Cómo los Circuitos Limitadores de Corriente Protegen Electrónica y Fuentes de Alimentación

Un circuito limitador de corriente ayuda en las fuentes de alimentación asegurando protección general donde pueda haber sobrecarga o cortocircuitos.

Generalmente, encontrarás limitadores de corriente instalados en componentes electrónicos para prevenir daños futuros durante la alimentación. Están entre las características estándar necesarias para regular fuentes de alimentación de Circuitos Integrados (ICs).

Lo anterior y más es lo que vamos a exponer en este artículo.

1. ¿Qué es el Circuito Limitador de Corriente?

En términos simples, los limitadores de corriente previenen daños a los circuitos limitando corrientes de una fuente de alimentación regulada. De esta manera, el único nivel máximo de corriente que un circuito electrónico puede determinar será aplicable a largo plazo.

(circuitería electrónica)

Entonces, ¿por qué necesitamos el limitador de corriente?

Porque puedes usar los limitadores de corriente en varias aplicaciones, es mejor asegurar la longevidad y seguridad de los componentes electrónicos. Eventualmente, tendrás protección de corriente en los dispositivos.

A menudo, usarás los circuitos limitadores de corriente en fuentes de alimentación lineales o incluso aplicarás técnicas de detección en fuentes de alimentación conmutadas. Otras veces, puedes usar el circuito controlador de corriente en el funcionamiento de un LED de alta potencia.

Tocaremos ambas aplicaciones a medida que avancemos.

2. Tipos de Circuitos Limitadores de Corriente

Hay una variedad de limitadores de corriente de los que puedes elegir según tu proyecto. Sin embargo, los comúnmente usados son los tipos a continuación.

Limitación de corriente constante

Los tecnólogos consideran la limitación de corriente constante la forma más básica de limitación de corriente al regular fuentes de alimentación.

Mecanismos de acción: Un limitador de corriente constante funciona manteniendo el voltaje de salida mientras la corriente sube a un nivel máximo. Cuando la corriente llega a su pico, se mantendrá en mantenimiento constante. Luego, ocurrirá una caída de voltaje con carga creciente.

Algunas de sus ventajas incluyen:

• Es un circuito simple con circuitería comprensible.
• Adicionalmente, solo requiere unos pocos componentes electrónicos.

En cuanto a las desventajas:

• Cada vez que hay un cortocircuito, no reduce la corriente. Mantiene la corriente del circuito en un nivel máximo lo que puede resultar en algunos daños a la circuitería.

(cortocircuito resultando en daños)

• Además, cuando la limitación de corriente comienza su acción, lograrás extraer la corriente máxima. En el proceso, sin embargo, el voltaje de salida cae, lo que lleva a un voltaje aumentado a través del transistor de paso en serie en la regulación de la fuente de alimentación. Subsecuentemente, hay un aumento en la disipación de potencia dentro del dispositivo electrónico.
• Tercero, cuando llega a un voltaje de salida casi cero y una corriente extraída máxima, el voltaje casi siempre iguala el voltaje de entrada inicial de circuitos rectificadores y suavizado.

Desafortunadamente, tal estado durante una etapa de diseño de circuito electrónico no es recomendable. Es porque no habrá un margen hecho, por lo que forzará la incorporación de un transistor de paso en serie más grande.

También, podrías necesitar una capacidad extra de disipador de calor que posteriormente se suma al tamaño y costo de la fuente de alimentación regulada.

(disipador de calor para disipación de calor en una placa de circuito impreso)

Limitación de corriente de retroceso (Fold-back)

La limitación de corriente de retroceso asegura el mantenimiento del voltaje de salida hasta el inicio de la acción de limitación de corriente. Al hacerlo, la corriente comienza a bajar, junto con la limitación de la corriente. Convencionalmente, una sobrecarga de mayor potencia conduce a una corriente reducida, reduciendo así las posibilidades de daño al circuito eléctrico.

Algunos de sus méritos incluyen:

• Primero, reduce el consumo de energía ya que la sobrecarga creciente hace que la corriente retroceda. A medida que esto ocurre, el consumo de energía disminuye, y la disipación de calor del transistor de paso en serie está en un límite encomiable.
• Luego, puedes implementar su uso en pocos componentes electrónicos.
• Además, es rentable. Mayormente, la incorporación de limitación de corriente de retroceso en circuitos integrados de fuente de alimentación regulada es una característica inevitable. Así, ser un requisito hace el costo casi imperceptible.

