Protección de circuitos - Polaridad inversa

Los circuitos electrónicos necesitan electricidad para funcionar. Esta electricidad proviene generalmente de fuentes externas las cuales tienen una polaridad concreta, lo que significa que la salida de la fuente tendrá un conector con un polo negativo y otro positivo.

La mayoría de los componentes electrónicos no tienen ningún tipo de protección frente a conexiones diferentes para las que están diseñados, por lo que muchos de estos se dañan. Sin embargo, existen circuitos muy sencillos que permiten proteger los dispositivos de conectarlos erróneamente.

A continuación veremos 3 tipos de circuitos que previenen de alimentar un circuito con polaridad inversa y, por tanto, evitan que los dispositivos se dañen.
  • Diodo en serie
  • Relé
  • MOSFET

Protección con diodo en serie

En el primer tipo de circuito utilizamos un diodo que solo permite circular la corriente en un único sentido. Es el más simple y el más barato, sin embargo debemos tener en cuenta ciertas limitaciones.

Dependiendo del modelo el diodo nos presenta, en polaridad directa, una caída de tensión entre 0.7 V y 1 V, por lo tanto con circuitos de baja tensión puede suponer grandes pérdidas o incluso que nuestros dispositivos no funcionen. Esta tensión se denomina Vth.

La otra desventaja es que un diodo es capaz de soportar cierta tensión negativa durante muy poco tiempo, posteriormente este se rompe de manera permanente y habría que sustituirlo por uno nuevo.
Diodo polarizado correctamente (izquierda), y polarizado en inversa (derecha)

Como podemos ver en la simulación, cuando el diodo está polarizado correctamente, a la salida del diodo obtenemos la tensión de la fuente de tensión continua menos 0.7 V.
Por lo tanto: Vout = Vcc - Vth.

Por otro lado, cuando colocamos la fuente al revés se observa como el diodo queda polarizado de manera inversa y, por lo tanto, no deja pasar la corriente. Sin embargo, esto no mantiene la fuente desconectada del circuito y puede causar efectos no deseados sobre el mismo.


Protección con relé
La protección con relé es muy útil cuando queremos tener totalmente separado nuestra protección del circuito que queremos proteger, ya que de ninguna manera la tensión de alimentación en polaridad errónea circulará por el circuito.

Pese a esta ventaja no es la protección más utilizada debido al coste de los relés y el gran tamaño que los mismos ocupan.

Circuito de protección con relé
Lo ideal es conectarlo de tal manera que si se polariza correctamente el relé no tenga que cambiar de posición cada vez que se conecte la alimentación.

Como se observa en la imagen, en caso de conectarse con la polaridad invertida el relé cambia de posición y se enciende un LED indicando que la polaridad es errónea.


MOSFET

Actualmente es el modo de protección más utilizado. Estos dispositivos son pequeños y económicos y, además, pueden soportar grandes tensiones en polaridad inversa.

Para esta aplicación seguiremos el principio y las ecuaciones que vimos sobre MOSFETS.
MOSFET activado (izquierda), MOSFET desactivado (derecha)

Como podemos ver en la ilustración, cuando la fuente se polariza correctamente el MOSFET queda activado y por tanto cierra el circuito en la parte de tierra. No obstante, en el segundo circuito con la fuente invertida se observa como el MOSFET está desactivado y, además, se enciende el LED indicando que la conexión no es correcta.

En este caso, al igual que en el circuito con diodo, el circuito que queremos proteger no queda completamente desconectado cuando se polariza incorrectamente.




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