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| Fuente Ajustable 1,2V a 37V / 6A, con Protección Contra Cortocircuito con LM317 y TIP36 |
¡Hola, entusiastas de la electrónica!
Si ya has trabajado con fuentes variables, probablemente ya te has encontrado con los reguladores clásicos LM317 con corriente máxima de 1.5A, y el LM350 con corriente máxima de 3A. Estos componentes son verdaderos caballos de batalla en los talleres de electrónica.
Sin embargo, a medida que nuestros proyectos se vuelven más exigentes, surge la necesidad de más corriente. Aquí es donde entran los drivers booster, circuitos auxiliares con transistores de potencia que amplían la capacidad de corriente. Pero con gran poder viene gran responsabilidad... ¡y un gran problema!
⚠️ El Desafío: Al añadir transistores booster, perdemos una característica esencial: la protección contra cortocircuito. Muchos de nuestros lectores y seguidores en YouTube nos han preguntado: "¿Y si tengo un cortocircuito en la salida, voy a quemar los transistores?"
La respuesta es: SÍ, sin protección adecuada, un cortocircuito puede dañar tus componentes costosos. Podríamos usar fusibles, pero eso significaría cambiarlos constantemente, ¡nada práctico!
Por eso, hoy vamos a presentar una solución elegante y efectiva: una Fuente Ajustable con Protección Contra Cortocircuito que combina la simplicidad del LM317 con la potencia del TIP36C y la seguridad de un circuito de protección inteligente.
🛠️ El Circuito Electrónico: Una Visión General
El corazón de nuestro proyecto es un clásico regulador de tensión ajustable, el LM317. Sin embargo, para alcanzar la impresionante marca de 6A, añadimos dos etapas cruciales:
Etapa 1
- Regulación: LM317 Controla la tensión de salida con precisión.
Etapa 2
- Amplificación: TIP36C (x2) "Booster" que proporciona la alta corriente.
Etapa 3
- Protección: BD140 "Ángel guardián" contra cortocircuitos.
El diferencial de este proyecto no está solo en la potencia, sino en la inteligencia del circuito de protección, que utiliza un transistor BD140 de manera ingeniosa para proteger los transistores de potencia TIP36C contra sobrecargas.
💡 Cómo Funciona el Circuito: El Detalle que Marca la Diferencia
Vamos a desvelar la magia detrás de este circuito. El funcionamiento puede dividirse en tres momentos clave: operación normal, activación del booster y activación de la protección.
🔍 El Papel del Resistor Sensor (R1)
El resistor R1 es el primer "vigilante" de nuestro circuito. Funciona como un resistor shunt, es decir, un sensor de corriente. Piénsalo usando una analogía simple:
Analogía Hidráulica: Imagina que la corriente eléctrica es agua fluyendo por una tubería. El resistor R1 es como un medidor de presión en esa tubería. Con poca agua (baja corriente), la presión es baja. Cuando el flujo de agua aumenta, la presión también aumenta.
Mientras la corriente de salida es baja (hasta unos 600mA), la "presión" (tensión) sobre R1 es insignificante, y el circuito se comporta como un regulador LM317 común.
⚡ La Magia del Booster (TIP36C)
Cuando demandas más corriente (por encima de 600mA), la tensión en los terminales de R1 alcanza aproximadamente 0,6V. Este valor es mágico en el mundo de los transistores: es la tensión necesaria para "encender" un transistor bipolar.
Al alcanzar 0,6V, R1 envía una señal a los transistores TIP36C (Q2 y Q3), que se despiertan y comienzan a trabajar en paralelo con el LM317, dividiendo el esfuerzo y permitiendo que el circuito entregue corrientes mucho más altas, llegando a los 6A deseados.
