“Más pequeño, más rápido, más bonito” – estos son los criterios principales para la electrónica de hoy. Una pauta rentable para los fabricantes, pero asimismo bastante retadora para los ingenieros de diseño, que deben encajar todo en un entorno mucho más reducido. Pongamos la seguridad por encima de estos requisitos y la situación se hará aún más compleja.

Compleja tanto para diseñadores como para fabricantes y, en última instancia, relevante para los consumidores finales, que esperan que sus productos no solo sean funcionales sino también seguros.

La protección de circuitos es rutina cotidiana
Imagine el siguiente escenario: por la mañana, footing, tiempo húmedo... zapatillas de correr, calcetines y camiseta de nylon. Todos juntos pueden generar, brevemente, una descarga electrostática (ESD) de 30.000 V - un potencial paro cardiaco para el teléfono inteligente o cualquier otro dispositivo portátil que reproduce su música favorita.  

Imagínese que se acerca a su ordenador y ¡bam! De repente todo se resetea. Su primer pensamiento: un malware o virus, el ordenador es demasiado viejo o el hardware se ha averiado. No se le pasaría por la cabeza que el simple contacto entre su disfraz y el ordenador ha desencadenado un breve pero potente incidente eléctrico.

La protección de circuitos es rutina cotidiana, no obstante, los problemas asociados con sobretensión y sobrecorriente siguen siendo una consideración a posteriori para la mayoría de los ingenieros. ¿Por qué? Porque con la ampliación de sus tareas y la reducción de los ciclos de diseño, la mayoría de los ingenieros relegan la protección de circuitos al final de su lista de trabajo. ¡”Más rápido” es la frase del día! Hoy en día los ingenieros deben diseñar la funcionalidad central de sus dispositivos lo más rápidamente posible. Deben realizar la forma, realizar el software, construir el prototipo y probar el concepto. Solo entonces, si acaso, tendrán tiempo de pensar en la protección de circuitos.

Ahorrar un valioso tiempo de desarrollo
Este enfoque está creando más problemas que nunca a los diseñadores de productos. Móviles, ordenadores y reproductores de música son cada vez más pequeños. Por otra parte, funcionan con tensiones diminutas que son más susceptibles a ESD, relámpagos distantes, encendidos de motor y fuga de corrientes de maquinaria de proceso. Se trata generalmente de 10.000 o 15.000 voltios, pero la experiencia está mostrando que puede llegarse hasta incluso 30.000 voltios.

El triste resultado de dejar tales tareas para el último minuto es que la funcionalidad del diseño sufre. Con los aparatos haciéndose cada vez más pequeños y teniendo que ensamblar tantas piezas, los ingenieros ya no pueden encontrar espacio para dispositivos de protección de circuitos en sus placas de circuitos impresos. El resultado: terminan remodelando las placas y perdiendo un valioso tiempo de desarrollo – tiempo que podrían haber ahorrado si hubieran pensado en la protección de circuitos desde el principio. Para empeorar las cosas, los ingenieros no reflexionan en muchos casos sobre protección de circuitos, sino que se apresuran a elegir cualquier solución al alcance de la mano y el dispositivo de protección inadecuado, lo cual se traduce en fallos funcionales, escasa fiabilidad, problemas de seguridad, electrochoque o incluso fuego.

A fin de guiar a la comunidad de ingenieros de diseño a prevenir tales sombríos escenarios, incluimos aquí algunas expertas recomendaciones de ingenieros cuya vidas profesionales giran en torno a los temas de protección contra sobrecorriente e inmunidad a choques:  

Pensar en la protección de circuitos desde la propia fase del “chip”
Considerar la protección de circuitos demasiado tarde en el proyecto puede tener ciertamente algunas serias repercusiones para todo ingeniero de diseño. Un escenario tal sería resultar en una situación en la que no quede espacio disponible para el dispositivo ESD. O peor aún, conformarse con una posición no óptima en la que el dispositivo no funcione en la manera supuesta.

Para evitar estos problemas, el tiempo mejor para empezar a pensar sobre estos temas es el preciso momento en el que se escoge el juego de chips y se comienza a trazar la placa de circuitos. Procediendo de esta manera, los valores ESD son disponibles y los diseñadores saben qué robustos y qué sensibles son los chips. Algunos de estos chips funcionan a 1,5 voltios y no es necesario hacer mucho para perturbarlos. La experiencia nos enseña que la técnica de circuitos es más complicada y delicada de lo que a veces apercibimos.

Comprender las amenazas
Los fusibles son simples, todos los entienden, pero la sobretensión puede no ser tan obvia, y es posible que no se aperciban sus consecuencias. No obstante, estas existen, aun cuando no sean tan catastróficas como las de la sobrecorriente.

