Limitación de corriente

La limitación de corriente consiste en imponer un límite a la corriente que puede suministrarse a una carga para proteger el circuito que la genera o transmite de los efectos perjudiciales de un cortocircuito o una sobrecarga. El término limitación de corriente también se utiliza para definir un tipo de dispositivo de protección contra sobrecorriente. Según la norma NEC/NFPA 70 de 2020, un dispositivo de protección contra sobrecorriente con limitación de corriente se define como: «Un dispositivo que, al interrumpir corrientes dentro de su rango de limitación, reduce la corriente que fluye por el circuito afectado a una magnitud sustancialmente menor que la que se obtendría en el mismo circuito si el dispositivo se sustituyera por un conductor sólido con impedancia compatible».

Un limitador de corriente de irrupción es un dispositivo o combinación de dispositivos que se utiliza para limitar la corriente de irrupción. Los componentes resistivos pasivos, como las resistencias (con el inconveniente de la disipación de potencia), o los termistores con coeficiente de temperatura negativo son opciones sencillas, mientras que un termistor con coeficiente de temperatura positivo se utiliza para limitar la corriente posteriormente, una vez que el circuito ha estado en funcionamiento (con el inconveniente del tiempo de enfriamiento en ambos casos). Se pueden utilizar soluciones más complejas con componentes activos cuando las opciones más sencillas no son adecuadas.

Algunos circuitos electrónicos emplean limitación activa de corriente, ya que un fusible puede no proteger los dispositivos de estado sólido.

En la imagen se muestra un tipo de circuito limitador de corriente. El esquema representa un mecanismo de protección simple utilizado en fuentes de alimentación de CC reguladas y amplificadores de potencia de clase AB .

Q1 es el transistor de paso o de salida. R _sens es el dispositivo de detección de corriente de carga. Q2 es el transistor de protección, que se activa tan pronto como la tensión en R _sens alcanza aproximadamente 0,65 V. Esta tensión está determinada por el valor de R _sens y la corriente de carga que lo atraviesa (I _load ). Cuando Q2 se activa, elimina la corriente de base de Q1, reduciendo así la corriente de colector de Q1, que es casi igual a la corriente de carga. Por lo tanto, R _sens fija la corriente máxima a un valor dado por 0,65/R _sens . Por ejemplo, si R _sens = 0,33  Ω, la corriente se limita a aproximadamente 2  A incluso si R _load se convierte en un cortocircuito (y V _o se vuelve cero).

Además, esta disipación de potencia persistirá mientras dure la sobrecarga, lo que implica que los dispositivos deben ser capaces de soportarla durante un periodo considerable. Esta disipación será sustancialmente menor que si no se hubiera implementado un circuito limitador de corriente. En esta técnica, una vez superado el límite de corriente, la tensión de salida disminuirá hasta un valor que dependerá del límite de corriente y de la resistencia de carga.

Para reducir el calor que deben disipar los dispositivos de paso en caso de cortocircuito, se utiliza la limitación de corriente por reducción , que disminuye la corriente en dicho caso. En caso de cortocircuito , cuando la tensión de salida se reduce a cero, la corriente se limita normalmente a una pequeña fracción de la corriente máxima.

El objetivo principal de la limitación de corriente por realimentación en fuentes de alimentación lineales es mantener el transistor de salida dentro de su límite seguro de disipación de potencia . Un regulador lineal disipa la diferencia entre los voltajes de entrada y salida en forma de calor. En condiciones de sobrecarga, el voltaje de salida disminuye, por lo que la diferencia aumenta, incrementando así la disipación. La realimentación ayuda a mantener el transistor de salida dentro de su área de operación segura en condiciones de falla y sobrecarga . Además, la realimentación reduce significativamente la disipación de potencia en la carga en condiciones de falla, lo que puede disminuir los riesgos de incendio y daños por calor. ^{[ 1 ]}

Muchas fuentes de alimentación emplean protección de limitación de corriente constante ; la limitación por reducción lineal va un paso más allá al disminuir linealmente el límite de corriente de salida a medida que disminuye la tensión de salida. Sin embargo, esto añade complejidad a la fuente de alimentación. Puede provocar condiciones de bloqueo con dispositivos no óhmicos que consumen una corriente constante independientemente de la tensión de alimentación (como los amplificadores operacionales). Un limitador de corriente con limitación por reducción lineal también puede emplear un retardo transitorio para evitar el bloqueo y limitar el calentamiento localizado en el cortocircuito.

Una fuente de alimentación conmutada que opera al límite de corriente con la salida en cortocircuito no presenta una mayor disipación de potencia en el/los transistor/es de potencia, por lo que la limitación de corriente de realimentación es solo una característica de la aplicación, y no una que impida que una falla de carga destruya también la fuente de alimentación. El beneficio de seguridad que supone reducir la potencia suministrada a un cortocircuito en la carga es proporcional al límite de corriente de operación. La limitación de corriente de realimentación se encuentra con mayor frecuencia en una fuente de alimentación conmutada cuando forma parte de un producto certificado independientemente para cumplir con las normas de seguridad regionales. ^{[ 2 ]}

Un problema con el circuito anterior es que Q1 no se saturará a menos que su base esté polarizada aproximadamente 0,5 voltios por encima de _Vcc .

Estos circuitos funcionan de manera más eficiente con una única fuente de alimentación (Vcc ₎ . En ambos circuitos, R1 permite que Q1 se active y transmita voltaje y corriente a la carga. Cuando la corriente a través de R_sense supera el límite de diseño, Q2 se activa, lo que a su vez comienza a desactivar Q1, limitando así la corriente de carga. El componente opcional R2 protege a Q2 en caso de un cortocircuito en la carga. Cuando Vcc _es de al menos unos pocos voltios, se puede usar un MOSFET para Q1 para obtener una menor caída de voltaje. Debido a su simplicidad, este circuito se utiliza a veces como fuente de corriente para LED de alta potencia. ^{[ 3 ]}

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  Limitador de corriente con transistores NPN ( la salida Vo se encuentra en una ubicación similar a la del ejemplo PNP).
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  Limitador de corriente con transistores PNP

• Fuente actual
• Palanca (circuito)
• balasto eléctrico
• Limitador de corriente de falla

• Limitación de corriente para motores paso a paso
• Calculadora de resistencias limitadoras de corriente para matrices de LED
• Corriente constante y limitación de corriente con retroceso