🛡️ El Ángel Guardián (BD140 y R2)
Ahora viene la parte más inteligente. ¿Qué pasa si ocurre un cortocircuito? La corriente se dispararía a valores peligrosos, destruyendo los TIP36C. Aquí es donde entra nuestro héroe: el transistor BD140 (Q1) y su compañero, el resistor R2.
El resistor R2 es otro sensor de corriente, pero este monitorea la corriente total que sale de la fuente. Fue calculado para que, cuando la corriente alcance el límite de seguridad (6A), la tensión sobre él también llegue a 0,6V.
Momento de Cortocircuito: Cuando la corriente intenta superar 6A, la tensión en R2 alcanza 0,6V, activando el BD140. Una vez encendido, el BD140 "roba" la corriente de base de los transistores TIP36C, forzándolos a apagarse o limitar drásticamente su conducción. Es como un interruptor de emergencia que corta la energía antes de que ningún componente se dañe!
Este mecanismo de protección es auto-restablecible. Tan pronto como se elimina el cortocircuito, la corriente vuelve a la normalidad, la tensión en R2 cae por debajo de 0,6V, el BD140 se apaga y los TIP36C vuelven a operar normalmente. ¡Sin fusibles que cambiar, sin dolores de cabeza!
🔬 La Ciencia Detrás de la Magia: La 1ª Ley de Ohm
Todo este funcionamiento elegante se basa en uno de los pilares de la electricidad: la 1ª Ley de Ohm. Esta ley describe la relación fundamental entre tensión (V), corriente (I) y resistencia (R).
V = R * I
Donde:
- V – Tensión o Potencial Eléctrico (medido en Voltios)
- R – Resistencia Eléctrica (medida en Ohmios, Ω)
- I – Corriente Eléctrica (medida en Amperios, A)
Con esta poderosa herramienta matemática, podemos calcular precisamente el valor de los resistores sensores (R1 y R2) para definir en qué momento cada etapa del circuito debe activarse. ¡Vamos a los cálculos!
🧮 Cálculos Prácticos: Definiendo los Puntos de Activación
Ahora que entendemos el "porqué", vamos a poner manos a la obra y hacer los cálculos que garantizan el funcionamiento perfecto y seguro de nuestra fuente. ¡No te asustes, las matemáticas aquí son nuestras aliadas!
ℹ️ Cálculo del Resistor de Carga (R1) - El Disparador del Booster
Nuestro objetivo con el R1 es decir a los transistores TIP36C cuándo es hora de entrar en acción. Queremos que esto suceda antes de que el pobre LM317 comience a sudar frío.
Nota del Ingeniero: El LM317 puede teóricamente entregar 1.5A, pero operar en el límite máximo no es una buena práctica. Se calentará mucho y su vida útil se reducirá. Por eso, definimos un punto de activación más cómodo: 600mA (0,6A). Esto nos da margen y aumenta la confiabilidad del circuito.
Vamos a aplicar la Ley de Ohm:
Datos:
- V (Tensión de Activación): 0,6V (tensión Vbe necesaria para encender los TIP36C)
- I (Corriente de Activación): 0,6A (600mA, nuestro límite de confort para el LM317)
Cálculo:
R = V / I
R1 = 0,6V / 0,6A
R1 = 1 Ω
Simple, ¿verdad? Un resistor de 1 Ohmio es el comando perfecto para activar nuestros refuerzos de potencia.
ℹ️ Cálculo del Resistor de Protección (R2) - El Guardaespaldas
Ahora, vamos a calcular el R2, el componente que salva el día. Necesita activar el BD140 exactamente cuando la corriente alcance nuestro límite de diseño: 6A.
Datos:
- V (Tensión de Activación): 0,6V (tensión Vbe necesaria para encender el BD140)
- I (Corriente Límite): 6A (la corriente máxima que queremos proteger)
Cálculo:
R = V / I
R2 = 0,6V / 6A
R2 = 0,1 Ω
⚠️ ¡Atención a la Potencia! Este resistor (R2) tendrá que soportar los 6A de corriente. Se calentará. Vamos a calcular la potencia que necesita disipar: P = R * I² = 0,1Ω * (6A)² = 3,6W. Por eso, especificamos un resistor de 5W. Usar un resistor de menor potencia aquí es como intentar apagar un incendio con un vaso de agua. ¡No funcionará!
