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Circuito Soft-Start (arranque suave) para amplificadores de potencia
Rod Elliott (ESP), Actualizado 18 Abril 2006
Traducido por Muon
ADVERTENCIA: Este circuito requiere experiencia con el cableado de la red de suministro. No trate de construirlo a menos que sea
experimentado y capaz. Lesiones graves o la muerte pueden resultar del cableado incorrecto.
Actualizaciones. .
Los PCBs están disponibles para una versión algo modificada del proyecto de soft-start. Mejor que el conmutador MOSFET, la versión PCB usa un
opamp barato que proporciona la potencia y la conmutación de “arranque suave”. Todos los detalles estarán disponibles cuando usted compre el PCB,
pero el esquema y una breve descripción se muestran abajo.
El tiempo de retraso para todos los circuitos mostrados ha sido revisado. El grado óptimo está alrededor 100ms - suficiente para alrededor de 5 ciclos
completos de 50Hz, o 6 ciclos de 60Hz. Debe también controlar bastante bien el transformador a alrededor del 200-500 % de corriente de carga total
en el arranque, y las fórmulas han sido revisadas para hasta el 200 %. Sin el soft-start, la corriente de ráfaga puede ser tan alta como solo limite la
resistencia del cableado – valores superiores a 50A no son nada raros para el promedio de los transformadores de 230V.
Termistores-¡Importante!
La utilización de termistores en lugar de resistencias es una pregunta común, y mientras que hay muchas advertencias, generalmente, trabajarán
bien. Lamentablemente, puede ser muy difícil para el principiante (" y no tan principiante ") determinar el valor apropiado y el tamaño, y los
fabricantes no ayudan mucho. El formato de especificación de un fabricante raras veces (poco probable) se empareja al del otro, y hacer
comparaciones directas no es fácil. Alguno cita una corriente máxima, otros un valor en Julios, y otros no incluyen casi nada excepto la resistencia
nominal a 25°C y las dimensiones - apenas provechoso.
A muchas personas les gusta la idea de usar termistores NTC (Coeficiente Negativo de Temperatura) para la limitación de la ráfaga, con una
pretensión común de que ningún circuito adicional es necesario. En una palabra: NO LO HAGA. Esto es posiblemente polémico, porque son usados por
un número de fabricantes mayoristas, por lo que debe estar bien (o lo podría parecer). Si se utiliza en un sistema conectado como se describe aquí,
son seguros, pero personalmente he visto (sí, con mis muy propios ojos) termistores NTC´s explotar vigorosamente si tienen un defecto. Las
resistencias también pueden fallar, pero el fallo (por lo general) está contenido - hay excepciones desde luego. En general, los termistores NTC están
diseñados para una muy alta corriente máxima, pero como habrá observado anteriormente, usted verá muchos modos diferentes de describir la misma
cosa, con casi ninguna concordancia entre fabricantes
Si el relé falla porque usted no me escuchó y usó la fuente del amplificador, el termistor (en la teoría) bajará su resistencia debido al flujo de corriente
y el fusible se fundirá. Sin embargo, si la corriente es demasiado alta debido a un defecto importante, el termistor puede explotar antes de que el
fusible tenga alguna posibilidad. No sé por qué, algunas personas insisten que el termistor sea, de algún modo, "mejor" que las resistencias - no lo es,
y en algunos casos aún puede ser una solución menos robusta. Como verá debajo, una resistencia (o el termistor) con valor de aproximadamente 50
ohmios (230V) o 25 ohmios (120V) es un compromiso bastante bueno, y trabaja perfectamente con transformadores de hasta aproximadamente
500VA. La resistencia deberá ser reducida para transformadores de potencia más altos.
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Si se usa un termistor, tiene que ser dimensionado de manera apropiada. Mientras algunos pequeños termistores pueden aparecer bastante
satisfactorios, a menudo serán incapaces de manejar el pico máximo de corriente. Sugiero que lea el artículo sobre circuitos de protección de ráfagas
para más información. Un termistor, adecuadamente dimensionado, puede ser usado en cualquier versión de este proyecto (incluyendo la unidad PCB
mostrada en la Figura 6).
En ningún caso voy a sugerir nunca un termistor sin un relé bypass para amplificadores de potencia, porque su stanby o bajo nivel de corriente, es,
generalmente, insuficiente para conseguir que caliente el termistor lo bastante como para reducir la resistencia a un valor sensible. Por lo tanto, puede
conseguir la modulación de voltaje del suministro de energía, con el termistor constantemente caliente.
Si hay bastante corriente continua (un amplificador de Clase-A por ejemplo), la temperatura superficial de un termistor que funciona perfectamente
está típicamente bien sobre 100°C, entonces considero obligatorio hacer bypassing (derivar) para prevenir el exceso el calor no deseado. Un circuito de
derivación (puenteo, bypass) también quiere decir que el termistor está listo para proteger de la corriente de ráfaga inmediatamente después de
apagar. Sin el bypass, debería esperar 90 segundos, o más, antes de que se haya enfriado.
