NIS5112: Fusible Electrónico Programable

NIS5112: Fusible Electrónico Programable

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En todo diseño electrónico, los sistemas de protección poseen un papel muy importante. Los accidentes e imprevistos son habituales en equipos industriales o en aquellos que son operados por muchas personas. Un cortocircuito o una sobrecarga no deseada (ni esperada) pueden destruir un sistema de alimentación y, en el peor de los casos, puede ocasionar graves accidentes. El circuito integrado NIS5112 es un fusible electrónico (electronic fuse) ideal para aplicaciones en automóviles y para toda aquella utilidad que necesite una alimentación de 12Volts. A pesar de tener un encapsulado SOIC8, la tecnología SENSEFET le permite al NIS5112 trabajar con corrientes de hasta 5A. en desarrollos donde el espacio, la confiabilidad y el costo reducido son muy importantes.

La aplicación y el desarrollo de sistemas de protección en equipos electrónicos no son tan sencillos como la gente puede creer. Casi a diario suceden problemas de funcionamiento en productos domésticos (TV, DVD Player, Videogames, etc) y las personas siempre están convencidas de que es un fusible lo que se ha roto o “algún cablecito suelto” que anda por allí. El clásico fusible que viene encapsulado en una ampolla de vidrio con dos casquetes metálicos que le sirven de conexión se rompe en ocasiones muy puntales y poco frecuentes. Es necesario que dentro del equipo exista un cortocircuito muy importante para que el fusible se deteriore y proteja así el circuito de alimentación; de lo contrario, se rompen muchas cosas dentro de cualquier aparato antes de que se destruya un fusible. Podríamos agregar, además, que las fallas que se provocan en el interior del equipo rompen componentes. Y cuando se llega al punto de una destrucción masiva donde los cortocircuitos son graves, hace su ingreso a escena el fusible salvador para que el equipo no se prenda fuego ni explote (porque la rotura ya se produjo). Es decir, el fusible clásico, en la mayoría de los casos, brinda una protección limitada. La verdadera acción preventiva la realizan los circuitos inteligentes que todo equipo elaborado posee y, por supuesto, aquellos que podrás diseñar a partir del uso del NIS5112.

NIS5112: Fusible Electrónico Programable

El NIS5112 es un circuito integrado de ON Semiconductor que se comercializa en un encapsulado SOIC8. Las características destacadas de este componente son muchas y las intentaremos describir en el texto de este artículo junto a los videos que lo acompañan. Entre esas cualidades, la primera es la posibilidad que te brinda el NIS5112 de ajustar la corriente de trabajo o de acción y protección mediante una simple resistencia de poca potencia de disipación y de un preset (resistor ajustable). En el circuito mostrado arriba, que se encuentra en las hojas de datos del componente, puedes observar la resistencia de 56 Ohms que el fabricante ofrece como referencia de demostración en el circuito planteado. En función del valor que adopte esta resistencia, se obtendrá la corriente de trabajo o de acción del fusible electrónico. En las hojas de datos no se encuentran fórmulas ni cálculos para determinar el valor apropiado (de la resistencia) en función de la corriente de trabajo (de protección) que se quiera adoptar. Sólo se encuentra una gráfica (Fig.2, Pág. 4)  donde se muestran dos curvas específicas. Una, “Ilimit_SS”,  indica la corriente de acción del fusible en función de la resistencia limitadora o de “sensado”. La otra, “Ilimit_OL”, indica la corriente de sobrecarga a la que actuará el fusible.

NIS5112: Fusible Electrónico Programable

La comprensión de este gráfico nos permitirá acceder a todas las posibilidades que nos brinda el NIS5112. Ilimit_OL es la curva que representa la corriente a la cual el circuito detectará un sobre-consumo excesivo y actuará en consecuencia. Esto es, un valor comprendido entre 3,5A y 5,5A, en función de la resistencia limitadora. Es decir, por lo que muestra el gráfico, con una resistencia limitadora de 75 Ohms el fusible actuará a los 4 Amperes desconectando la alimentación a la carga. Esta desconexión (como se aprecia en el segundo video) puede ser temporal o permanente. Es decir, si el lapso de tiempo en que se produce el inconveniente es de duración breve, el fusible se repone de manera automática. Por el contrario, si nos encontramos ante un problema prolongado en el tiempo, el fusible cortará la alimentación a la carga de manera permanente y solo podremos restablecer la alimentación desconectando el circuito y volviendo a conectarlo (el clásico “apagar y volver a encender”).

