No descarte la bombilla de neón como indicador de encendido de CA

Tiene un requisito de diseño aparentemente sencillo en su último proyecto alimentado por la línea de CA: proporcionar un indicador luminoso distintivo para mostrar que la unidad está enchufada a la línea y que la alimentación está “conectada”, lo que significa que la línea es buena y la unidad está encendida. Esto es necesario tanto para la comodidad del usuario como para una rápida solución de problemas si la unidad parece “no funcionar” cuando se supone que está encendida.

La primera idea es simplificar las cosas y utilizar cualquier carril de CC disponible en el producto para suministrar unos 20 mA (miliamperios) con el fin de controlar un led rojo. Si no se dispone de un carril adecuado, se puede añadir un pequeño circuito para controlar el led (figura 1).

Figura 1: no es difícil controlar un indicador led desde la línea de CA, pero requiere varios componentes activos y pasivos. (Fuente de la imagen: International Light Technologies, Inc.)

Sin embargo, ambas soluciones plantean un problema. En primer lugar, está la cuestión de la credibilidad y la confianza con implicaciones de seguridad. Si el circuito que conduce ese carril de CC tiene un fallo y el led no se ilumina, podría haber un problema de seguridad en el que el usuario pensara que la línea de CA está cortada y el circuito no tiene corriente, pero en realidad sí la tiene.

Incluso si eso no es una preocupación, el circuito indicador separado es relativamente costoso y complicado para lo que hace, aunque la BOM (lista de materiales) sea corta. Si no hay un carril de CC que se pueda utilizar y se necesita un transformador reductor o un transformador para el aislamiento de seguridad reglamentaria, las cosas ya no son sencillas ni económicas.

Así que uno se imagina que debe haber una forma más asequible y totalmente pasiva de conectar de forma directa un led a la línea de CA, y la hay. Entre las posibilidades está la alimentación “fuente capacitiva” (cap-drop) que se utiliza en algunos diseños comerciales cuando se necesita un carril de CC de baja corriente a partir de una fuente de CA (figura 2). Como tal, se podría utilizar para controlar un led.

Figura 2: se puede utilizar un circuito de “fuente capacitiva” para accionar un led directamente desde la línea de CA. A pesar de su aparente sencillez, en realidad es un circuito con sutilezas y también tiene algunos problemas de regulación/seguridad. (Fuente de la imagen: Turbokeu.com)

Una vez más, estos circuitos plantean problemas normativos y de seguridad, ya que tendrían que estar separados físicamente de otras partes del diseño. Para cumplir códigos de seguridad como los de UL, todo el circuito, y su diminuta placa de circuito (si la hubiese), debe estar dispuesto físicamente de modo que el usuario esté protegido si se produce un fallo en el chasis. Además, este enfoque requiere componentes pasivos más grandes, costosos y de mayor voltaje (especialmente los condensadores, que deben proporcionar un margen de seguridad de alrededor del doble del pico de voltaje de línea).

La realidad es que añadir un subcircuito de “voltaje de CA” con led no es tan fácil en la práctica como puede parecer “en la teoría”.

Volver al futuro con lámparas de neón

Afortunadamente, existe una solución probada y muy confiable: utilizar una pequeña bombilla de neón y una resistencia limitadora de corriente (figura 3) que puede conectarse de forma directa a la línea de CA (120 o 240 voltios de CA [VCA]). Aunque este circuito también debe aislarse de manera adecuada, es tan sencillo y pequeño que puede cubrirse con tubos termorretráctiles o aislarse de una forma similar.

Figura 3: todo lo que se necesita para utilizar una lámpara de neón con una línea de CA como fuente de alimentación es una resistencia en serie limitadora de corriente, como indica el esquema (izquierda). La implementación física del diagrama esquemático también es una simple interconexión (derecha). (Fuente de la imagen: Bristol Watch Co.)

Las bombillas de neón (llamadas con más propiedad “lámparas”, ya que esa es su función) existen desde principios del siglo XX y se presentan en una gran variedad de tamaños y estilos. El tamaño más común en el uso general para los indicadores es, sin duda, conocido genéricamente como la lámpara NE-2. Un buen ejemplo es la 4PAK:WX-EGA2-0 de Interlight. Mide 12 mm (milímetros) de largo y 5 mm de diámetro (figura 4).

Figura 4: la lámpara de neón NE-2, que es muy utilizada, mide unos 12 mm de largo y tiene un diámetro de 5 mm. (Fuente de la imagen: Interlight)

El valor de la resistencia limitadora de corriente depende del tamaño de la lámpara de neón, del brillo deseado y de sus valores nominales de corriente mínima/máxima. Para una NE-2, este valor suele ser de 50 a 220 kΩ (kiloohmios) para redes de 120 VCA y el doble de ese valor para 220 VCA. La potencia nominal de la resistencia es del orden de ¼ vatio o menos. No hay nada más sencillo ni más confiable.

