Como funciona essa proteção contra sobretensão?

Question

Eu estava procurando por proteção contra sobretensão de baixo custo e eficaz, e descobri nesta página :

Com esta lista de peças:

• RXE025 - fusível reinicializável PTC 250 mA
• Diodo Zener - 5V6, 1 watt
• Resistor - 1K ohm, 1 watt
• Transistor - BD139 (NPN potência média de 80 V, classificação de 1,5 A CC)

Conforme relatado pelo autor, este circuito parece ser eficaz e de baixo custo, mas não entendo porque o engenheiro colocou um transistor BD193 neste circuito.

Alguém pode explicar o método de operação passo a passo deste circuito?

Answer 1

É muito simples:

A tensão do diodo Zener está em (ou ligeiramente acima) da tensão Vcc normal. Por exemplo, um Zener de 5,6 V para um Vcc de 5 V.

Quando Vcc está abaixo da voltagem Zener, nenhuma corrente flui através do diodo e o resistor de 1k mantém a base de T1 baixa. Nenhuma corrente flui através do coletor para o emissor do transistor.

Quando Vcc é maior do que a tensão Zener, a corrente flui pelo diodo Zener e pela base de T1. Isso permite que a corrente flua através do coletor e saia pelo emissor do transistor.

A corrente através do transistor é alta o suficiente para causar a abertura do fusível.

Versão curta:

A sobretensão faz com que o transistor entre em curto e queime o fusível.

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Depois de ler o artigo e pesquisar o RXE025, vejo que preciso alterar um pouco minha descrição.

Este circuito de proteção não desliga a energia para o circuito protegido.

Quando a tensão de entrada excede a tensão Zener, o transistor conduz.

O RXE025 foi escolhido porque mesmo em uma condição de "desarme", ele passará corrente suficiente para que o dispositivo protegido (um Arduino no exemplo original) continue a funcionar.

O RXE025 se transforma em um resistor limitador de corrente para limitar a corrente através do diodo Zener e do transistor.

O resultado é que Vcc é limitado a um pouco mais do que a voltagem Zener.

O "fusível" não queima da maneira usual, apenas muda para uma resistência mais alta.

Answer 2

Basicamente, é um circuito de diodo de energia zener. O zener começa a ligar o BJT quando há tensão suficiente na linha. O transistor consome corrente e quanto mais a tensão da linha tenta subir acima da tensão zener (mais uma queda Vbe de cerca de 1 volt no máximo), mais corrente é tomada pelo BJT.

O BD139 pode lidar com correntes de até alguns amperes, o que significa que pode lidar com algumas dezenas de watts por um curto período de tempo antes que o fusível reiniciável seja ativado.

Dado que o zener é do tipo 1 watt, a combinação de diodo zener e BJT pode ser considerada como equivalente a um diodo zener de 10 watts (mais). Claro que você poderia comprar apenas um zener de 10 watts, mas isso pode custar mais do que um zener de 1 watt e um BJT barato.