Deméritos:

• El limitador de retroceso es más complejo comparado con un limitador de corriente constante ya que requiere más componentes electrónicos. También significa complejidad adicional a la fuente de alimentación lineal.
• En segundo lugar, no funciona bien con cargas no lineales.
• Además, puede ocurrir un bloqueo (lockout) cuando usas el limitador con un dispositivo no óhmico. Concurrentemente, los dispositivos tienden a extraer niveles de corriente continuos independientes del voltaje de suministro.

N/B – Para ayudar a evitar la condición de bloqueo, el limitador de corriente de retroceso puede incluir un retardo transitorio.

3. Cálculo de la Resistencia Limitadora de Corriente

(aplicación de resistencias en componentes eléctricos)

Para calcular la resistencia limitadora de corriente, necesitaremos mirar la figura de abajo. La figura muestra una resistencia variable que puedes usar para establecer el control de corriente.

Para R1, puedes reemplazarla con una resistencia fija calculándola con la fórmula indicada:

R1 (resistencia limitadora) = Vref/corriente

Alternativamente

R1 = 1.25/corriente

Potencia R1 = 1.25 x corriente

Nota: diferentes LEDs pueden tener diferentes corrientes, y puedes calcularla dividiendo el voltaje directo óptimo por su potencia (voltaje estándar en vatios (a 3.3V)).

Por ejemplo, un LED de 2 vatios tendría 2/3.3V = 0.6 amperios o 300 mA.

El cálculo también se aplica a otros LEDs.

4. Aplicación de un Circuito Limitador de Corriente

Para esta parte del artículo, hay una discusión sobre el uso de un limitador de corriente para diseñar un circuito de velocidad de corriente LED.

Importancia del circuito de velocidad de corriente para LED

Los LEDs producen iluminación eficientemente y a bajo consumo. Pero a veces, su rendimiento puede verse afectado por la corriente y el calor. Es particularmente cierto al considerar LEDs de alta potencia ya que producen mucho calor.

El LED, impulsado con altas corrientes, se calienta más allá de su tolerancia, luego se daña. Por otro lado, la disipación de calor no controlada eventualmente empezará a extraer más corriente y también sufrirá destrucción.

Por tanto, la limitación de corriente ayuda a frenar los problemas en cuestión.

Circuitos de Aplicación – diseñando un tubo de luz LED de corriente controlada

Puedes usar el circuito de velocidad de corriente para hacer eficientemente circuitos de tubo de luz LED de corriente controlada con alta precisión. Por instancia, al conectar un circuito de driver LED de corriente constante de 30 vatios, usarás la fórmula abajo para calcular la resistencia en serie conectada.

R = (voltaje de suministro – Voltaje directo total LED) / corriente LED

R (vatios) = (voltaje de suministro – Voltaje directo total LED) x corriente LED

Si careces de un IC, puedes optar por configurar Transistores de Unión Bipolar o unos pocos transistores para formar un circuito controlador de corriente operativo para tu LED.

(controlador LED con un transistor)

Formas prácticas por las que puedes diseñar incluyen:

Usando dos diodos y una resistencia

tipos de diodos como componentes eléctricos.

La circuitería de la fuente de alimentación usará el emisor del transistor de paso de salida con una resistencia de sentido encontrada en serie. Luego, colocarás los dos diodos entre la base del transistor y la salida del circuito para lograr el efecto de limitación de corriente.

Mientras el circuito opera en rango normal, existe un pequeño voltaje a través de la resistencia en serie.

El pequeño voltaje y el voltaje base-emisor a menudo son demasiado pequeños para encender las corrientes de dos diodos, como dos caídas de unión de diodos – no obstante, un aumento en la corriente resulta en un aumento de voltaje a través de la resistencia.

Debe haber una caída de unión base-emisor igual y resistencia para que los dos diodos conduzcan corriente, lo que finalmente iguala dos caídas de unión de diodos.

Cálculo de resistencias

Determinarás R1 por la siguiente fórmula:

R1 = (Us – 0.7) Hfe / Corriente de Carga

Us = voltaje de suministro

Hfe = ganancia de corriente directa T1

Corriente de carga = corriente LED = 100W/35V = 2.5 amperios

En cuanto a R2:

R2 = 0.7 / corriente LED

Conclusión

En resumen, los dispositivos electrónicos con energía permanente requieren medidas de seguridad para seguir funcionando por mucho tiempo. Además, la medida de seguridad debe utilizar pocos componentes electrónicos adicionales, ser barata y simple de implementar en los dispositivos. Un limitador de corriente encaja en todas las categorías mencionadas aquí.

Además, puedes integrarlo tú mismo al configurar tu proyecto. Si, sin embargo, hay alguna consulta que puedas tener, contáctanos. Estaremos encantados de ayudar.