Introducción
Cuando su monstruo (o no tan el monstruo) etapa de potencia arranca, la corriente inicial es muchas veces mayor que a plena potencia. Hay dos
motivos principales para esto, así...
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Los transformadores soportarán una corriente muy alta al conectarse, hasta que el flujo magnético se haya estabilizado. El efecto es peor
cuando la energía del voltaje de corriente alterna pasa por el cero, y es reducido al mínimo en el pico de la forma de onda de corriente alterna.
Esto es todo lo contrario a lo que usted podría esperar.
Al conectar a la red (arrancar) los condensadores del filtro están completamente descargados, y la acción es como un cortocircuito por un breve
(pero posiblemente destructivo) período
Estos fenómenos son bien conocidos por los fabricantes de amplificadores de muy alta potencia como los usados en PA y usos industriales, pero los
circuitos de 'arranque suave' no son usados comúnmente en los equipos de consumidor. Alguien que tiene un amplificador de potencia grande - sobre
todo uno que use un transformador toroidal - habrá notado un momentáneo oscurecer de las luces cuando el amplificador se enciende. La corriente
consumida es tan alta que otro equipo será afectado.
Esta alta corriente de ráfaga (como es conocida) es agotadora sobre muchos componentes de su amplificador, sobre todo...
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Fusibles - estos deben ser de fusión lenta, o el fastidio de la fusión del fusible será habitual
El transformador - la corriente masiva estresa las bobinas mecánica y eléctricamente. No es raro oír un zumbido mecánico en disminución que
es como reacciona el chasis del transformador al estrés magnético
El rectificador de puente - este debe manejar la corriente inicial más allá de lo normal, porque lo fuerzan a cargar los condensadores de filtro
vacíos - esto se parece a un cortocircuito hasta que se haya alcanzado un respetable voltaje .
Condensadores - la corriente de ráfaga es muchas veces la corriente nominal de los condensadores y estresa las conexiones eléctricas internas.
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No debería ser ninguna sorpresa que un número significativo de fallos de un amplificador (sobre todo los fallos relacionados con PSU) ocurren en el
arranque (a no ser que el operador haga algo tonto). Esto es exactamente el mismo problema que hace que sus bombillas en casa se fundan cuando
enciende la luz. Usted raras veces ve fallar una bombilla mientras esta silenciosamente sentado allí leyendo, casi siempre resulta en ese momento en el
que conecta la luz. Es exactamente lo mismo con los amplificadores de potencia.
El circuito presentado aquí está diseñado para limitar la corriente de ráfaga a un valor seguro, que he seleccionado como el 200% de la capacidad de
carga total del transformador de alimentación. Por favor, sea consciente de que hay publicaciones importantes de seguridad con este diseño (como
con todos los circuitos) – descuidar esto es peligroso. Hasta el 500 % de la potencia total está bastante bien, y la decisión en cuanto a qué valor usar
depende de usted. El fabricante del transformador puede tener algunas recomendaciones específicas.
NOTA: No intente este proyecto si usted no está dispuesto a experimentar – el funcionamiento del relé debe ser 100 % confiable, su
cableado de red eléctrica debe ser de una calidad excelente, y algún trabajo en metales puede ser necesario. No hay nada trivial sobre
este circuito (o cualquier otro circuito diseñado para el mismo objetivo) a pesar de su simplicidad evidente
Descripción
Aunque el circuito de arranque suave pueda ser añadido a cualquier tamaño de transformador, la resistencia de la bobina de 300VA y transformadores
más pequeños, es generalmente suficiente para prevenir una sobretensión. El empleo de un circuito de arranque suave es definitivamente
recomendado para transformadores de 500VA y más grandes.
A modo de ejemplo, un transformador de 500VA es bastante típico en muchos sistemas domésticos de alta potencia. Asumiendo una carga ideal (que
el rectificador no es, pero eso es ya otra historia) la corriente consumida de la red eléctrica a plena potencia es...
I = VA / V (1) Donde VA es la VA nominal del transformador, y la V es el voltaje de red eléctrica usada
Ya que vivo en un país que suministra 230V usaré esto para mis cálculos, pero son fáciles de hacer para cualquiera. Usando la ecuación 1,
conseguiremos la potencia nominal total actual de la red (omitiendo la resistencia del bobinado del transformador).
I = 500 / 230 = 2A (bastante cerca)
Para un límite de 200% de plena potencia de la red, este es: 4A AC. La resistencia es fácilmente calculada usando la ley de Ohm …
R = V / I (2)
Así se conseguirá ...
