¿Cómo funciona esta protección contra sobretensiones?
Estaba buscando una protección contra sobretensiones de bajo costo y efectiva, y encontré esto en esta página :
Con esta lista de piezas:
- RXE025 - Fusible reiniciable 250 mA PTC
- Diodo Zener - 5V6, 1 vatio
- Resistencia: 1 K ohmios, 1 vatio
- Transistor: BD139 (potencia media NPN de 80 V, clasificación CC de 1,5 A)
Como lo informó el autor, este circuito parece ser efectivo y de bajo costo, pero no entiendo por qué el ingeniero colocó un transistor BD193 en este circuito.
¿Alguien puede explicar el método de funcionamiento paso a paso de este circuito?
Respuestas
Es bastante simple:
El voltaje del diodo Zener está en (o ligeramente por encima) del voltaje Vcc normal. Por ejemplo, un Zener de 5.6V para un Vcc de 5V.
Cuando Vcc está por debajo del voltaje Zener, no fluye corriente a través del diodo y la resistencia de 1k mantiene baja la base de T1. No fluye corriente a través del colector hacia el emisor del transistor.
Cuando Vcc es más alto que el voltaje Zener, la corriente fluye a través del diodo Zener y a través de la base de T1. Esto permite que la corriente fluya a través del colector y salga por el emisor del transistor.
La corriente a través del transistor es lo suficientemente alta como para hacer que se abra el fusible.
Version corta:
La sobretensión hace que el transistor produzca un cortocircuito y queme el fusible.
Después de leer el artículo y buscar el RXE025, veo que necesito cambiar un poco mi descripción.
Este circuito de protección no corta la energía al circuito protegido.
Cuando el voltaje de entrada excede el voltaje Zener, el transistor conduce.
Se eligió el RXE025 porque incluso en una condición de "disparo" pasará suficiente corriente para que el dispositivo protegido (un Arduino en el ejemplo original) continúe funcionando.
El RXE025 se convierte en una resistencia limitadora de corriente para limitar la corriente a través del diodo Zener y el transistor.
El resultado es que Vcc se limita a un poco más que el voltaje Zener.
El "fusible" no se funde en el sentido habitual, simplemente cambia a una resistencia más alta.
Básicamente es un circuito de diodo Zener de potencia. El Zener comienza a encender el BJT cuando hay suficiente voltaje en la línea. El transistor toma corriente y cuanto más el voltaje de línea intenta elevarse por encima del voltaje zener (más una caída de Vbe de alrededor de 1 voltio máximo), más corriente toma el BJT.
El BD139 puede manejar corrientes de hasta unos pocos amperios y eso significa que puede manejar algunas decenas de vatios durante un período corto de tiempo antes de que se active el fusible reiniciable.
Dado que el zener es del tipo de 1 vatio, se puede considerar que la combinación de diodo zener y BJT equivale a un diodo zener de 10 vatios (más). Por supuesto, podría comprar un zener de 10 vatios, pero esto podría costar más que un zener de 1 vatio y un BJT barato.