O fusível é um dispositivo de proteção vital para muitos dispositivos eletrônicos. Eles simplesmente monitoram a corrente consumida pelo circuito / carga e, no caso de uma corrente insegura fluir através do circuito, o fusível queimará e, assim, evitará que a forma da carga / circuito seja danificada por essa alta corrente. Este tipo de fusível é denominado fusível mecânico e existem muitos tipos de fusíveis, como fusão rápida, fusão lenta, etc., mas apresentam um problema comum. Quando um fusível está queimado, ele deve ser substituído pelo consumidor / operador para que o dispositivo volte a funcionar normalmente. Esta é a razão pela qual muitos dispositivos eletrônicos antigos, como torradeira ou chaleira elétrica, tinham um fusível sobressalente fornecido com o produto.
Para superar essa desvantagem, a maioria dos dispositivos eletrônicos modernos usa um fusível eletrônico. Um fusível eletrônico tem a mesma finalidade de um fusível mecânico, mas não requer substituição. Possui uma chave eletrônica de potência interna com fecha e abre o circuito conforme necessário. No caso improvável de uma falha, o interruptor abre o circuito e isola-o da fonte de alimentação, uma vez que a condição favorável retorne, o fusível pode ser reiniciado apenas clicando em um botão. Não há problemas em comprar um fusível de valor adequado e substituí-lo pelo antigo. Interessante né? !! Portanto, neste tutorial aprenderemos como construir um circuito de fusível eletrônico, como ele funciona e como você poderia usar um em seus projetos.
Diagrama do circuito do fusível eletrônico:
O diagrama de circuito completo para um circuito de fusível eletrônico é mostrado abaixo. Conforme mostrado no circuito, ele envolve apenas alguns circuitos e, portanto, é fácil de construir e implementar em nossos projetos.
Aqui, o circuito é construído para monitorar a corrente operacional de um motor (LOAD), que opera em 12V. Você pode substituir a carga por qualquer circuito cuja corrente esteja tentando monitorar. O resistor R1 determina quanta corrente pode ser permitida através do circuito antes que o circuito reaja a um cenário de sobrecorrente. Discutiremos a funcionalidade de cada componente e como escolher os valores com base em seus requisitos.
Trabalhando:
O funcionamento do circuito do fusível eletrônico pode ser facilmente compreendido dando uma olhada em como funciona o SCR. Em condições normais, o usuário deve pressionar o botão para conectar a carga à fonte de alimentação. Quando o botão é pressionado, o pino Gate do SCR é conectado à tensão da fonte por meio de um resistor de 1K. Isso irá acionar o SCR e, assim, fechar a conexão entre o cátodo e o pino do ânodo. Uma vez que a conexão é fechada, a corrente começa a fluir da Fonte (+ 12V) para a carga através do pino ânodo para cátodo do SCR.
Quando o botão é liberado, o SCR permanecerá LIGADO porque não há circuito de comutação para desligá-lo. Assim, o SCR fica travado no estado LIGADO e permanece lá até que a corrente flua embora fique abaixo da corrente de retenção do SCR.
O que se entende por Comutação em Tiristores (SCR)?
Um tiristor, uma vez ligado por um sinal, não desligará sozinho quando o sinal for removido. Portanto, para desligar um tiristor, precisamos de algum circuito externo e este circuito é chamado de circuito de comutação. O processo de LIGAR um Tiristor fornecendo um pulso de Gate é chamado de acionamento e o processo de DESLIGAR um Tiristor é chamado de Comutação.
O que está segurando a corrente em um tiristor (SCR)?
A corrente de retenção (não confunda isso com corrente de retenção) é o valor mínimo de corrente que deve fluir através do pino ânodo e cátodo de um tiristor para mantê-lo ligado. Se o valor da corrente atingir abaixo deste valor, o tiristor se desliga sozinho sem qualquer comutação externa.
O SCR usado em nosso circuito é o TYN612 que tem uma corrente de retenção máxima de 30mA (consulte a ficha técnica para saber o valor), então se a corrente fluindo pelo ânodo e cátodo ficar abaixo de 30mA o SCR se desligará. Isolando assim a potência da carga.