R = 230 / 4 = 60 Ohms (bastante cerca)
No es realmente un valor estándar, pero las resistencias de 3 x 180 ohmios 5W en paralelo irán bien, dando una resistencia combinada de exactamente
60 ohmios. Una resistencia de solo 56 ohmios podría utilizarse, pero la potencia nominal de 900W (instantáneo) es un poco intimidante. Nosotros no
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necesitamos nada parecido para un uso normal, pero tenga en cuenta de que se trata de la disipación bajo ciertas condiciones de fallo. Para determinar
la potencia de la resistencia de balasto (lastre) la cual es el 200% de la potencia del transformador a plena potencia...
P = V² / R (3)
Para esta resistencia, esto parecería indicar que es necesaria una resistencia de 930W (basado en los calculados 60 ohmios), un componente grande y
costoso de hecho.
En realidad, no necesitamos nada, puesto que la resistencia estará en circuito por un breve período - por lo general alrededor de 100ms, y el
amplificador (con suerte) no deberá suministrar potencia significativa hasta que esté estabilizado. La corriente máxima absoluta sólo fluirá para 1
semiciclo, y disminuye rápidamente después de eso.
En lo único que tenemos que ser cuidadosos es en asegurarnos que la resistencia de balasto es capaz de manejar la corriente de arranque. Durante la
prueba, me las arreglé para romper una resistencia de cerámica por la mitad porque no podía con la corriente: este efecto se refiere a veces como
"Chernobyling", después del desastre nuclear en la URSS hace algunos años, y es mejor evitar.
Es común, para los amplificadores de potencia profesionales grandes, usar una resistencia de 50W, generalmente montada en cuerpo de aluminio,
pero éstos son costosos y no es fácil de conseguir para la mayoría de constructores. Para el ejemplo anterior, 3 resistencias cerámicas en paralelo de
5W (cada resistor está entre 150 y 180 ohmios) nos dará lo que deseamos y son relativamente baratos.
Para Estados Unidos (y los lectores de otros países de 120V), la resistencia resulta ser de 12 ohmios, por lo que 3 resistencias de 33 ohmios 5W
deberían funcionar bien (esto da 11 Ohms, lo suficientemente cerca para este tipo de circuito).
Se ha demandado que la resistencia debe ser normalmente entre 10 y 50 ohmios, y que no se deben utilizar valores más altos. Dejaré decidir esto al
lector, puesto que hay buenos argumentos (IMO) para ambas ideas. Como siempre, se trata de una situación de compromiso, y diferentes situaciones
piden diferentes enfoques.
Una resistencia de 10 ohmios es el mínimo absoluto que yo usaría, y la resistencia debe seleccionarse con cuidado. El aumento de corriente suele
demoler resistencias menores, especialmente con una alimentación de 230V. Si bien es cierto que se reduce la resistencia, el alambre de la resistencia
es más grueso y más tolerante a la sobrecarga, el peor caso es una corriente instantánea con 10 ohmios que da 23A a 230V. Se trata de una disipación
instantánea de 5.290W (ignorando otras resistencias en el circuito) y requerirá una resistencia extremadamente robusta para soportar esto incluso por
períodos cortos. Operando a 120V, la corriente máxima será 'sólo' de 12A, reduciendo la disipación de pico a 1. 440W.
En realidad, en el peor caso, el pico de corriente nunca se alcanzará, ya que hay que tener en cuenta la resistencia del bobinado del transformador y la
impedancia de la red. Sobre esta base, un compromiso razonable será la de limitar la resistencia (y los valores que utilizo) del orden de 50 ohmios para
230V (3 x 150 ohmios / 5W), o 11 Ohms (3 x 33 ohm / 5W) para la operar a 120V. Los resistores están conectados en paralelo. Usted puede decidir
usar estos valores en lugar de calcular el valor de las ecuaciones anteriores, y se encontrará que estos funcionarán muy bien en casi todos los casos y
aún permitirá al fusible fundirse en caso de avería. Estos valores son adecuados para transformadores de hasta 500VA.
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Esto va en contra del uso de valores más altos, donde el fusible (con toda probabilidad) no fundirá hasta que se cierre el relé. Aunque el período de
tiempo es corto, las resistencias se calientan muy, muy rápidamente. Los termistores pueden ser útiles, porque cuando calientan su resistencia baja y
si funcionan debidamente, simplemente caerán a una resistencia mínima suficiente para fundir el fusible.
Otra buena razón para utilizar un valor más bajo es que algunos amplificadores tienen un comportamiento de activación que puede causar una
corriente relativamente grande por un breve periodo. Estos amplificadores no pueden alcanzar un punto de funcionamiento estable con una resistencia
de alto valor en serie, y por lo tanto, pueden causar un flujo de corriente grande al altavoz hasta que todo el voltaje es aplicado. Esta es una situación
potencialmente desastrosa y debe evitarse a toda costa. Si su amplificador exhibe este comportamiento, debe utilizarse el menor valor de limitación de
resistencias.
