Um circuito crowbar é um dispositivo de proteção elétrica desenvolvido para salvaguardar componentes eletrônicos sensíveis contra surtos de sobretensão destrutivos.
O nome é uma metáfora perfeita do seu funcionamento: imagine que a tensão de uma fonte de alimentação disparou e ameaça queimar o circuito principal. O circuito Crowbar age como se alguém jogasse literalmente um pé de cabra de metal pesado diretamente entre os fios de positivo (+) e negativo (-), causando um curto-circuito intencional e imediato para derrubar a energia antes que ela cause danos.
Como ele funciona na prática?
O circuito Crowbar monitora a tensão o tempo todo. Se tudo correr bem, ele permanece “invisível”. A mágica acontece quando ocorre uma falha:
- A Detecção: O circuito possui um sensor (geralmente um Diodo Zener ou um ci tl431) que serve como gatilho. Se a tensão ultrapassar o limite seguro definido, esse componente começa a conduzir eletricidade.
- O Curto-Circuito: Esse sinal aciona um interruptor semicondutor de alta velocidade e alta potência — quase sempre um SCR (Tiristor). O SCR “fecha” e cria um curto-circuito direto entre a linha de alimentação e o terra.
- A Salvação: A tensão da linha cai instantaneamente para quase zero Volts (0,7v tensão de junção silício). Como a corrente dispara devido ao curto, um fusível ou disjuntor instalado antes do circuito Crowbar queima ou desarma, cortando a energia de vez.
- Mas o segredo esta na velocidade de acionamento, proteções com relés trabalham na casa dos Milissegundos: rele 20ms + o Fusível ATO 20ms, total de 40 a 50ms o que é muito tempo , o circuito eletrônico do Crowbar trabalha na casa dos Nanosegundo diretamente na entrada do Rádio.
Por que usar uma proteção tão agressiva?
Radios transceptores modernos, utilizam microprocessarores, memórias e circuitos lógicos operam com tensões baixas e muito rígidas (ex: 3.3V ou 1.8V). Se a fonte de alimentação falhar e enviar 18V ou mais por uma fração de segundo, o regulador de 3.3v não consegue segurar a tensão deixando passar a tensão para o circuito lógico.
O Crowbar é uma linha de defesa definitiva: ele prefere sacrificar o fusível do sistema do que deixar a sobretensão queimar os componentes mais caros.
Crowbar vs. Clamping (Grampeamento)
Muitas pessoas confundem o Crowbar com os protetores de surto comuns (como os Varistores/MOVs usados em filtros de linha), mas eles operam de formas diferentes:
- Clamping (Grampeamento): Absorve o excesso de energia e tenta manter a tensão “presa” no limite máximo permitido. Se o surto demorar muito, o protetor esquenta e pode queimar.
- Crowbar: Não tenta absorver a energia. Ele simplesmente derruba a linha para zero e força o desligamento do sistema. É muito mais seguro para falhas prolongadas da fonte.
Abaixo, apresento o projeto completo e o passo a passo de montagem de um circuito Crowbar de alta velocidade e robustez, utilizando um Triac BTA41 600B, o circuito integrado regulador TL431 e um diodo TVS de 15V para aplicação em fontes de até 30A.
Como funciona o projeto:
- Disparo: R1 11k + trimpot de 2k + R3 2k7 ajustam o ponto entre 13,5 e 15,5 V. Normalmente entre 14,5 e 14,7 V.
- Gate: o TL431 aciona um PNP (BC327), que injeta ~190 mA no gate do BTA41 por um resistor de 68 Ω. Isso é cerca de 4× a corrente mínima de disparo dele (50 mA), o que deixa o disparo mais rápido e garantido, possibilitando até de colocar dois Triacs em paralelo sem precisar alterar o projeto.
- TVS 5KP15A: não conduz em 13,8 V e grampeia os picos rápidos. Se você inverter os cabos, ele conduz e queima o fusível, funciona como um supressor de picos, ideal para quando se liga a fonte, a supressão do pico ajuda o TL431 não acionar o Triac.
