no actúa lo bastante rápido para proteger ICs sensibles.

La protección contra sobretensión actúa cuando la tensión de entrada supera un valor preestablecido. El circuito "crowbar" (garrote) es una topología clásica para esto.

Métodos de Protección con Diodo Zener

Circuito Regulador de Tensión Zener

Usa un diodo Zener para regular la tensión de salida, protegiendo la carga. Sin embargo, no desconecta la alimentación si la tensión supera el límite; la salida sigue entregando tensión (la del Zener).

Circuito de Protección contra Sobretensión (Crowbar)

Diseñado para cortar la alimentación a la carga cuando la tensión supera el umbral establecido. Es la opción más segura.

Materiales Necesarios

• Diodo Zener 1N4740A (10V, 1W)
• Transistor PNP FMMT718
• Resistencias: 1k, 2.2k, 6k Ω
• Transistor NPN 2N2222

Componentes Clave

Diodo Zener

Permite el flujo de corriente en ambas direcciones cuando la tensión supera su tensión Zener (Vz). Tiene una unión p-n muy dopada. Funciona por efecto Zener (voltajes bajos) o ruptura por avalancha (voltajes altos). Usos: fuentes estabilizadas de baja potencia, protección contra sobretensión y descargas electrostáticas.

Transistor NPN 2N2222

Transistor bipolar NPN de propósito general, conmutación y amplificación de baja potencia, alta velocidad. Muy común, bajo coste, maneja corrientes relativamente altas para su tamaño. Encapsulado TO-92.

Pin	Función
1	Emisor
2	Base
3	Colector (conectado a carcasa)

Transistor PNP FMMT718

Transistor PNP de montaje superficial (SOT-23). Con base a tierra conduce (polarización directa); con señal en base se corta (polarización inversa). Baja tensión de saturación colector-emisor (Vce(sat)), ideal para minimizar caída de tensión en el circuito de protección.

Pin	Nombre	Descripción
1	Colector	Corriente entra por colector
2	Base	Controla polarización
3	Emisor	Corriente sale por emisor

Circuito Regulador Zener (No desconecta la carga)

El umbral de desconexión coincide con la tensión Zener (~5.1V para 1N4740A). Cuando la tensión de salida sube, aumenta Vbe de Q1, que conduce menos, reduciendo la tensión de salida y manteniéndola casi constante. No aísla la carga ante fallo grave.

Circuito de Protección Crowbar (Desconecta la carga)

Funcionamiento Normal (Tensión < Umbral)

• Base de Q2 (2N2222) HIGH → Q2 OFF.
• Base de Q1 (FMMT718) LOW → Q1 SATURADO (conduce).
• La carga recibe alimentación.

Sobretensión (Tensión > Umbral)

• El Zener D2 entra en ruptura → conduce.
• Base de Q2 a tierra → Q2 SATURADO (conduce).
• Base de Q1 sube a HIGH → Q1 CORTA (no conduce).
• La carga queda aislada de la fuente, protegida contra el pico.

El uso del FMMT718 (bajo Vce(sat)) minimiza la caída de tensión en condiciones normales.