PROTECCIONES EN FUENTES DE ALIMENTACIÓN

Muchas fuentes de alimentación soportan pequeñas sobrecargas (por ejemplo, cortocircuitos). Pero en contraposición, su vida se reduce debido al aumento de la temperatura, lo que provoca a su vez daños irreversibles en los condensadores electrolíticos. En casos extremos, puede llegar a dañar las pistas de circuito impreso o incluso provocar un incendio.

Para evitar los problemas comentados, la mayoría de las fuentes de alimentación AC-DC y convertidores DC-DC tienen circuitos limitadores de corriente internos que los protegen tanto a sí mismos como a la carga que tienen conectada. Con tal propósito, generalmente las protecciones de sobre-corriente incluyen una función de recuperación automática una vez el causante del problema ha desaparecido. En la práctica, la función de limitación de corriente suele actuar cuando se excede la corriente de salida nominal máxima en un 10% o 20%.

Los métodos más comunes de protecciones de corriente en fuentes de alimentación se pueden resumir en:  Limitaciónes de corriente por Fold-Back, Fold-Forward, corriente constante, Shutdown, Hiccup Mode Current Limiting, y Fuentes de alimentación con picos de corrientes.

1. Limitación de corriente por Fold-Back:

La primera técnica utilizada para proteger las fuentes de alimentación emplea aquellas de tipo lineal, ya que trata de mantener la salida del transistor por debajo de su límite máximo de disipación de potencia.

En condiciones de sobrecarga la tensión de salida cae, y por tanto, la diferencia entre “V_in” y “V_out” se hace más grande. De consecuencia, y de acuerdo con la fórmula anterior, esta situación tiende a aumentar la necesidad de disipación “P”. En el supuesto peor, el cortocircuito, la disipación y la salida tendrán valores mucho mayores que en condiciones típicas.

Así, se emplea la limitación de corriente Fold-Black si aparece una sobrecarga, para reducir la tensión y corriente de salida a niveles seguros. Como se observa en la figura 1, la sobrecarga proporciona una gran corriente hasta su valor límite, momento en el cuál la corriente de salida se pliega de nuevo hasta un valor menor, mientras que la tensión de salida se reduce a cero.

Figura1: limitación de corriente Fold-Back

En resumen, el sistema Fold-back ayuda a mantener al transistor dentro de su funcionamiento normal y reduce en gran medida la disipación de energía, lo que evita daños por calor a los componentes o incluso a incendios.

Por otro lado, también es importante informar sobre la recuperación de una condición límite de corriente. Con Fold-back, y siempre con dependencia del diseño, ésta puede ser automática o conseguirse después de un retardo de tiempo, cuando desaparezca la condición de sobrecarga.

Un inconveniente de la limitación de corriente en este sistema, es que si la fuente se enciende con una carga capacitiva pesada, podría alcanzar una corriente reducida antes de alcanzar su máxima tensión de salida.

2. Limitación de corriente por Fold-Forward:

En el segundo método explicado, cuando se detecta una sobrecarga la tensión de salida se reduce a cero, pero la corriente aumenta (al contrario que en el caso anterior).

Si se desea una conexión a motores, bombas o cargas altamente capacitivas a la la fuente, la característica de Fold-Forward puede ser interesante, ya que puede ayudar a superar la inercia eléctrica de estas cargas. La recuperación de una situación de limitación de corriente de Fold-Forward es generalmente automática cuando se elimina la sobrecarga.

Figura 2:Limitación de corriente Fold-Forward

3. Limitación de corriente constante:

 La limitación de corriente se utiliza en muchos diseños de fuente de alimentación conmutada; pues si se produce una sobrecarga, la corriente de salida se mantiene en su punto límite y la tensión de salida se reduce a cero de forma lineal. Típicamente, la tensión volverá automáticamente a su voltaje de salida normal cuando la condición de sobrecarga ya no esté presente.

Figura 3: Limitación de corriente constante

4. Limitación de corriente Shutdown:

En algunos diseños de fuente de alimentación, cuando al producirse una sobrecarga se entra en modo de límite de corriente constante, se usa este procedimiento, en el cual, si la salida alcanza un voltaje preestablecido, la fuente se apaga.

En el tipo shutdown, la recuperación de la salida puede ser de forma automática, pero quizás también requiera de un nuevo ciclo de la potencia de entrada.

5. Hiccup Mode Current Limiting:

Este modelo de protección es el más usado, puesto que en el modo de funcionamiento del modo de protección Hiccup, la fuente reduce su tensión de salida a cero en caso de detectar una sobrecarga o límite de corriente. Tras esto, y después de un breve periodo de tiempo, intentará proporcionar su tensión normal.

NOTA: A los anteriores intentos de encendido y apagado que prueban si el problema ha desaparecido se les conoce como modo Hipo.

Figura 4: Hiccup Mode Current Limiting

6. Fuentes de alimentación con picos de corrientes.

 Finalizamos las opciones disponibles con las fuentes diseñadas para absorber grandes picos de corrientes. Ellas pueden variar su corriente nominal máxima del 200% al 300% durante un periodo corto de tiempo, sin entrar en una condición de límite de corriente.

Estas fuentes son especialmente útiles para alimentar cargas como motores eléctricos, discos duros de ordenador, ventiladores, actuadores, bombas, etc.

Cuando se utiliza este tipo de fuente de alimentación es importante limitar la «potencia media» que se entrega a la carga.

7. Resumen Modelos de protección de corriente:

A = Modo Fold-Back.
B = Modo Corriente Constante.
C = Modo Fold-Forward.
D = Modo Hiccup.

Esperamos que nuestra entrada blog sobre protección en fuentes os haya gustado. Si necesitáis cualquier tipo de ayuda, no dudéis en dejar vuestros comentarios.