Interruptor Automático Electrónico: Diseño, Esquemático y Funcionamiento Explicados

Interruptor Automático Electrónico – Diagrama, Funcionamiento y Aplicaciones

Los dispositivos CA que usamos en casa tienen un límite para manejar corriente y tensión. Estos umbrales se llaman valores nominales del dispositivo, y son las mediciones dadas por fabricantes en el rango donde el dispositivo funcionará correctamente. No solo son necesarios para operación óptima, sino que por encima de ellos el dispositivo puede dañarse. Un dispositivo defectuoso a veces daña otros conectados a la misma red.

Estos problemas ocurren por fluctuaciones de tensión de la red eléctrica, generalmente inevitables. Estos picos de tensión dañan muchos dispositivos electrónicos, desde pequeños electrodomésticos hasta grandes máquinas industriales. Este artículo trata cómo hacer un interruptor automático electrónico que use su circuitería para proteger dispositivos de picos de tensión repentinos y desconectar la carga de la red.

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Diagrama del Circuito del Interruptor Automático Electrónico

Un diagrama esquemático del circuito se muestra a continuación:

Componentes Necesarios para el Interruptor Automático Electrónico

1. Amplificador Operacional LM358
2. Regulador 7805 = +5V
3. Relé = 5V
4. Transistores BC547 = 2 Unidades
5. Transformador reductor = 12V
6. Potenciómetro variable = 10kΩ
7. Puente de diodos
8. Resistencias = 1kΩ, 2kΩ, 2.2kΩ, 5.1kΩ y 10kΩ
9. Condensadores = 0.1µF, 10µF y 100µF

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LM358

El CI LM358 es un amplificador operacional (Op-Amp) de doble canal y bajo consumo. Tiene dos Op-Amps internamente compensados en frecuencia, independientes y de alta ganancia. Diseñado para funcionar con una sola fuente de alimentación y operar en amplio rango de tensiones. Sus aplicaciones incluyen bloques de ganancia CC, amplificadores de transductores y circuitos Op-Amp convencionales. Encapsulado de 8 pines.

El pinout se muestra en la figura siguiente.

La estructura interna muestra dos Op-Amps independientes. Pines 1 y 7 = salidas. Pines 3 y 5 = entradas no inversoras. Pines 2 y 6 = entradas inversoras. Pines 4 y 8 = tierra y VCC respectivamente.

Características destacadas:

1. Dos Op-Amps internamente compensados en frecuencia (punto fuerte)
2. Rango fuente simple: 3-32 V
3. Rango fuente dual: ±1.5V a ±16V
4. Ganancia de tensión: 100dB, ancho de banda: 1 MHz
5. Consumo de corriente muy bajo: ~500µA
6. Pequeña tensión de offset de entrada: ~2mV
7. Tensión de modo común incluye potencial de tierra
8. Tensión diferencial de entrada y tensión de alimentación comparables

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CI Regulador 7805

Los circuitos con fuentes de tensión pueden tener fluctuaciones que impiden salida fija. El CI Regulador 7805 es un regulador lineal de tensión fija popular para mantener estas fluctuaciones. Aplicaciones principales:

1. Regulador de salida fija
2. Regulador positivo en negativo
3. Regulador de salida ajustable
4. Regulador de corriente
5. Regulador de tensión CC ajustable
6. Fuente dual regulada
7. Circuito de protección contra inversión de polaridad de salida
8. Circuito de proyección de polaridad inversa

Pin	Nombre	Función
1	Entrada	Aplicar tensión no regulada para obtener salida regulada
2	Tierra	Conectado a tierra
3	Salida	Salida señal de tensión regulada

El CI alcanza máxima eficiencia con entrada de 7.2V. Disipa mucha energía en forma de calor (diferencia entre entrada y salida). Si la diferencia es alta, más calor. El orificio en el encapsulado permite conectar disipador de calor.

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Transistor BC547

El BC547 es un transistor bipolar de unión NPN. Usado principalmente para conmutación y amplificación. La pequeña corriente en base controla corrientes mayores en colector y emisor. Aplicaciones básicas: conmutación y amplificación. Pinout a continuación:

Funcionamiento sencillo: al aplicar tensión de entrada en sus terminales, circula corriente de base a emisor controlando la corriente en colector. La tensión base-emisor es negativa en emisor y positiva en base para su construcción NPN.

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Relé

Un relé es un interruptor accionado eléctrica, electromagnética o electrónicamente. Puede tener cualquier número de contactos en múltiples formas: contactos de trabajo, reposo, o combinación. Los relés controlan un circuito mediante señal independiente de baja potencia, o donde varios circuitos deben controlarse por una señal. La forma tradicional usa electromagnetismo para abrir/cerrar contactos, pero existen otros principios como relés de estado sólido que usan propiedades semiconductoras sin partes móviles. Pinout de relé 5V usado en el circuito:

Pin	Nombre	Descripción
1	Bobina 1	Para activar el relé
2	Bobina 2	Para activar el relé
3	Común (COM)	Conectado a un extremo de la carga
4	Normalmente Cerrado (NC)	Si el otro extremo conecta aquí, la carga permanece conectada antes de activar
5	Normalmente Abierto (NA)	Si el otro extremo conecta aquí, la carga permanece desconectada antes de activar

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Funcionamiento del Interruptor Automático Electrónico

Conecte los componentes correctamente según el diagrama. El circuito tiene tres partes que se conectan para formar un circuito único:

• Módulo de Potencia
• Módulo Op-Amp
• Módulo Relé

Las tres secciones se discutirán a continuación.

Módulo de Potencia

El Op-Amp es el controlador del interruptor automático. Requiere alimentación regulada de 5V. Alimentaremos el circuito desde la red (CA ~220V). Primero debemos reducir la tensión de red.

Usamos un transformador reductor (12V en nuestro caso). Esta tensión CA de 12V se rectifica con puente de diodos a CC. La salida da ~12V CC. Esto se regula con el CI LM7805. Podemos mapear la tensión de salida del módulo entre 0-5V usando un divisor de tensión con resistencia variable. Cambiando el potenciómetro obtenemos diferentes tensiones. También puede usar circuito convertidor 12V a 5V.

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Módulo Op-Amp

El módulo Op-Amp es la parte principal donde ocurre la comparación de tensiones. Como el interruptor protege contra picos de alta y baja tensión, debemos considerar ambos casos. Cada caso tiene su circuito individual conectado al circuito principal en la conexión etiquetada.

El Op-Amp se usa en modo diferencial. De todas sus aplicaciones, lo usamos como comparador de tensión. Este comparador dará salida alta o baja tras comparar tensiones en dos terminales. Los umbrales de tensión para límite inferior y superior se ajustan con redes de resistencias.

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Módulo Relé

Una vez que tenemos alimentación adecuada para el Op-Amp y funcionan como deben, debemos pensar en el funcionamiento tras detectar pico de alta o baja tensión por el interruptor automático electrónico.

El pico de tensión se obtiene del módulo Op-Amp. Basado en las salidas de los Op-Amps, el relé se activará. Cuando ambas salidas de los Op-Amps son altas, solo entonces el relé se activa y la carga CA se conecta directamente a la red. Hay una resistencia adicional de 1k ohm para limitación de corriente.

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