O resistor R1 (0,2 ohms) e o transistor (2N2222A) desempenham um papel vital no desligamento do SCR. Em condições normais, quando a carga (motor) está operando, ele consome corrente através do resistor R1. De acordo com a lei de Ohms, a queda de tensão no resistor pode ser calculada por
Tensão através do resistor = Corrente através do circuito x Valor do resistor
Portanto, de acordo com as fórmulas, a queda de tensão no resistor é diretamente proporcional à corrente que flui pelos circuitos. À medida que a corrente aumenta, a queda de tensão no resistor também aumentará, quando essa queda de tensão exceder o valor de 0,7V. O transistor é ligado, porque o resistor está conectado diretamente ao pino Base e Emissor do transistor. Quando o transistor fecha, a corrente completa necessária para o circuito flui através do transistor momentaneamente durante o qual o SCR é desligado, uma vez que a corrente através dele caiu abaixo da corrente de retenção e a queda de tensão através do resistor também chega a 0V, pois nenhuma corrente está fluindo através dele. Finalmente, o transistor e o SCR são desligados e a carga (motor) também é isolada da fonte de alimentação.O trabalho completo também é ilustrado usando a imagem GIF abaixo.
Um amperímetro é colocado através do resistor para monitorar a corrente que flui através do terminal cátodo ânodo do SCR. Esta corrente não deve ficar abaixo da corrente de retenção do SCR (a corrente de retenção para o SCR na simulação é 5mA), se ficar abaixo deste valor, o SCR será desligado. Além disso, um voltímetro é colocado no resistor de 150 ohms para monitorar a voltagem nele e verificar se o transistor NPN está sendo acionado antes do fechamento do SCR.
Hardware:
Como dito anteriormente, este circuito tem um número mínimo de componentes, ele envolve um SCR, um transistor e alguns resistores. Portanto, pode ser facilmente analisado construindo-o em uma placa de ensaio. Novamente, isso depende do seu aplicativo. Se você está planejando algo maior que 2A, o breadboard não é recomendado. Eu construí o circuito do fusível eletrônico em uma placa de pão e parecia algo assim abaixo.
Como você pode ver na imagem eu usei uma faixa de LED como minha carga, você pode usar uma carga diferente ou até mesmo conectar seu circuito que deve ser protegido. Para conectar a carga à fonte de alimentação temos que pressionar o botão que ligará o SCR. Observe também que usei um resistor de 2W 0,2 Ohm como meu R2, uma vez que temos que permitir um grande valor de corrente, é sempre importante considerar a classificação de potência desse resistor.
Como não fui capaz de criar uma condição de falha aumentando a classificação da corrente, reduzi a tensão para criar uma falha e, assim, reduzir a corrente através do SCR. Alternativamente, você também pode encurtar o pino do emissor do coletor do transistor com um fio para fazer a corrente fluir através do fio e não através do SCR e, portanto, o SCR desligará. Depois que a falha é feita e recuperada, o circuito pode ser ligado novamente simplesmente pressionando o botão como anteriormente. O funcionamento completo do circuito também é mostrado no vídeo abaixo. Espero que você tenha entendido o circuito e gostado de aprendê-lo. Se você tiver alguma dúvida, fique à vontade para postá-los na seção de comentários abaixo ou use os fóruns para obter ajuda técnica.
Limitações:
Como todo circuito, este também tem certas limitações. Se você acha que isso afetará seu projeto, você deve encontrar uma alternativa
- Toda a corrente de carga flui através do resistor R2, portanto, há uma perda de energia através dele. Portanto, este circuito não é adequado para aplicações operadas por bateria
- A corrente nominal para a qual o fusível foi projetado não será precisa, pois cada resistor variará um pouco e, à medida que envelhece, a propriedade do resistor também muda.
- Este circuito não reagirá para correntes de pico repentinas, uma vez que o transistor requer algum tempo para reagir às mudanças.