Por otro lado, la curva Ilimit_SS nos ofrece información sobre cuál será la corriente de arranque (de inicio) que podremos obtener en función de la resistencia limitadora. Es decir, de acuerdo al valor que le asignemos a la resistencia limitadora, el fusible permitirá alimentar al circuito o impedirá esta acción por encontrar una carga (consumo al momento de la conexión) fuera de los valores ajustados al inicio del diseño. Al igual que en la curva anterior, podemos deducir entonces que: con una resistencia limitadora de 330 Ohms, el NIS5112 sólo permitirá alimentar circuitos que consuman 500mA de manera aproximada. Si la corriente inicial supera este valor, el fusible electrónico no permitirá el paso de la alimentación proveniente desde la fuente conectada a la red o desde una batería. De este modo, se deben razonar las curvas para comprender el funcionamiento del NIS5112 y poder sacar el máximo provecho de él. Veamos ahora cómo se comporta ante un cortocircuito directo.

Continuando con la descripción de las características del NIS5112, nos encontramos con la posibilidad de trabajar con tensiones comprendidas entre 9 y 18 Volts para una operación apropiada, con valores transitorios (en picos de tensión) de hasta 25Volts (1mS). La tensión máxima que el fusible entregará al circuito con el que trabajará será de 15Volts. Y todas las excursiones por sobre este valor serán “recortadas” a ese nivel. Esta propiedad lo hace ideal para aplicaciones automotrices, donde la alimentación de 12Volts sea un común denominador entre los circuitos operativos. Por otro lado, la corriente máxima nominal que el NIS5112 permitirá drenar sobre un circuito será de 5,3A, según su hoja de datos, y los picos transitorios podrán alcanzar valores de hasta 25A. El siguiente circuito es el que te mostramos en el video, con la diferencia de que en nuestro caso, por trabajar con entrada de tensión desde una batería de 12Volts, no incluimos a C4 y C3 en el montaje. Además, el tipo de carga con la que hicimos el ensayo no ameritaba la inclusión necesaria de estos capacitores. Siempre aconsejamos colocarlos; por lo tanto, no debes dejar de instalarlos donde indica el esquemático.

NIS5112: Fusible Electrónico Programable

Gracias a la tecnología SENSEFET, se puede contar con un transistor MOSFET de potencia con protección por temperatura que, en ese aspecto, tiene la capacidad de protegerse a sí mismo. Dotado con una resistencia de conducción muy baja (30 miliOhms), este transistor le brinda al NIS5112 la ventaja de interrumpir su funcionamiento cuando la temperatura ha cruzado un límite de riesgo. En el segundo video puedes observar una secuencia donde se plantea esta situación. Cuando la resistencia de carga pone al fusible al límite de su ajuste de corriente, la temperatura comienza a aumentar, el MOSFET comienza a disminuir su rendimiento, los LEDs encienden menos, y la temperatura alcanza en pocos instantes el nivel suficiente como para que el NIS5112 active su sistema de auto- protección. Esta temperatura máxima es de 135°C. Y sólo si baja 40°C, el circuito integrado volverá a estar operativo para continuar con su trabajo. Es decir, si la situación del circuito no cambia, el dispositivo estará auto-protegiéndose de manera indefinida hasta que nos demos cuenta de que una situación de sobrecarga está ocurriendo en el circuito al momento de energizar la carga útil que deseamos alimentar. Observa el video, en especial cuando los LEDs intentan encender y terminan apagándose.