Si la energía eléctrica de su red no es confiable y es una 'característica' donde usted vive, entonces yo sugeriría que debería establecer un sistema
donde el amplificador se apague si la red falla por más de unos cuantos ciclos en un momento. La fuente de AC de transformador toroidal sólo tiene
que estar desaparecida algunos ciclos para que puedan causar una corriente considerable, por lo que es necesaria la atención a este punto.
Si se utiliza un termistor, sugiero una versión robusta, clasificada para una corriente máxima comparativamente alta. Los dispositivos de 20mm de
diámetro generalmente están clasificados para corrientes mucho más altas de lo que es probable que necesite, por lo que sufrirán un mínimo de ciclos
térmicos. Un buen valor ronda los 10 ohmios a 25 °C - esto significa mayores corrientes de pico, como sugiero arriba, pero siempre se pueden utilizar
dos en serie - especialmente para operar a 230V.
Circuito Bypass (derivación)
Muchos de los grandes amplificadores profesionales usan un TRIAC (rectificador controlado de silicio bilaterales) pero tengo la intención de utilizar un
relé por una serie de muy buenas razones...
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Los relés son prácticamente indestructibles
Son fáciles de conseguir casi en cualquier lugar
Proporciona un útil aislamiento para que el circuito de control no esté al potencial de la red.
No se generan ruidos de RF o armónicos de la de red. Estos son de bajo nivel, pero pueden ser muy molestos de eliminar de los circuitos TRIAC
No es necesario disipador de calor, eliminando un riesgo potencial de seguridad de haber una ruptura del aislamiento entre triac y disipador.
Tendrán su cuota de problemas pero serán tratados en este proyecto. Lo peor proviene de un voltaje de la bobina apropiada, permitiendo que los
dispositivos comúnmente disponibles sean utilizados en amplificadores de potencia de todos los tamaños y tensiones de alimentación.
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Figure 1 - Resistores y contactos de relé del Soft-Start
La figura 1 muestra cómo se conectan las resistencias en serie entre la alimentación y el transformador, con los contactos del relé cortocircuitando las
resistencias cuando se activa el relé. Este circuito es todo para tensión de red y debe ser tratado con gran respeto.
A representa el activo (vivo) viene desde el interruptor principal, y SA es la activa 'suave' y conecta con el transformador de alimentación (primario).
No desconecte o derive (bypass) cualquier cableado existente, simplemente coloque el paquete de las resistencias en serie con el transformador
existente.
No intente ningún cableado a menos que se desconecte el cable de alimentación, y todas las conexiones deben realizarse de modo que no sea posible
el contacto accidental al dedo o al chasis bajo ninguna circunstancia. Las resistencias se pueden montar usando un soporte de aluminio que envuelva
las conexiones, evitando el contacto. Todos los conductores deben mantenerse a una distancia segura de los chasis y cubierta- donde esto sea
imposible, usar aislamiento para evitar cualquier posibilidad de contacto. Las notas de la construcción se muestran más adelante en este proyecto. ¡La
cuestión de seguridad de este proyecto no puede ser pasada por alto!
Los contactos del relé deben ser determinados para la tensión de red, y al menos, para la corriente a plena potencia del amplificador. El uso de un relé
con contacto de 10A es muy recomendable.
SUGERENCIA: También puede agregar un segundo relé para silenciar la entrada hasta que se aplique la plena potencia. Le dejaré a Ud. realizar los
ajustes necesarios. Tiene que añadir la corriente para los dos relés juntos, o utilizar fuentes de alimentación separadas si utiliza la tensión de
alimentación interna existente.
Circuitos de control
Si una fuente de 12V estuviera disponible en todos los amplificadores de potencia, esto sería muy sencillo, pero desafortunadamente este caso es raro.
La mayoría de los amplificadores tendrá suministros de corriente continua desde +/-25V a +/-70V, y cualquier intento de obtener los relés para estas
tensiones llevará fracaso en la mayoría de los casos.
Puede añadirse una alimentación auxiliar, pero esto significa la adición de un segundo transformador, que será totalmente imposible debido a las
limitaciones de espacio en algunos casos. Es todavía una opción viable (y es la manera de hacer más segura). Un circuito de control que utiliza este
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enfoque se muestra en la figura 2. Este es el más simple de implementar, pero el costo adicional del segundo transformador puede ser difícil de
justificar. Sin embargo es prácticamente obligatorio para amplificadores de clase A (ver: amplificadores Clase A).
Figure 2 - Circuito Auxiliar de Control del Transformador
Este utiliza un simple puente rectificador y un condensador pequeño pero suficiente. El circuito de control utiliza componentes fácilmente disponibles,
de bajo coste, y fácilmente puede ser construido en Veroboard o similar. Todos los diodos pueden ser 1N4004 o equivalente. Uso un transformador con
un secundario de 9V CA, que suministrará bastante cerca de 12 voltios para este circuito. Ninguna regulación es necesaria, y el controlador es un
temporizador sencillo, que activará el relé después de unos 100ms. He elegido un MOSFET para el interruptor, ya que tiene un voltaje de encendido
preciso y no requiere prácticamente ninguna corriente de entrada. Con los valores de componentes indicados, el relé se activará en cerca de 100
milisegundos. Esto puede ser aumentado (o disminuido) aumentando (o decreciendo) el valor de R1 (27 k). El transformador puede ser pequeño, ya
que la corriente es menor de 100mA.
