Se presenta un circuito de gran sensibilidad que dispara un relé cuando la intensidad de corriente continua que circula por una carga alcanza cierto valor. En la industria podemos usarlo como alarma o sistema de advertencia y protección contra sobrecargas. En otras aplicaciones podemos usarlo como parte de proyectos que exijan el disparo de relés con variaciones de corriente. El circuito es simple, teniendo como base un circuito integrado bastante popular que es el 741.
El aumento repentino de la intensidad de la corriente en una carga puede ser señal de que algo anormal está ocurriendo.
En algunos casos, el aviso de esta anormalidad puede ser útil, para que una operación de intervención sea suficiente para evitar problemas.
En otros, sin embargo, es necesario que el sistema sea inmediatamente apagado o algún tipo de comando impida que algo más peligroso ocurra.
Con el sensor de corriente que proponemos en este artículo, el monitoreo de la intensidad de corriente en un circuito se vuelve muy simple, con el accionamiento de un relé cuando alcanza un valor programado.
El circuito es muy simple, pudiendo operar con corrientes que van de algunos miliamperios a decenas de amperios, todo dependiendo del valor del resistor Rx.
La alimentación del circuito se realiza con tensión de 12 V y puede ser retirada del propio equipo con el que va a funcionar.
Características:
Tensión de alimentación: 12 V (o rango de 9 a 18 V)
Corriente de contacto del relé: 2 A (contacto doble)
Corriente de reposo: menor de 10 mA
Corriente de disparo: 1 mA a 10 A
COMO FUNCIONA
Un amplificador operacional se conecta como comparador de tensión, como se muestra en la figura 1.
La tensión de salida será entonces positiva en la salida si la tensión en el pasador 2 es menor que en el pino 3 y negativa si la tensión en el pino 2 es mayor que en el pino 3
Cuando la tensión en las dos entradas tiene el mismo valor, la salida muestra un valor intermedio entre 0 y la tensión de alimentación, es decir Vcc / 2.
La tensión será positiva en la salida si la tensión en la entrada no inversora es mayor que la tensión en la entrada inversora y negativa si la tensión en la entrada no inversora es menor que la de la entrada inversora.
El amplificador operacional amplifica la diferencia de tensión, y como tiene una ganancia en torno a 100 000 veces, la transición en la salida en los puntos indicados ocurre de manera muy rápida, como muestra la figura 2.
Así, para una diferencia de tensión de sólo 9 uV entre las entradas, tenemos una variación en la tensión de salida de 0,9 V, lo que es suficiente para polarizar el transistor que excita el rele.
Lo que tenemos que hacer entonces es dimensionar la resistencia Rx para que tengamos la transición con la corriente deseada, y ajustar P1 para el umbral de disparo.
De una forma simple, podemos dar como valor de Rx: 10 a 1 amperio, aumentando su valor en la proporción inversa en que la corriente disminuye.
Este valor permite un ajuste relativamente fácil de P1 para el disparo en el punto ideal.
Una manera de cambiar la linealidad de respuesta del integrado, haciéndola más lenta, es con una realimentación hecha entre la salida y la entrada inversora, como muestra la figura 3.
Con un potenciómetro de 100 k ohmios podemos cambiar la curva de respuesta al disparo, en función de la aplicación, haciendo el ajuste de P1 menos crítico.
Observe que la referencia de tensión, siendo dada por un divisor resistivo, posibilita el uso de fuente simple en lugar de fuente simétrica, lo que simplifica el proyecto.
El transistor utilizado como controlador es un PNP 80558 o equivalente. El diodo D1 sirve para proteger el transistor contra las altas tensiones generadas en la bobina del relé en la conmutación.
MONTAJE
En la figura 4 tenemos el diagrama completo del sensor.
Como se trata de montajes que en general formarán parte de otros proyectos, el diseño de su placa puede ser agregado al layout de éstos, pero damos en la figura 5 una versión independiente que puede añadirse a aparatos o circuitos.
Para el circuito integrado y el relé sugerimos el empleo de sockets DIL.
Los resistores son todos de 1/8 o ¼ W con un 20% de tolerancia; para mayor precisión se puede optar por el uso de un trimpot multi-vueltas.
Los cables o senderos que conducen la corriente de carga deben ser dimensionados de acuerdo con su intensidad.
Observe el punto común del circuito de alimentación negativa. En cuanto al transistor, sirve cualquier tipo PNP de uso general con corriente de colector de al menos 100 mA.
Finalmente se pueden utilizar transistores de mayor potencia, con la reducción de R4 a 1 k ohms en la excitación de relés mayores.
El capacitor C1 debe tener una tensión de aislamiento de 16 V o más, dependiendo de la tensión de alimentación.
Para D1 sirve cualquier diodo de uso general de silicio, incluso rectificadores como el 1N4002.
PRUEBA Y USO
Conecte la unidad, y ajuste inicialmente P1 para que, con la intensidad normal de corriente en Rx el circuito quede a disparar.
Después, aumente la corriente en la carga, verificando si el disparo ocurre de la manera esperada.
El valor de Rx debe ser el menor posible para que se obtenga un disparo con la corriente deseada, pues así no tendremos caídas de tensión en el circuito.
Se recomiendan valores en el rango interior a 1 ohm, si es posible.
Si hay dificultad para ajustar el punto exacto de disparo, coloque un trimpot de 100 k ohmios entre la salida y la entrada inversora del embudo (pino 2) para controlar su ganancia.
CI-l - 741 - amplificador operacional
Q1 - BC558 - transistores PNP de uso general
D1 - 1N4148 - diodo de silicio de uso general
P1 - 10 k ohms - trimpot
K1 - micro-relé de 12 V
Rx - ver el texto
R1, R2, R3 - 10 k ohms - resistores (marrón, negro, naranja)
R4 - 27 k ohms - resistor (rojo, violeta, rojo)
C1 - 100 uF x 16 V - capacitor electrolítico
Varios: placa de circuito impreso, sockets DIL para el relé y circuito integrado, hilos, soldadura, etc.