Por último, encontramos el pin Enable/Timer que hace que el NIS5112 se comporte como una verdadera llave de encendido. Con un estado lógico alto, nos asegura la habilitación del circuito integrado. Y con un estado lógico bajo, deshabilita su funcionamiento colocándolo como una llave abierta. En el caso de que no se le aplique algún tipo de estado lógico y se coloque allí un capacitor, se obtendrá un retardo de tiempo hasta activar la salida de tensión. Este retardo estará asociado al valor del capacitor allí conectado. Es decir, si todas las virtudes que destacamos hasta aquí del NIS5112 te parecieron pocas, también puedes utilizarlo como llave de encendido para activar (o no) sub-sistemas que trabajen con 12Volts. Y hasta puedes programar un pequeño retardo de activación.  El pin dV/dt (asociado en el funcionamiento al pin Enable/Timer) lleva conectado un capacitor que determina la velocidad en que el SENSEFET pasa a un estado de conducción plena. Observa en las hojas de datos que esto está expresado como una pendiente de subida ante el impulso escalón de entrada de tensión. El capacitor colocado en este pin determina la velocidad de crecimiento de esta rampa.

NIS5112: Fusible Electrónico Programable

Realizar desarrollos de circuitos cuidados, bien estudiados y optimizados constituye la idea general y básica de todo buen diseñador. Esta búsqueda de los detalles que “marquen la diferencia” implica la inclusión de un apropiado sistema de protección ante desperfectos que puedan sacar de operación a toda una línea de producción o a toda una sección de instrumentación de una planta fabril. Los perjuicios provocados por un diseño que falla en el momento menos esperado pueden ser evitados con protecciones adecuadas. NIS5112 es un circuito integrado diseñado para este propósito. Y las ventajas que ofrece son, además de importantes, vitales para cuidar y mantener bajo protección todo tipo de circuitos. Un fusible electrónico que puedes programar en su capacidad de corriente y que puedes utilizar como llave interruptora es el corazón de este circuito integrado y lo transforma en un elemento muy preciado dentro de cualquier desarrollo. Te invitamos a contar tus experiencias sobre fusibles y  tu impresión sobre este IC en el Foro de Electrónica de NeoTeo.


Avatar de Mario
Autor: Mario
  • Chocante

    5 amperios en 12 voltios estamos hablando de unos 60 vatios. Sin embargo, me parece que esas pistas del módulo son muy angosta para soportar 5A. De todas manera la proteción es muy útil en nuestros proyectos. Por cierto, sería bueno también un Crowbar. Creo que hay circuitos que lo incluyen.

    • Electronico

      No solo eso, el componente se ve muy pequeño para soportar esa corriente, ademas para eso estan los fusible convencionales, seria mas util en aquellos circuitos que se queman copos cientos de miliamperios, ahi si seria bueno.

      • Chocante

        Sí lo soporta. De hecho hay componentes así que soportan 20 ó 30 amperios. Recuerda que la potencia de disipación viene determinada por la resistencia del dispositivo y la caída de voltaje en sus extremo.

    • Mario Sacco

      Hola Chocante

      Esos 5 Amperes son el umbral de trabajo. A partir de allí el circuito interrumpe su funcionamiento. El texto del artículo (y el datasheet, por supuesto) son muy claros en ese sentido. Además, ¿de donde sacas ese razonamiento de "5 Amperes en 12Volts = 60W" ?
      La realidad de funcionamiento te dice que, en conducción plena, el SENSEFET posee una resistencia interna de 30 miliOhms. Si aplicas la fórmula de potencia (corriente al cuadrado por resistencia) obtienes un valor de 75 "mili"Watts. (tú mismo haces ese análisis utilizando la tensión)

      Has confundido el concepto de funcionamiento del NIS5112.
      Se comporta como un fusible, por lo tanto, jamás podría tener entre su entrada y su salida una tensión de 12Volts.
      Si así fuera, estamos en la situación de un cortocircuito entre la salida y GND. Esta es la situación mostrada en el primer video y allí te mostramos lo que sucede cuando ello ocurre.

      Las pistas que utiliza el módulo no son angostas para 5 Amperes. Allí hay cobre suficiente como para 10Amperes antes de fundirse. Además, te repito, no está apuntado a un uso contínuo a 5 Amperes. Como afirma Electrónico, es para circuitos que utilizan entre 500mA y 3 Amperes mayormente.