Q1 se utiliza para asegurar que la energía se aplica al relé rápidamente. Cuando se detecta un voltaje de 0.65V a través del relé, Q1 se enciende, y al
instante, se completa la carga de C2. Sin la "acción instantánea", el circuito será lento y no se adaptará a algunas de las otras variaciones de más
abajo. No dude en utilizar un 2N7000 o MOSFET similar de baja potencia si pueden conseguirlo fácilmente. Estos usan el paquete TO92, por lo tanto,
son del mismo tamaño que el transistor de pequeña señal.
Nota: El C1 debe ser elegido con un mínimo de 50V para evitar que el valor de la corriente de rizado pueda calentar el condensador. Esté advertido de
que si la cubierta llega a ponerse tibia (o caliente) entonces, su fiabilidad y longevidad podrían deteriorarse.
Es posible hacer que el relé libere mucho más rápido, pero a expensas de la complejidad del circuito. Un sistema de lógica simple podría asegurar que
el circuito se restableciera con una sola salida de un ciclo de CA, pero esto sería demasiado rápido para el uso normal y absolutamente innecesario.
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El C1 tendrá que ser seleccionado según el relé. Si el valor es demasiado pequeño, el relé vibrará o al menos zumbará, y probablemente, se
sobrecaliente, debido a las corrientes de Foucault en el núcleo sólido utilizado en relés de CC. El condensador debe seleccionarse en función del valor
que haga que el relé permanezca silencioso, pero todavía se liberará con la suficiente rapidez como para evitar la alta corriente si hay una interrupción
momentánea de la red eléctrica. Generalmente, el valor indicado (470uF) será el conveniente para la mayoría de las aplicaciones.
Puede utilizar un interruptor con un conjunto de contactos, de modo que el segundo conjunto pueda cortocircuitar la fuente de 12V cuando se apague.
Asegúrese de que el interruptor tenga los valores adecuados, y asegúrese de marcar y aislar todas las conexiones. Si embargo, esto no es
verdaderamente necesario, y para un proyecto de bricolaje, yo tendría que decir que no se recomienda debido al riesgo.
Donde no sea posible utilizar el transformador, por cualquier razón, puede utilizarse el circuito en la figura 3. Este utiliza una resistencia para bajar el
voltaje de alimentación del relé, y tiene un simple diodo regulador Zener para suministrar al circuito de control. A continuación, se muestra abajo el
método de determinación de los valores de resistencia y energía para Rx y Ry.
Figure 3 - Circuito de Control usando el existente suministro de energía
ADVERTENCIA: En caso de fallo en el encendido amplificador, el fusible puede no fundirse inmediatamente con este circuito instalado, puesto que no
puede haber ninguna energía para operar el relé. La corriente está limitada al 200% de la potencia total normal, así que el fusible ¡seguro que puede
tener tiempo suficiente para destruir el resistor! Las resistencias de balasto (lastre) se recalientan muy rápidamente, y si tiene suerte fallarán. Si no le
gusta esta idea - utilice el transformador auxiliar.
¡Sugiero firmemente el transformador auxiliar - es mucho más seguro!
El primer cálculo se basa en la tensión de alimentación y determina la corriente disponible para el Zener. Esta debe ser sobre 20mA (no es demasiado
crítico). Puesto que el Zener es de 12V, utilice la siguiente fórmula para obtener el valor de Rx...
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R = (Vcc - 12) / I
(4) Donde Vcc es en la tensión de alimentación positiva, I es la intensidad
Ejemplo: El Vcc (el + de la fuente de energía) es 50V, entonces...
R = (50 - 12) / 0.02 = 1900 Ohms (1.8k es bastante aceptable)
La potencia puede ahora ser determinada como sigue…
P = (Vcc - 12)² / R
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Otra vez, como en el ejemplo de arriba…
P = (50 - 12)² / 1800 = 38² / 1800 = 1444 / 1800 = 0.8W
Una resistencia de 2W (o dos resistencias en la paralelo de 3k6 1W) es lo indicado para permitir un margen de seguridad. Donde sea posible, siempre
recomiendo que una resistencia tenga, al menos, el doble de potencia de disipación para asegurar una larga vida y buena refrigeración. Puede ser
necesario seleccionar valores de resistencia diferentes para obtener valores estándar - no todos los cálculos resolverán tan bien como este. Recuerde
que 20mA es sólo aproximado, y algo entre 15 a 25mA es bastante aceptable.