¿Sabía usted, por ejemplo, que la sobretensión ha incluso incapacitado el telescopio Hubble, desconectado refinerías, destruido teléfonos inteligentes y parado montañas rusas en plena marcha? En algunos dispositivos portátiles médicos las sobretensiones pueden incluso constituir un peligro de muerte.  Hay numerosas posibles fuentes de corriente y tensión excesivas, comenzando por relámpagos comunes, ESD, motores, soldadoras de arco, así como las zapatillas de correr y los calcetines antes mencionados. Considere-mos el relámpago, por ejemplo: la gente comprende el fenómeno del relámpago, pero posiblemente no sabe que viaja a través del suelo, pudiendo crear enormes deformaciones de onda en líneas de alta tensión a una milla de distancia. Y este es solo un ejemplo de la importancia de conocer y comprender las posibles amenazas.

Definir las necesidades
Para predecir con exactitud las necesidades de protección de circuitos de un producto, el ingeniero de diseño debe ser capaz de imaginarse en primer lugar cómo se usará. En otras palabras, es preciso saber dónde puede acabar, comprender su entorno y qué podría estar contiguo a él. Un aparato será más vulnerable en un ambiente industrial que en una oficina.

Una vez que el diseñador comprende el entorno, él o ella puede empezar a hacer adaptaciones. Debe comenzarse con los puntos de conexión. El dispositivo contra sobretensión debería estar lo más cercano posible al conector, no a cinco centímetros de distancia. Comprender el entorno objetivo del producto y las posibles amenazas que podrían presentarse con tal emplazamiento será crucial a la hora de seleccionar la solución de protección de circuitos adecuada.  

Conocer los estándares
Los estándares determinan el diseño de cada producto, la protección de circuitos incluida. Es más, la lista de estándares que deben tener en consideración los diseñadores parece ser interminable. Y difieren además internacional, regional e incluso localmente. En lo relativo a protección de circuitos los estándares incluyen aquellos de Underwriters Labs, Energy Star, NEMA, ATCA, CSA Group, IEEE, y entidades de estandarización en Canadá, Sur América, Japón, Corea, y Europa entre otros.

Los estándares constituyen una gran parte de todo proyecto o industria. Los ingenieros de diseño tienen la obligación de ser conscientes de todos los estándares relevantes incluso antes de comenzar el proyecto. Al igual que los componentes, el conocimiento y la comprensión de las normas que regulan ciertos productos local o internacionalmente deben también formar parte de la primera fase de diseño. En otras palabras, no se puede crear el producto y después empezar a buscar los estándares que le posibilitarían funcionar o no en un mercado particular.

Mantenerse informado
Ya que la protección de circuitos no se enseña en las universidades, la mayoría de los ingenieros son más versados en las complejidades del diseño de productos que en los temas de sobrecorriente e inmunidad a electrochoque. Este problema es agraviado por el hecho de que la mayoría de los ingenieros de diseño deben hacer malabarismos con numerosos proyectos y disponen de demasiado poco tiempo para investigar sobre el tema. Los libros blancos industriales, las especificaciones de productos y los estudios de casos prácticos son siempre útiles como fuente de información y educación, pero también como ejemplos de lo que funcionó en ciertas situaciones, posiblemente similares a la presente.

En términos generales, aun no siendo un tema considerado oficialmente en las escuelas, la protección de circuitos es un tema relevante para la vida cotidiana del consumidor final, para el fabricante, cuya reputación como marca se basa en la perfecta funcionalidad y seguridad de sus productos, y finalmente para el ingeniero de diseño, cuyo éxito es medido por el tiempo de desarrollo y la calidad. Es algo que debe aprenderse indudablemente mediante la experiencia y el intercambio de conocimientos a través de la industria. Littelfuse ofrece, por ejemplo, su sitio speed2design, que está orientado a ayudar a los ingenieros retados por la falta de tiempo a encontrar soluciones para la protección de circuitos.

Autor:

Por By Bharat Shenoy. Director de Marketing Técnico, Unidad de Negocio de Electrónica

Autor
Breve biografía: Bharat Shenoy, Director de Marketing Técnico, Unidad de negocio de Electrónica, es responsable de análisis de segmentos de mercado, soporte al canal de ventas e ingeniero de aplicaciones de la unidad de negocio de Electrónics. Bharat Shenoy se unió a Littelfuse como Director de Ventas Local en la región Oeste de USA desde el año 2008 al 2011. Comenzó su carrera como oficial naval de USA en un submarino nuclear, ha pasado por diferentes cargos en Tyco Electronics Circuit Protection como ingeniero de aplicaciones, Directos de ventas local y Director Comercial.

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