Circuitos de Protección contra Sobretensión: Tipos, Funcionalidad y Proyectos DIY para Fuente de Alimentación Fiable

Seguramente has experimentado o escuchado sobre condiciones de sobretensión por fallos en la alimentación. También habrás visto sus efectos: incendios, malfuncionamiento de circuitos, daño a componentes. ¿Cómo prevenir la sobretensión en nuestras fuentes de alimentación? Leyendo este artículo aprenderás los tipos de circuitos de protección contra sobretensión, con diagramas para mejor comprensión. Empecemos.

¿Qué es la Protección contra Sobretensión?

Es una característica de la fuente de alimentación que clampa la salida o apaga la fuente cuando el voltaje supera un nivel preestablecido. Previene daños a elementos electrónicos de muchas fuentes de alimentación. Por eso es popular en aplicaciones como automotriz.

(coches)

Tipos de Protección contra Sobretensión

Dependen de coste, rendimiento y complejidad. Todos logran protección eficiente. Los tres más comunes:

SCR (Tiristor Controlado de Silicio) Crowbar

Crea un cortocircuito a la salida de la fuente de alimentación para prevenir sobretensión. Los tiristores SCR conmutan grandes corrientes y permanecen activos hasta que se disipa la carga. Puedes vincular el SCR a un fusible que funda y evite que el regulador reciba más voltaje.

Circuito SCR Crowbar

En el circuito, el diodo Zener mantiene un voltaje superior al de salida operativo y bajo para evitar daños. No circula corriente por el Zener durante conducción normal (no alcanza tensión de ruptura), así que no fluye corriente por el gate del tiristor, manteniéndolo cerrado. La fuente opera normalmente.

(diodos Zener)

El voltaje sube cuando falla el transistor de paso en serie en la fuente CC. El desacoplo de la unidad evita subida instantánea. Al alcanzar el voltaje donde el Zener empieza a conducir, fluye corriente por el gate del tiristor, disparándolo. Este cortocircuita la salida a tierra, evitando daños. El cortocircuito puede fundir un fusible, desviando potencia del regulador y evitando más daños.

(tiristores)

A veces se coloca un capacitor pequeño desacoplado del gate del tiristor a tierra para evitar que RF o transitorios agudos causen disparo falso. Evita desacoplo grande que ralentice la protección incluso en fallo real.

Clamping de Voltaje (Voltage Clamping)

Circuito Clamping de Voltaje

Requiere diodo Zener a través de la salida de fuente regulada. Como voltaje Zener es ligeramente superior al máximo de riel, no conduce normalmente. Cuando el voltaje sube demasiado, el Zener conduce y clampa el voltaje a valor superior al de riel. Para mayor capacidad de corriente, añade búfer de transición en el Zener, aumentando capacidad igual a ganancia de corriente del transistor (20-50).

Limitación de Voltaje (Voltage Limiting)

Tipo de protección en fuentes conmutadas (switch-mode). Los reguladores conmutados no suelen trabajar en baja tensión, pero en sobretensión es recomendable tener limitación. Funciona detectando sobretensión y apagando el convertidor (ej. convertidores DC-DC).

Los convertidores DC-DC y reguladores conmutados usan un chip. Es necesario un lazo de detección externo al regulador IC, ya que daño al chip por sobretensión podría dañar también el sensor interno.

Nota: Necesitas circuito específico para tu chip regulador conmutado y circuito particular para rendimiento efectivo.

Regulador Conmutado / Switched

Proyectos de Circuitos de Protección contra Sobretensión

La duración y magnitud de la sobretensión determinan el diseño. Dos proyectos:

Circuito Regulador de Voltaje Zener

Dos funciones: protección contra sobretensión y regulación de tensión de entrada.

Circuito Regulador de Voltaje Zener

El nivel preestablecido es la tensión nominal del Zener (~5,1 V no conduce). Valor preestablecido: Umbral alto que desconecta la alimentación del lado de carga. La tensión base-emisor del transistor determina conducción de Q1: al subir tensión de salida, Vbe sube, hay menos conducción, tensión de salida baja y se mantiene sostenible.

Circuito de Protección contra Sobretensión con Diodo Zener

Usa transistor PNP junto al Zener. Encontrar valor exacto de Zener puede ser difícil; elige uno cercano al preestablecido.

Lista de Componentes

• Protoboard
• Transistor PNP FMMT718
• Cables de conexión
• Resistencias (1k, 2,2k, 6,8k)
• Diodo Zener 5,1 V (1N4740A)

Circuito de protección contra sobretensión usando diodo Zener

Principio de Funcionamiento

Si preestablecido > voltaje normal, base de Q2 sube → Q2 OFF (PNP) → base de Q1 baja → corriente fluye. Si voltaje > preestablecido, Zener conduce → base Q2 a tierra → Q2 ON → base Q1 alta → Q1 como interruptor abierto limita corriente, protegiendo carga. La caída de tensión en transistores debe ser baja para lectura precisa: FMMT718 tiene baja saturación VCE, minimizando caída.

Desventaja del Circuito

Disipación de potencia: disipa calor, desperdiciando energía por resistencia en serie.

Resumen

Las fuentes modernas son fiables, pero pueden fallar por sobretensión. Es necesario tener protección. Con esta guía completa, tus circuitos están seguros. Si queda alguna duda, contáctanos.