      Por supuesto coincidimos al final en que siempre debemos considerar la utilidad de una protección en nuestros diseños. El NIS5112 es mucho más pequeño y efectivo que un fusible convencional. ;)

      Saludos cordiales!
      Mario

      • Chocante

        No me refería a la potencia de disipación, sino a las pistas cuando tenga que soportar esa carga. Claro, solo veo las de arriba. quizás sí tenga pistas gruesas por debajo. Lo de 60 vatios es precisamente por estas pistas, si ellas lo soportan. Yo sé que una cosa es la carga y otra la potencia de disipación.

        Quería mostrar que con este circuito puedes manejar una carga de hasta 60 vatios, por ejemplo un autoradio o el motor limpiaparabrisas, etc.

        Por cierto que una idea que se me vino a la mente es usarlo con las salidas de una fuente ATX en desuso para no depender de la protección contra cortos de ella (que ronda por los 20 a 30 amperios).

        Saludos

  • Yesbond

    Hola Mario:

    Muy buen aporte, la verdad no sabia que existia un fusible digital, ademas que no hay que cambiara el fusible cada vez que se rompe.
    Me llego tu articulo justo a tiempo, en el foro te planteo unas dudas que tengo para poder implementarlo.

    Muchas gracias, gran articulo.

    • Mario Sacco

      Hola Yesbond!

      Hace mucho que existen este tipo de circuitos. Sucede que hay tanto material para ofrecer que a veces el tiempo físico no nos permite mostrar muchas cosas interesantes que tenemos aquí para ustedes!
      Son muy útiles estos fusibles. Manejando bien el valor de la resistencia limitadora se puede obtener un provecho muy importante de este circuito. Espero que les sea útil.

      En un rato paso por el foro y veo que sucede por allí. ;)
      Abrazo!
      Mario

  • boby1356

    Hola señor Mario, muy buen artículo y muy interezante además ya que tal parece que "los fusibles se hubiesen diseñado para NO dañarse en caso de un corto circuito", almenos esto es lo que nos enseña el conocimiento de causa. Gacias.

    • Mario Sacco

      Hola boby!

      Hay situaciones muy cómicas en el mundo de la electrónica donde parece mentira, pero se destruye toda una fuente de alimentación y todo un circuito electrónico y el fusible original está allí … impecable y sano como el primer día ! :))

      Por supuesto, tienen su función como explico en el artículo y actúan en momentos muy puntuales, pero si deseas una protección más efectiva, los circuitos inteligentes son la solución. ;)

      Saludos!
      Mario

  • Elvis

    Para los dos primeros comentarios una simple recomendación, "VAYAN A ESTUDIAR ELECTRONICA" antes de decir algo tan ignorante como eso.-
    No tiene nada que ver el tamaño de un componente con la corriente que puede manejar.-
    Si no me creen miren el tamaño del Amplificador Max9709 de Maxim que puede manejar potencias de hasta 50WRMS en un encapsulado de (8mm x 8mm x 0.8mm) :O

    A mi me enseñaron que el la teoría el fusible funciona y en la practica es el equipo electrónico el que termina protegiendo al fusible xD

    -Mario bestial el articulo, verdaderamente excelente!!! ;)

    • Mario Sacco

      Hola Elvis!

      No te pongas nervioso :))
      Ayudemos a los amigos a orientarlos en el análisis. Quizás yo no he sido lo suficientemente claro en el artículo para que ellos lo comprendan. Tengamos los comentarios en paz muchachos ! ;)

      Es verdad lo que afirmas sobre las nuevas técnicas de miniaturización.
      Los nuevos amplificadores digitales ofrecen potencias enormes a comparación de sus tamaños.

      Gracias por tus palabras. Me alegra que te haya gustado el artículo!
      Saludos!
      Mario

    • Elvis

      Hay mario, tu como siempre tan inteligente, es que me chocan estos brutos ignorantes, bueno me mi marido me dice que no coja rabias por que despues paresco una loca arrebatada. bye papi.

  • Eduard

    Excelente articulo Mario, que interesante este fusible programable, sera que existe uno de estos para corriente Ac de 120 o 240v que actue de la misma manera.?

    Saludos!!

    • Mario Sacco

      Hola Eduard!