💪 ¿Por Qué Dos Transistores TIP36C?
Podrías estar preguntándote por qué usamos dos transistores TIP36C. La respuesta está en su capacidad de disipar potencia. Un transistor no es solo un interruptor; también consume energía en forma de calor.
El TIP36C soporta hasta 125W. Pero esta potencia máxima se alcanza en condiciones ideales, generalmente con baja tensión entre colector y emisor. Veamos cuál es la corriente máxima que puede soportar en la peor situación: con la tensión de salida máxima (37V).
Cálculo de la Corriente Máxima por Transistor:
P = V * I => I = P / V
Imax = 125W / 37V
Imax ≈ 3,37A (por transistor)
¡Ajá! Un solo TIP36C no puede entregar los 6A que necesitamos. Pero al conectar dos en paralelo, la capacidad de corriente se suma:
Capacidad Total: 3,37A + 3,37A = 6,74A. Esto nos da un margen de seguridad cómodo para operar a 6A.
🔌 Diagrama Esquemático: El Mapa del Tesoro
Con toda la teoría y los cálculos en mente, vamos a visualizar el circuito completo. En la Figura 2, tenemos el diagrama esquemático. Intenta identificar las tres etapas que discutimos: el regulador LM317, el par de transistores TIP36C y el protector BD140.
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| Fig. 2 - Diagrama esquemático Circuito fuente Ajustable con protección contra cortocircuito |
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📋 Lista de Componentes: Tu Kit de Montaje
Para facilitarte la vida, hemos organizado la lista de materiales en una tabla clara. Ten todo a mano antes de empezar a soldar!
| Referencia | Componente | Especificación | Cantidad |
|---|---|---|---|
| CI1 | Regulador de Tensión | LM317 | 1 |
| Q1 | Transistor PNP | BD140 | 1 |
| Q2, Q3 | Transistor de Potencia PNP | TIP36C | 2 |
| D1 | Puente Rectificador | KBU1010 (10A) | 1 |
| D2, D3 | Diodo Rectificador | 1N4007 | 2 |
| R1 | Resistor | 2W / 1Ω | 1 |
| R2, R4, R5 | Resistor | 5W / 0.1Ω | 3 |
| R3 | Resistor | 1/4W / 220Ω | 1 |
| C1 | Condensador Electrolítico | 10.000µF - 65V | 1 |
| C2, C3 | Condensador Poliéster/Cerámico | 0.1µF (100nF) | 2 |
| RV1 | Potenciómetro | 5KΩ | 1 |
| P1, P2 | Conector Terminal | 2 Pines 5mm | 2 |
🖨️ La Placa de Circuito Impreso (PCB): El Corazón del Proyecto
Un buen esquema es el comienzo, pero una Placa de Circuito Impreso (PCB) bien diseñada es lo que separa un proyecto que funciona de uno que es confiable y seguro. Para circuitos de potencia como este, el diseño de la PCB es crítico.
¿Por qué es Importante el Diseño de la PCB?
- Pistas de Alta Corriente: Las pistas que conducen los 6A necesitan ser anchas y cortas para minimizar la resistencia y el calentamiento.
- Plano de Tierra: Una buena conexión a tierra es esencial para la estabilidad del regulador y para reducir el ruido.
- Dissipación de Calor: El posicionamiento de los componentes de potencia (LM317, TIP36C) fue pensado para facilitar la instalación de disipadores de calor adecuados.
La Figura 3 muestra la PCB que hemos preparado para ti. Ha sido optimizada para facilitar el montaje y garantizar el máximo rendimiento y seguridad de tu proyecto.