- Fusível ATO de 30 A antes do crowbar.
- PCB: 100×100 mm, cobre de 2 oz, furação para fios de 6mm.
Para o protótipo, optamos por fabricar a PCB em face simples e fenolite. Utilizamos o método artesanal com pintura em spray preto, remoção a laser e corrosão em percloreto.
Montagem dos componentes.
A PCB foi projetada com trilhas largas e reforçadas, oferecendo a opção de complementação com barras de latão de 1/2 x 1,2 mm. Essa estrutura robusta suporta altas correntes de pico sem provocar efeitos de amortecimento ou atrasos na queima do fusível, garantindo a rapidez essencial para o funcionamento do circuito crowbar.
FOTO PLACA SENDO MONTADA:
AJUSTES E TESTES EM BANCADA:
- Foi utilizado uma fonte de bancada ajustável de 0-30Vdc com limite de corrente de 0,5 A, Osciloscópio Agilent 50Mhz, sem o rádio ligado. Durante o teste, troquei o F1 de 25A por um fusível de 2 A.
- Para facilitar o ajuste do RV1 para um disparo de 14,7 Volts vou deixar alguns valores de referência, R1 medição na perna de cima, junção com o RV1, valores: fonte em 12v o ponto de referencia do TL431 é de 2.04v e se a fonte estiver em 13,8v o valor de referencia é 2,37v
- Desliguei, voltei para 13,8 V e ligue de novo. Ele não pode disparar. Repeti a subida para confirmar o ponto de disparo.
Sobre o diodo 15v TVS, velocidade de disparo do TL431 e corrente do Triac BTA41 600B:
- TVS: o silício responde em picossegundos. Na prática a indutância dos terminais deixa isso em poucos nanossegundos. É ele que segura um pico rápido acima de 15V.
- Crowbar: TL431 (~1 µs) + PNP (~0,1 µs) + entrada em condução do triac (tgt ~2 µs) dá cerca de 2 a 5 µs. Isso é bem mais rápido que qualquer dano térmico no rádio, Todos os semicondutores atuam em nanosegundos ou menos.
- BTA41-600B: 40 A RMS (corrente nominal continua) e ITSM de 400 A ( corrente de surto máximo até 8.3 ms), com tab isolado (TOP3). Ele aguenta com folga o pico estimado de 100A até o fusível abrir (Fusivel ATO 30A 20ms).
- FUSIVEL ATO 30A: O fusível atua em média de 20ms, portanto ele fica antes do Triac.
Placa versão reduzida 50x100mm:
Lista de peças
| Ref | Peça | Qtd |
|---|---|---|
| R1 | 12k 1% filme metálico | 1 |
| R3 | 2k7 1% filme metálico | 1 |
| R4, R9 | 2k2 1/4 W | 2 |
| R5 | 1k 1/4 W | 1 |
| R6 | 470 Ω 1/4 W | 1 |
| R7 | 68 Ω 1/2 W | 1 |
| R8 | 330 Ω 1/4 W | 1 |
| RV1 | Trimpot multivoltas 2k | 1 |
| C1, C3 | 100 nF 50 V cerâmico | 2 |
| C2 | 470 pF cerâmico (opcional), inserir ou tirar se disparar com RF. | 1 |
| D1, D2 | LED 5 mm | 2 |
| D3 | TVS 5KP15A (unidirecional) | 1 |
| F1 | Fusível ATO 30 A rápido + porta-fusível REFORÇADO. | 1 |
| Q1 | BC327-25 PNP | 1 |
| TR1 | BTA41-600B + pequeno dissipador. | 1 |
| U1 | TL431 (TO-92) | 1 |
| J1-J4 | Parafuso M5 + porca + arruela + terminal olhal (cabo de 6 mm²) | 4 |
| H1, H2 | Espaçador + parafuso M3 | 2 |
| — | Fio de cobre nu 4 mm² para reforçar as trilhas e 2,5mm² para reforçar o caminho até o triac. | 1 |
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