La resistencia limitadora de la bobina del relé (Ry) es resuelta de una manera similar, pero primero usted tiene que saber la resistencia de la bobina del
relé. Esta puede ser obtenida de datos específicos, o medido con un multímetro. Tengo los detalles de un relé adecuado que tiene una bobina de 12V
CC, y tiene una resistencia declarada de 285 Ohm. La corriente de la bobina es por lo tanto…
I = Vc / Rc (6) donde Vc es el voltaje de la bobina y Rc es la resistencia de la bobina
I = 12 / 285 = 0.042A (42mA)
Usando la misma fuente como antes, la formula 4 se usa para determinar el aumento de resistencia…
R = (50 - 12) / 0.042 = 904 Ohms. 1k Ohms estará bien aquí (menos de un 10% de variación)
La potencia se determina usando la ecuación 5, como antes…
P = (50 - 12)² / 1000 = 38² / 1000 = 1444 / 1000 = 1.4W
Si la corriente de la bobina se calcula con la resistencia puesta, veremos que es 39mA - esta es una variación de alrededor del 7% y está bien dentro
de la tolerancia de un relé. Una resistencia de 5W sería lo indicado, ya que tiene un margen de seguridad más que generoso. Estas resistencias serán
mucho más baratas que un transformador y requieren menos espacio. La potencia perdida no es grande y probablemente menor que la perdida en un
transformador debido a pérdidas internas (los transformadores pequeños no son muy eficientes).
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Con relés, a menudo es beneficioso utilizar un circuito de ahorro de energía, donde se utiliza un pulso de corriente inicial alto para cerrar el relé, y una
baja corriente de control para mantenerlo en esa posición. Esto es muy común en circuitos de relés y puede proporcionar un ahorro de
aproximadamente el 50%. El esquema básico se muestra en la figura 4 con algunos valores típicos para el relé, como se menciona en el texto. He
basado mis suposiciones en el relé que tengo - he probado esta parte bien, puesto que es muy difícil hacer cálculos basados en un dispositivo
electromecánico como un relé - hay demasiadas variables. Si quiere utilizar este método, entonces sugiero que haga algunos experimentos.
Típicamente, la corriente de mantenimiento activado del relé estará entre un 20% y 50% de la corriente de cierre (tirón) - generalmente en el extremo
inferior de la escala.
Figure 4 - Circuito de Ahorro de Energía del Relé
Los valores indicados son los estimados para el relé de 12V 285 Ohm – ¡el suyo será diferente! No se líe con este método si no está seguro de lo que
está haciendo. Cualquier fallo del relé hará que las resistencias de balasto (lastre) se sobrecalienten, con resultados posiblemente catastróficos (véase
abajo). Este método puede utilizarse también con amplificadores Clase A, ya que es posible asegurarse de que el relé se active, incluso con la baja
tensión presente mientras las resistencias de lastre estén en el circuito. (Aunque sugiero firmemente el circuito de alimentación separado para el Clase
A (ver amplificadores Clase A, abajo.)
Observe que el ahorro de energía está en todos los ámbitos. La resistencia de alimentación del relé ahora disipará 0.8W en lugar de 1.4W y el resistor
limitador auxiliar puede ser del orden de 0.5W – la disipación instantánea es sólo 0.7W, y eso es por un tiempo muy corto. La resistencia de
alimentación es ahora 2 k 2 en lugar de 1 k, pero el precio a pagar será un condensador adicional y una resistencia. El condensador puede ser utilizado
también en el circuito de la figura 3 y forzará una corriente grande al encendido. Esto no ahorrará ninguna potencia, pero sin duda, asegurará que el
relé tire de forma fiable.
Algunos resultados de la prueba
El relé que utilicé para la prueba es de 24V - esto en sí mismo es de poca importancia, ya que fácilmente puede ser re-calculado o re-medido para una
unidad de 12V. Una resistencia de la bobina de 750 ohmios significa que con la tensión de alimentación nominal el relé muestra 32mA. Medí la
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corriente de cierre en 23.5mA (típicamente cerca de 65% del valor nominal) y la corriente de apertura (liberación) fue de 7.5mA, o aproximadamente,
el 25% de la corriente nominal.
Utilizando el relé de 12V mencionado anteriormente, esto se traduciría en (aproximadamente - son conjeturas)
Corriente nominal - 42mA
Corriente de cierre - 28mA
Corriente de apertura - 10mA
La mayoría de los relés ¿(todos?) funcionarán perfectamente bien a ½ de la corriente nominal, y me gustaría sugerir que esto es tan bajo como
debería ser para su confiabilidad. Si no le apetece incluirlo, puede omitir la resistencia en serie con el electro. Seguro que esto pulsará un relé de 12V
con 50V, pero no importa. Personalmente sugiero utilizar un limitador en serie, calculado para proporcionar una corriente instantánea del 150% del
valor nominal del relé - esto protegerá el condensador de una corriente excesiva. Para una unidad de 12V (como arriba), esto significaría una corriente
máxima de 60mA y una corriente de explotación (mantenimiento activado) de 20mA.