La bombilla de neón tiene una vida útil de entre 20,000 y 50,000 horas, que es comparable a la de un led. Además, las lámparas de neón son muy resistentes y no les afectan las vibraciones, los golpes mecánicos ni los encendidos y apagados frecuentes. Por lo general, funcionan en un amplio rango de temperaturas, de -40 °C a +150 °C, y no son susceptibles de sufrir daños por subidas transitorias de voltaje, como descargas estáticas de alto voltaje o subidas transitorias de línea. En cierto modo, las lámparas de neón son similares a los GDT (tubos de descarga de gas) en miniatura utilizados para la protección de circuitos.

Tenga en cuenta que las lámparas de neón son dispositivos de CC no polarizados con dos electrodos simétricos. Cuando se aplica CC, un electrodo brilla; si se invierte la CC, brilla el otro electrodo (figura 5). Cuando se conectan a una fuente de CA, los electrodos se iluminan alternativamente. El ojo lo integra y no ve el parpadeo.

Figura 5: la lámpara de neón es un dispositivo de descarga de CC de polaridad agnóstica con un cátodo que brilla, como puede verse en esta imagen “triple” (de izquierda a derecha) de una polaridad positiva en el cable izquierdo (cátodo a la derecha), en el cable derecho (cátodo a la izquierda), y accionada por una forma de onda de CA (cátodo alterno). (Fuente de la imagen: Wikiwand)

Esta compatibilidad inherente con fuentes de CC hace que el indicador de neón resulte una opción viable para diseños de carriles de CC de voltaje más alto que se utilizan cada vez más con paneles solares, BESS (sistemas de almacenamiento de energía en baterías) y distribución de CC.

Sin necesidad de hacerlo uno mismo

Hay una forma más fácil de diseñar una lámpara de neón como indicador de encendido de CA que no requiere cablear la lámpara y la resistencia y, luego, aislar el conjunto. Puede obtener la lámpara y la resistencia como indicador de panel en una carcasa sellada para montaje en panel, lista para usar, con una selección de cables, terminales para soldar o terminales de conexión rápida. Uno de estos dispositivos es el indicador de panel de neón NL589C2A de Bulgin Limited (figura 6).

Figura 6: con la compra de un indicador de neón como el NL589C2A, que tiene una resistencia en serie en una carcasa de montaje en panel, se minimizan en gran medida los problemas de cableado y seguridad. (Fuente de la imagen: Bulgin Limited)

Para aumentar la comodidad y simplificar aún más la disposición física, se ofrecen muchos interruptores de tecla basculantes con indicadores de neón integrados. El H8553VBBR2-B de Bulgin es un ejemplo representativo de este enfoque (figura 7). Se trata de una unidad de 15 A (amperios), DPST (bipolar de una sola vía), de 120/240 VCA con un diseño de montaje en panel a presión que ahorra espacio y facilita el cableado del sistema.

Figura 7: con la incorporación de la lámpara de neón y su resistencia en la tecla basculante del interruptor, los diseñadores ahorran espacio, simplifican el cableado y recortan la lista de materiales. (Fuente de la imagen: Bulgin Limited)

Esta combinación de un interruptor de tecla basculante con una lámpara interna también aporta un aspecto intuitivo de “interfaz humana” al diseño y su funcionamiento, ya que la acción del interruptor y la iluminación asociada están vinculadas de forma visual y física.

La comodidad de montaje y cableado, además de la sensibilidad lógica de los interruptores de tecla basculante con indicadores de encendido de neón incorporados, son algunas de las razones por las que se utilizan ampliamente en los conectores múltiples de CA, tipificados por unidades como el conector múltiple 6SPDX de Tripp Lite, una unidad de 6 tomacorrientes con un cable de alimentación de 6 ft (pies) (figura 8).

Figura 8: las ventajas técnicas, de producción y para el usuario del interruptor de tecla basculante con indicador luminoso de neón integrado lo convierten en una buena elección para los conectores múltiples de CA, desde los orientados al consumidor (mostrados) hasta las unidades comerciales e industriales de uso intensivo. (Fuente de la imagen: Tripp Lite)

Conclusión

Hay muchos casos en los que una tecnología antigua puede seguir siendo una solución legítima o incluso la mejor para los desafíos del diseño moderno. Aunque los indicadores led han sustituido en gran medida al neón en las soluciones de bajo voltaje, las lámparas de neón siguen siendo una opción muy sencilla y viable para la indicación de líneas de CA. Las lámparas vienen con múltiples opciones de embalaje, que incluyen bombilla simple, montaje en panel e interruptor de tecla basculante, lo que mejora aún más su utilidad y versatilidad para muchas situaciones de diseño.

Referencias externas

• Wikipedia, “Lámpara de neón” (referencia básica)
• Wikiwand, “Lámpara de neón” (aspectos técnicos con referencia extensa)
• International Light Technologies, Inc., “Lámparas de neón: aplicación y notas técnicas” (aspectos técnicos y aplicaciones)
• Data Sheet Archive, “Chicago Miniature NE-2 Datasheet” (hoja de datos detallada)
• Instituto de Historia de la Ciencia “A Blaze of Crimson Light: The Story of Neon” (historia)
• Neon Library, “Neon History” (historia)