La limitación de corriente es la práctica de imponer un límite a la corriente que se puede suministrar a una carga para proteger el circuito que genera o transmite la corriente de los efectos nocivos debido a 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 en su rango de limitación de corriente, reduce la corriente que fluye en el circuito averiado a una magnitud sustancialmente menor que la que se obtendría en el mismo circuito si el dispositivo se reemplazara por un conductor sólido que tenga una impedancia compatible".
Un limitador de corriente de entrada es un dispositivo o una combinación de dispositivos que se utilizan para limitar la corriente de entrada. Los componentes resistivos pasivos, como las resistencias (con desventaja de disipación de potencia) o los termistores de coeficiente de temperatura negativo (NTC), son opciones simples, mientras que el positivo (PTC) se utiliza para limitar la corriente máxima después de que el circuito ha estado funcionando (con desventaja de tiempo de enfriamiento en ambos). Se pueden utilizar soluciones más complejas que utilicen componentes activos cuando las opciones más sencillas no son adecuadas.
Algunos circuitos electrónicos emplean limitación de corriente activa ya que un fusible puede no proteger los dispositivos de estado sólido.
En la imagen se muestra un estilo de circuito limitador de corriente. El esquema representa un mecanismo de protección simple que se utiliza en fuentes de alimentación de CC reguladas y amplificadores de potencia de clase AB .
Q1 es el transistor de paso o salida. R sens es el dispositivo de detección de corriente de carga. Q2 es el transistor de protección que se activa tan pronto como el voltaje a través de R sens llega a ser de aproximadamente 0,65 V. Este voltaje está determinado por el valor de R sens y la corriente de carga a través de él (I load ). Cuando Q2 se activa, elimina la corriente de base de Q1, reduciendo así la corriente de colector de Q1, que es casi 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 convierte en cero).
Además, esta disipación de potencia se mantendrá mientras exista la sobrecarga, lo que significa que los dispositivos deben ser capaces de soportarla durante un período considerable. Esta disipación de potencia será sustancialmente menor que si no se hubiera previsto un circuito limitador de corriente. En esta técnica, más allá del 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 una limitación de corriente de retorno , que reduce la corriente en caso de cortocircuito. En caso de cortocircuito , cuando el voltaje de salida se ha reducido a cero, la corriente normalmente se limita a una pequeña fracción de la corriente máxima.
El objetivo principal de la limitación de corriente de retorno en las 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 cae, por lo que la diferencia se hace mayor, aumentando así la disipación. El retorno ayuda a mantener el transistor de salida dentro de su área de operación segura en condiciones de falla y sobrecarga . El retorno también reduce significativamente la disipación de potencia en la carga en condiciones de falla, lo que puede reducir los riesgos de incendio y daños por calor. [1]
Muchas fuentes de alimentación emplean una protección de limitación de corriente constante ; la reducción de corriente va un paso más allá al reducir linealmente el límite de corriente de salida a medida que disminuye el voltaje de salida. Sin embargo, agrega complejidad a la fuente de alimentación. Puede generar condiciones de "bloqueo" con dispositivos no óhmicos que consumen una corriente constante independiente del voltaje de suministro (como los amplificadores operacionales). Un limitador de corriente de reducción de corriente también puede emplear un retardo transitorio para evitar el bloqueo y limitar el calentamiento localizado en el cortocircuito.
Una fuente de alimentación en modo conmutado que funciona con el límite de corriente y la salida en cortocircuito no tiene una mayor disipación de potencia en el transistor o transistores de potencia, por lo que la limitación de la corriente de retorno es solo una característica de la aplicación, en lugar de una que también evite que una falla de carga destruya la fuente de alimentación. El beneficio de seguridad de reducir la potencia entregada a un cortocircuito en la carga es proporcional al límite de corriente de funcionamiento. Es más probable encontrar la limitación de la corriente de retorno en una fuente de alimentación en modo conmutado cuando es un componente de un producto que está certificado de forma independiente para cumplir con los estándares 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 V cc .
Estos circuitos funcionan de manera más eficiente con una sola fuente de alimentación (V cc ). En ambos circuitos, R1 permite que Q1 se encienda y pase voltaje y corriente a la carga. Cuando la corriente a través de R_sense excede el límite de diseño, Q2 se enciende, lo que a su vez comienza a apagar Q1, lo que limita la corriente de carga. El componente opcional R2 protege a Q2 en caso de una carga en cortocircuito. Cuando V cc es de al menos unos pocos voltios, se puede utilizar un MOSFET para Q1 para un voltaje de caída más bajo. Debido a su simplicidad, este circuito a veces se utiliza como fuente de corriente para LED de alta potencia. [3]