      No lo sé amigo. Interpreto que para trabajar directamente con las tensiones de línea hay que usar otros principios de funcionamiento.
      Es decir, seguro que deben existir y a pesar de que no los conozco, no deben ser tan sencillos de implementar como este que les muestro en este artículo.

      Saludos Eduard!
      Mario

  • jairojas88

    Hola Mario

    Tengo una pregunta, donde consigues todos estos chips con los que haces tus ensayos.

    • Mario Sacco

      Hola jairojas88!

      De muchos lugares.
      Compro algunas cosas, me obsequian otras, consigo Samples (muestras gratis) y algunas las saco de equipos viejos que ya no se utilizan. El último ejemplo es el del transformador rotativo hecho con un cabezal de una vieja VHS.
      A este módulo y al anterior me lo obsequiaron los amigos de Automatismos Mar del Plata. Cuando trabajamos con Bluetooth fue por un obsequio también de los amigos de Microingenia.

      Es decir, de muchos lados diferentes.
      Espero haber satisfecho tu pregunta.

      Saludos!
      Mario

  • Julio

    De verdad he quedado facinado, no sabia que existiera este tipo de dispositivos o por lo menos no con esta capacidad de operacion y cierta inteligencia, conocia fusibles de tamaños extraordinarios y capacidades muy buenas pero no con esta tecnologia y operacion, de verdad es mas que buena la implementacion de estos tipos de circuito para sistemas embebebidos de monitoreo a los que la proteccion te lleva de la mano.

    • Mario Sacco

      Es verdad Julio.

      Siempre pasamos por alto los sistemas de protección de nuestros desarrollos o los intentamos resolver de la forma más económica posible y terminamos con métodos precarios y poco confiables.

      Este componente es una pequeña maravilla para sistemas de 12Volts.

      Saludos Julio! Gracias por estar con nosotros!
      Mario

  • priamoa

    hola quisiera saber si alguien me puede ayudar con algun amplificador, mosfet, scr o algo que controle de miles de voltios porfavor.

    • Mario Sacco

      Hola amigo!

      Tú me has escrito en Youtube solicitándome ayuda.
      Regístrate en el foro de NeoTeo y allí podemos charlar y saber bien lo que necesitas. Además hay un grupo muy bueno de gente donde te sentirás muy cómodo para hacer tus consultas.
      Te esperamos!

      Saludos!
      Mario

  • Meta

    Muy curioso los integrados que conoces y no conocemos.

  • Chocante

    ¿QUÉ PASÓ CON EL RESUMEN SEMANAL?

  • MMolotov

    Y los varistores y los PTC (fusibles reseteables) ?

  • MMolotov

    Lo unico malo es el precio de este chip, muy por arriba de un fusible normal o PTC.

  • Microchip

    Estoy un poco verde, y a la hora de elejir un fusible hay que tener en cuenta la corriente que queremos que corte. Pero no me queda claro que me indica en el Datasheet el Vmax del fusible. Que es lo que indica?? Si lo tengo a la red de 220V que me indica Vmax de 30V o de 60V?? Cual es el más adecuado??O como

    Agradecería si alguien me echara una mano porque ando un poco verde con el tema y no logro encontrar nada claro en la búsqueda. Muchas gracias.

  • Microchip

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  • Microchip

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  • Microchip

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  • Microchip

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  • Microchip

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  • Microchip

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  • Microchip

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  • Microchip

    Jueer, que pasada, que pensaba que no lo escribia!!! Intento borrarlo todos!! Lo siento!!

  • argento21

    alguien por favor podria decirme si experimentó su uso como proteccion para motores paso a paso en CNC?
    Gracias!!

  • Jose Vazquez

    Hola
    En primer lugar felicitarles por la pagina, que es de lo mas interesante. Decir que es la primera vez que entro y hay un monton de cosas interesantisimas. En lo referente al IC NIS5112 del que se habla en este articulo, quisiera formular una pregunta. Estoy haciendo un cargador de baterias de energia solar y tengo el problema de la protecion del circuito regulador del cargador. Se podria usar el NIS5112 en la salida del cargador?? Seria eficiente contra la inversion de polaridad en la bateria o necesitaria otra solucion?? Ya he visto que para los cortocircuitos iria perfecto. Que os parece la pregunta???
    Gracias a todos y un saludo