Porque hay una gran cantidad de variables, dejaré esto para su experimentación - por favor no me pida calcular los valores, porque no lo haré. Es
enteramente responsabilidad del lector determinar la idoneidad de este (o cualquier otro) proyecto a sus necesidades individuales. En caso de duda,
utilice el método de transformador auxiliar.
Notas de construcción
Como se describió anteriormente, la seguridad eléctrica es primordial en un circuito como éste. La figura 5 muestra un método de montaje de las
resistencias de balasto (lastres) de entrada, que asegura que el mínimo de separación y margen de 5mm se mantenga cuando las resistencias están
montadas, y todavía proporcionan buen contacto térmico con la caja y protección de los dedos u otros objetos que entran en contacto con la red.
Figure 5 - Montaje Sugerido de las Resistencias
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Este arreglo puede ser un poco exagerado, pero no dude en utilizarlo si quiere. El soporte de aluminio sujeta las resistencias firmemente en esa
posición, y las placas superior e inferior (que deben ser 5mm más cortas que los cuerpos de resistencia) mantienen la distancia de separación. Es
imperativo que las resistencias no se puedan mover en el soporte, y un buen “toque” de disipador térmico compuesto asegurará de conductividad
térmica.
La alternativa es obtener unas resistencias embutidas en cuerpo de aluminio. Esto es obviamente mucho más sencillo que un soporte. En caso de que
usted se esté preguntando por qué todos estos problemas de resistencias que estarán en el circuito 100 milisegundos, la razón es la seguridad. La
cubierta mantendrá los dedos lejos y detendrá el movimiento de las resistencias. También proporciona una medida de seguridad si el relé no funciona,
ya que la disipación de calor será muy alta. Puesto que las resistencias se pondrán sumamente calientes, simplemente envolviéndolas en tubo termo
retráctil no hará ningún bien en absoluto porque se derretirá. La idea es evitar excesivas temperaturas externas hasta que las resistencias (esperemos)
fallen y siga el circuito abierto. El método utilizado con el P39 PCB es más simple otra vez - 3 resistencias de 5W x montadas sobre un circuito auxiliar.
Todavía tengo que ver o escuchar un fallo de resistencia.
El cableado del relé no es crítico, pero asegúrese de que haya un mínimo de 5mm entre los contactos de la red y cualquier otra parte del circuito. Un
cable de red adecuado debe utilizarse para todos los cables de energía, y cualquier conexión expuesta debe ser cubierta con tubo termo retráctil o
similar. Mantenga tanta separación como sea posible entre cualquier cableado de red y cableado de bajo voltaje o señal.
Las conexiones a las resistencias de lastre son especialmente importantes. Puesto que éstas pueden calentarse mucho si el relé no funciona, debe
tenerse cuidado de que no se desconecte el cable si la soldadura se derrite, y que haya suficiente soldadura para sostener todo junto y no más. Una
caída de soldadura podría causar un cortocircuito con el chasis, colocándole a usted u otros usuarios en gran riesgo de electrocución. Una alternativa es
utilizar un conector de rosca, que debe ser capaz de soportar altas temperaturas sin que el cuerpo se funda.
No utilice tubo termo retráctil como aislamiento para los conectores de potencia de entrada que conducen a las resistencias de balasto (lastre). El tubo
de goma de fibra de vidrio o silicona está disponible en distribuidores eléctricos y están diseñados para el funcionamiento en alta temperatura.
Amplificadores Clase A
Nota: Yo sugiero que se utilice el método de transformador auxiliar con un amplificador de Clase A, esto eliminará cualquier
posibilidad de mal funcionamiento del relé debido a que las tensiones de alimentación no estén lo suficientemente altas con las
resistencias de lastre en el circuito.
Debido al hecho de que un amplificador de Clase A funciona a plena potencia todo el tiempo, si se utiliza el suministrote energía existente usted no
debe ir por debajo del límite sugerido del 200% de corriente de irrupción (picos de corriente al arranque). En algunos casos, se encontrará que, incluso
entonces, no hay suficiente voltaje para operar el relé con las resistencias de balasto de entrada al circuito.
Si este fuera el caso, no puede utilizar este método, o tendrá que conformarse con una irrupción de quizás 3 - 5 veces la normal a plena potencia. Esto
es todavía considerablemente menor que lo experimentado y le ayudará a prolongar la vida de los componentes de la fuente, pero es menos
satisfactorio. Los cálculos se hacen de la misma manera que arriba, pero son necesarias algunas pruebas para asegurar que el relé opera
confiablemente cada vez. Véase Nota arriba.