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| Fig. 3 - PCB Fuente Ajustable 1,2V a 37V / 6A, Protección Contra Cortocircuito LM317 y TIP36 |
📥 Enlace Directo a Archivos para Descargar
Para descargar los archivos necesarios para el montaje del circuito electrónico, simplemente haz clic en el enlace directo proporcionado a continuación:
Enlace Directo: Archivos PNG, PDF, GERBER
🛠️ Consejos de Montaje: El Secreto del Éxito
Antes de encender el soldador, revisa estos consejos de oro. Pueden ahorrarte mucho tiempo y evitar frustraciones (¡y componentes quemados!).
🔥 ¡Los Disipadores de Calor son Obligatorios!
El LM317, los dos TIP36C e incluso el BD140 se calentarán. Usa disipadores de calor adecuados y no olvides la pasta térmica para garantizar una transferencia de calor eficiente.
🔌 Cableado de Alta Corriente
Para la entrada de energía y la salida de 6A, usa cables gruesos (calibre de al menos 1,5mm² o 16 AWG). Los cables finos se calentarán y causarán caída de tensión.
🔍 Verifica Antes de Conectar
Antes de aplicar energía por primera vez, usa un multímetro en modo de continuidad para verificar que no haya cortos entre la entrada y la salida, o entre el positivo y tierra.
💡 Primer Test con Seguridad
Para el primer test, un excelente consejo es conectar una bombilla incandescente (de 40W a 100W) en serie con la entrada AC. Si hay un corto, la bombilla se encenderá brillante, limitando la corriente y protegiendo tu circuito.
❓ Preguntas Frecuentes (FAQ)
Hemos recopilado algunas de las dudas más comunes sobre este proyecto para ayudarte a montar con aún más confianza.
1. ¿Puedo usar un transformador con tensión diferente?
Respuesta: Sí, pero con cuidado. La tensión de entrada del regulador debe ser al menos 2-3V mayor que la tensión de salida máxima deseada. Para 37V de salida, necesitas unos 40V continuos después de la rectificación, lo que significa un transformador de aproximadamente 28V a 30V RMS. Usar una tensión mucho más alta exigirá más a los componentes y disipará más calor.
2. ¿Es obligatorio usar el disipador de calor en los transistores?
Respuesta: Sí, es absolutamente esencial! Sin disipadores, los TIP36C y el LM317 entrarán en sobrecalentamiento casi instantáneamente bajo carga y serán destruidos. El tamaño del disipador depende de la corriente y de la diferencia de tensión (tensión de entrada - salida).
3. ¿Qué pasa si no coloco el resistor R2 (0,1Ω)?
Respuesta: Si omites R2, el circuito de protección contra cortocircuito no funcionará. El BD140 nunca se activará, y en caso de sobrecorriente o cortocircuito, los transistores TIP36C serán dañados. ¡No lo hagas!
4. ¿Puedo sustituir el TIP36C por otro transistor?
Respuesta: Sí, siempre que el sustituto sea PNP y soporte al menos la misma corriente y potencia (ej: 2SA1943, MJ2955). Necesitarás verificar el datasheet para asegurarte de que el pinout es compatible y que el Vbe de activación sea similar (generalmente alrededor de 0,6V).
🎉 Conclusión: Tu Fuente de Alimentación de Laboratorio Ideal
Y así llegamos al final de este proyecto completo. Con esta fuente ajustable, tienes en tus manos una herramienta extremadamente versátil (1,2V a 37V), potente (6A) y, lo más importante, segura, gracias a la protección contra cortocircuito.
Ya sea para probar LEDs, alimentar microcontroladores, impulsar motores o para cualquier otra aventura electrónica, esta fuente será tu compañera de confianza en el laboratorio.
👋 ¡Ahora es tu turno!
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Artículo original publicado en FVML (Portugués) – 15 de febrero de 2021
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