Al probar dispositivos, es importante protegerlos contra posibles sobretensiones. Por eso, la mayoría de las fuentes de alimentación presentan algún tipo de circuito de protección, cuyo objetivo es detectar y subsanar rápidamente cualquier sobretensión para evitar daños en el dispositivo bajo prueba.

No obstante, es importante comprender cómo funciona la protección contra sobretensiones de una fuente de alimentación para poder sacarle el máximo partido.

¿Qué provoca las sobretensiones?

La propia fuente de alimentación puede causar sobretensiones. Un fallo en la fuente de alimentación podría provocar una alta tensión inesperada e incontrolada en el dispositivo bajo prueba. También es posible que la sobretensión no se deba a un fallo de la fuente de alimentación, sino a algún error del usuario al programar una fuente de alimentación mayor de lo que el dispositivo bajo prueba puede tolerar.

La sobretensión también puede venir de fuera de la fuente de alimentación. El dispositivo bajo prueba puede sufrir una sobretensión debido a un cortocircuito en los cables dentro de un conector o en un mazo de cables, lo que provocará una subida de tensión en el dispositivo. También es posible que falle o que se programe incorrectamente una matriz de conmutación, lo que transmitiría una tensión alta al dispositivo bajo prueba. En estos casos, la solución está en el circuito de protección contra sobretensiones de la fuente de alimentación. Si el detector registra una tensión superior al umbral establecido para la protección contra sobretensiones, la protección se activa y la fuente de alimentación intenta eliminar la sobretensión del dispositivo bajo prueba.

¿Cómo funciona la protección contra sobretensiones?

Los circuitos de protección contra sobretensiones pueden ser fijos o de seguimiento, locales o remotos.

La protección contra sobretensiones fija permite establecer un umbral de tensión concreto, ya sea manualmente o mediante programación remota. Se trata de un valor fijo, de forma que, cuando la tensión de salida de la fuente de alimentación lo rebasa, el circuito de protección se activa y la fuente intenta reducir la sobretensión en su salida. Aunque el usuario cambie la tensión de salida de la fuente de alimentación, el umbral de protección contra sobretensiones se mantiene.

Por su parte, una protección contra sobretensiones de seguimiento permite establecer un valor de umbral que varía con la tensión de salida. Por ejemplo, podemos establecer una protección contra sobretensiones de seguimiento de 0,5 V o bien del 10 % por encima de la tensión de salida programada. Así, la protección siempre estará por encima de la tensión y controlará el ajuste de salida. Aunque a primera vista esto sería ideal, hay un problema: si programamos un valor incorrecto en la fuente de alimentación, la protección contra sobretensiones también se programará mal. Si queríamos programar 2,5 V pero programamos 25 V sin darnos cuenta, la protección contra sobretensiones se configurará a 25 V por encima de la tensión, por lo que no protegerá la fuente de la sobretensión que nosotros mismos hemos introducido.

Una protección contra sobretensiones local vigila la condición de sobretensión en los terminales de salida de la fuente de alimentación. Una protección remota supervisa la sobretensión en el punto de detección remota de la fuente de alimentación. (Para obtener más información sobre la detección remota, véase este artículo: http://electronicdesign.com/test-amp-measurement/remote-sensing-improves-voltage-sourcing-high-current).

Disparos erróneos y sobretensiones reales no detectadas

Contar con protección contra sobretensiones es deseable, pero, si existe la posibilidad de que la protección se dispare por error, esto puede ser un problema. Por otro lado, si la protección contra sobretensiones no detecta una condición de sobretensión real, puede producirse una situación de peligro. Veamos pues cuál es el comportamiento de cada protección contra sobretensiones en cuanto a disparos erróneos y sobretensiones no detectadas.

Protección contra sobretensiones fija local (Figura 1): este es el tipo de protección más común. Imaginemos que los cables que salen del dispositivo bajo prueba son largos, por lo que en ellos se produce una fuerte caída de tensión. Si queremos 5 V en el dispositivo bajo prueba pero tenemos una caída de 1 V en los cables, la fuente de alimentación tendrá que producir 6 V para que al dispositivo lleguen 5 V. ¿Cómo establecemos entonces el umbral de protección contra sobretensiones? Si establecemos una protección de 5,5 V, esta puede activarse erróneamente, ya que la protección local detectará 6 V cuando el dispositivo bajo prueba solo presenta 5 V. La solución en este caso sería establecer la protección contra sobretensiones a un nivel superior para evitar disparos erróneos, aunque la protección será menor. Otra solución sería detectar la sobretensión remotamente en el dispositivo bajo prueba (p. ej., con un punto de detección remota) en lugar de detectarla localmente en la salida de la fuente de alimentación.

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Protección contra sobretensiones de seguimiento local (Figura 2): imaginemos ahora que tenemos un gran condensador en el dispositivo bajo prueba y que hemos establecido la protección de seguimiento local a 0,5 V por encima de la tensión programada. Suministramos 5 V al dispositivo bajo prueba, por lo que la protección de seguimiento local se ajusta a 5,5 V. Ahora queremos reprogramar la alimentación a 1 V, por lo que establecemos la fuente a 1 V y la protección de seguimiento local pasa a ser de 1,5 V. Sin embargo, el condensador del dispositivo bajo prueba sigue teniendo 5 V, ya que la tensión del condensador tarda en caer, aunque el circuito de protección contra sobretensiones sigue detectando más de 1,5 V y se dispara de forma errónea debido a la sobretensión momentánea (y esperada). La solución en este caso sería introducir algún tipo de retardo para que el condensador se pueda descargar, pero este retardo haría que el dispositivo quedase desprotegido durante algún tiempo.

Protección contra sobretensiones de seguimiento remota (Figura 3): ya hemos visto que la protección de seguimiento (con retardo) se ocupa de las tensiones cambiantes durante la prueba y que, al ser de tipo remoto, protege de pérdidas en los cables. Así, parece que la protección de seguimiento remota (con retardo) tendría todas las ventajas, pero para proteger el dispositivo bajo prueba ahora dependemos de que las líneas de detección funcionen correctamente. ¿Es una buena idea?

Las líneas de detección remota pueden cortarse, algo bastante común en los sistemas de prueba. Sin cables de detección, la tensión de salida de una fuente de alimentación suele aumentar (y no hay respuesta mediante las líneas de detección, ya que están interrumpidas). El aumento de tensión PROVOCA una condición de sobretensión. Sin embargo, como las líneas de detección están cortadas y el circuito de protección no detecta la sobretensión, el dispositivo bajo prueba no se desconecta. Aunque la protección contra sobretensiones de seguimiento remota parece ser la solución para los disparos erróneos, puede que no detecte una sobretensión real si las líneas de detección remota se cortan.

Resumen

A la hora de proteger un dispositivo bajo prueba, hay que hacer concesiones entre el máximo nivel de protección y la posibilidad de disparos erróneos del circuito de protección contra sobretensiones. Si comprendemos cómo funciona la protección contra sobretensiones y cuándo puede provocar un disparo erróneo o no detectar una sobretensión, podremos decidir cuál es el método adecuado para proteger el dispositivo bajo prueba según las características del entorno de pruebas.