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Advertencia especial
En el caso de que te perdiste esto la primera vez: en caso de fallo en el encendido de un amplificador, el fusible puede no saltar (o al menos, puede no
saltar con la suficiente rapidez para evitar daños) con este circuito instalado, puesto que no puede haber ninguna energía para operar el relé. Si no te
gusta esta idea - UTILICE EL TRANSFORMADOR AUXILIAR. El fusible podría saltar sólo después de que el relé cierre, pero al menos, fundirá. 100ms no
es demasiado tiempo de espera.
Este circuito por su propia naturaleza está diseñado para limitar la corriente máxima al conectarse a la red. Si no existe potencia para operar el relé,
las resistencias de lastre absorberán la tensión de red al completo, así que, en mi ejemplo anterior, se disipará sobre ¡900W! Las resistencias fallarán,
pero ¿cuánto tiempo duran? La respuesta a esto es un completo desconocido (pero… "no mucho" es una buena suposición). Los termistores pueden o
no pueden sobrevivir.
La fiabilidad del circuito del relé es de suma importancia. Si no, la disipación del resistor de lastre será muy alta y dará lugar a un sobrecalentamiento y
posiblemente causando daño. Lo peor que puede suceder es que las juntas de soldadura para las resistencias se derritan, permitiendo que el cable de
red se desconecte y haga un corto con el chasis. Alternativamente, la soldadura puede caer y causar un corto circuito. Si tiene suerte, las resistencias
de lastre fallarán antes de que ocurra una catástrofe total.
Asegúrese de que las conexiones de red a las resistencias se hacen como se describe anteriormente (Notas de Construcción) para evitar cualquiera de
las muy peligrosas posibilidades. Puede que necesite consultar los reglamentos locales de su país para la seguridad del cableado que aseguren que
todas las normativas son seguidas. Si se construye un circuito que falla y mata a alguien, ¿Adivina quién es responsable? ¡Usted!
Es posible utilizar un interruptor térmico montado encima de la resistencia para desconectar la alimentación si la temperatura excede
un límite establecido. Estos dispositivos están disponibles como piezas de repuesto para diferentes aparatos domésticos, o usted puede
conseguirlo en su proveedor habitual. Aunque esto pueda parecer una opción deseable, es probable que las resistencias fallen antes
de que pueda operar el interruptor térmico.
ADVERTENCIA: Los fusibles térmicos no reajustables en forma de bala de metal pequeño tienen un a envoltura viva (está conectada a
uno de los cables de entrada). ¡Utilice este tipo con mucha cautela!. También, tenga en cuenta que no puede soldar estos dispositivos.
Si lo hace, el calor de la soldadura derrite la cera de dentro del fusible térmico y abrirá el circuito. Debe utilizar conexiones a presión o
terminales de tornillo.
Versión PCB
A continuación se muestra el diagrama del circuito para la versión de PCB de este proyecto. Utiliza un pequeño transformador, la conmutación de red
sólo es necesaria para el pequeño transformador y el circuito se encarga del resto. Los relés tienen un tamaño estándar y deberían estar disponibles
(casi) en todo el mundo.
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Figure 6 – Versión PCB de Soft Start/ Interruptor de red
Es necesario un transformador de 9V, teniendo un nominal de alrededor 5VA. La salida de corriente continua está cerca de 12V, y activará los relés
razonablemente. El circuito tiene un razonablemente rápido liberador del relé (drop-out), estable y muy fiable (aprox. 100ms). El PCB tiene espacio
para 3 resistencias de 5W (o un termistor conveniente) y el circuito han sido usado con transformadores de 500VA con mucho éxito. Los otros
comentarios anteriores todavía se aplican (desde luego), pero este circuito simplificó el proceso de construcción bastante.
Siéntase libre de usar un termistor en lugar de las resistencias, pero sólo si el termistor tiene una corriente de pico bastante alta. Si utiliza un
termistor de 25 ohm con la red de 230V, asuma el peor caso de corriente pico instantáneo de 13A. Con la red de 120V, un termistor de 10 ohmios
permitirá un pico máximo justo por debajo de 17A. El termistor (o resistencia) utilizado debe ser capaz de manejar la corriente sin fallar.
Todos los detalles, listas de materiales, etc., para la versión P39 de PCB están disponibles en el servidor seguro, junto con la guía detallada de la
construcción y normas de cableado de la red.
-- 0 -Nota del traductor: El original emplea algunas expresiones técnicas propias del idioma que conviene precisar.
Para referirse al valor mínimo de la corriente necesaria para activar el relé, es decir, para que el campo magnético generado mueva el contacto a la
posición de cierre emplea la expresión “Pull In current” que yo me permito traducir por tirón de corriente o corriente de cierre. Igualmente, para
referirse al valor máximo de la corriente necesaria para que el contacto del relé vuelva a la posición de reposo, emplea la expresión “Drop Out current”
que yo interpreto como corriente de liberación o apertura del relé.
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