Asignaturas:
- Introducción
- Control de un actuador mediante relé, transistor y FET.
- Control de un actuador por una ECU
Introducción:
En los vehículos de motor modernos existen decenas de dispositivos de control responsables del funcionamiento de los motores tanto de combustión como eléctricos, así como de funciones de confort y seguridad. Estos dispositivos de control están equipados con un software que procesa las señales de los sensores y utiliza esto para determinar qué actuadores deben controlarse. En la pagina "Circuitos de interfaz”profundiza en el proceso en el que las señales de entrada y salida son procesadas por la ECU (unidad de control).
En la siguiente imagen vemos la ECU de gestión del motor en el medio, con los sensores a la izquierda y los actuadores a la derecha.
- Los sensores envían un voltaje de corriente baja a la ECU. El nivel de voltaje (que varía de 0 a 5 o 14 voltios), la frecuencia (velocidad) o el ancho de pulso de una señal PWM proporciona a la ECU información sobre el valor medido del sensor.
- Con los actuadores se trata más de la corriente que del voltaje. Aunque se requiere un voltaje para generar corriente, el actuador no funcionará sin esta corriente.
En la pagina "Tipos de sensores y señales.”Las señales de entrada del sensor a la ECU se analizan con más detalle. Esta página destaca el control de actuadores.
Controlar un actuador mediante un relé, transistor y FET:
El actuador se enciende y apaga mediante la ECU. En la ECU se hace mediante un transistor o FET se establece o se interrumpe una conexión eléctrica.
El principio de funcionamiento de un transistor es igual a uno. relé: ambos componentes se controlan con una corriente de control para hacerlos conductores. El funcionamiento de un transistor difiere del de un relé: no hay partes móviles en el transistor. El transistor conmuta con una corriente de electrones.
En las tres imágenes siguientes vemos una. circuito de relevo con una lámpara.
- Relé desconectado: no fluye corriente de control. La bobina no es magnética, por lo que el interruptor del lado de corriente principal está abierto. Tampoco hay corriente principal en funcionamiento. La lámpara está apagada;
- Relé encendido: la bobina del relé recibe una tensión de alimentación y se conecta a tierra. Una corriente de control fluye y la bobina consume el voltaje de suministro para volverse magnética. Como resultado del campo magnético, el interruptor en la sección de potencia principal se cierra. Una corriente principal comienza a fluir y la lámpara se enciende;
- Croquis de situación de la corriente de control a través de la bobina y de la corriente principal a través de la lámpara.
En una ECU, los transistores y/o FET se encienden y apagan. En las siguientes tres imágenes vemos un circuito de transistores con una lámpara como consumidor. El transistor es del tipo NPN.
- Transistor no conductor: no hay tensión de alimentación en la conexión base del transistor. No fluye corriente de control, por lo que el transistor no conmuta la corriente principal;
- Transistor en conducción: se aplica una tensión de alimentación a la conexión básica. Una corriente de control fluye a través de la base y el emisor a tierra. El transistor comienza a conducir, conectando la conexión a tierra de la lámpara a la tierra del circuito. Una corriente principal comienza a fluir y la lámpara se enciende;
- Croquis de situación de la corriente de control a través del transistor y de la corriente principal a través de la lámpara.
Cada vez vemos más uso de FET en la ECU. La abreviatura FET significa: "Transistor de efecto de campo". La principal diferencia entre un FET y un transistor es que un FET se enciende con un voltaje, mientras que un transistor requiere una corriente impulsora. En el momento en que el FET se vuelve conductor, comienza un flujo de electrones. El flujo de electrones va de menos a más (dirección real de la corriente).
- FET no conduce. La puerta no está provista de tensión de control;
- FET en conducción: se aplica un voltaje de control a la puerta. El FET comienza a conducir, lo que hace que fluya una corriente principal a través de la lámpara;
- Croquis de situación en el que vemos la dirección del flujo de electrones (de menos a más) a través del FET.
El funcionamiento del transistor en FET se describen en páginas separadas. En esta página nos centramos exclusivamente en los principios de conmutación de los actuadores.
Control de un actuador mediante una ECU:
El transistor y el FET están ubicados en la placa de circuito impreso de la ECU, pero a veces también están incorporados en actuadores. En esta sección veremos más de cerca los circuitos de la ECU para cuatro tipos diferentes de actuadores. En la imagen vemos dos actuadores pasivos con su propio plus y circuito de masa a través de la ECU.
Los actuadores pasivos están equipados, en la mayoría de los casos, con una bobina que tiene su propia tensión de alimentación y que la ECU conecta a tierra. Un actuador pasivo puede tener un sensor de posición, pero éste suele ser también pasivo (externo). potenciómetro), y se procesa a través de un cable de señal separado en otra parte de la ECU.
Cuando la corriente que pasa por el actuador se envía directamente a través del transistor de la ECU, se denomina transistor de potencia. Un actuador pasivo también se puede controlar mediante un FET.
Las imágenes siguientes muestran ejemplos de cómo se controlan los actuadores pasivos.
1. Control de la bobina de encendido: con una bobina de encendido sin controladores internos, la ECU conmuta a tierra la corriente primaria de la bobina de encendido. La figura muestra el transistor de potencia en la ECU (2), diseñado como circuito de darlington para proporcionar un factor de ganancia mayor, que cambia la bobina primaria de la bobina de encendido (3) a tierra para cargar la bobina primaria. La bobina secundaria está conectada al lado de la bujía (4).
2. Control del motor eléctrico: mediante un Puente H Un motor eléctrico con escobillas de carbón puede girar en dos direcciones. El puente H se puede construir con transistores o FET como se muestra. El motor eléctrico está equipado con un potenciómetro para devolver la posición a la ECU. Las aplicaciones pueden incluir: motor eléctrico para la válvula del calentador, válvula EGR, cristal de espejo, ajuste del asiento, válvula de gas. En este último caso se convierte en un doble potenciómetro aplicado por seguridad. El puente H suele ser un circuito integrado que se instala en la placa de circuito impreso de la ECU.
En la pagina Puente H Se describen ejemplos de las diferentes versiones del puente H con transistores y FET.
Además de los actuadores pasivos, también nos encontramos con actuadores activos e inteligentes. En la imagen inferior vemos el circuito de estos tipos.
Con actuadores activos e inteligentes, la ECU conmuta la corriente indirectamente a través del actuador. El transistor de la ECU es relativamente liviano, ya que la corriente por el que pasará será cero.
- Actuador activo: el transistor de potencia ahora no está en la ECU, sino en el propio actuador. Un ejemplo de esto es una bobina de encendido (una bobina de encendido de clavija o bobina de encendido DIS con controladores internos). El actuador activo en este caso es el conductor. El actuador recibe una fuente de alimentación constante y una tierra constante, y el transistor de señal en la ECU enciende o apaga el transistor de potencia con un 1 o 0 lógico (5 voltios o 0 voltios);
- Actuador inteligente: el actuador está equipado con su propia ECU con un transistor de conmutación. La comunicación se realiza entre ambas (o más) ECU a través del bus LIN, mediante el cual se intercambian señales digitales. Un ejemplo de actuador inteligente es el motor del limpiaparabrisas. A través de la comunicación bus LIN se pueden intercambiar datos como: la posición actual de los brazos del limpiaparabrisas, velocidad y movimiento a la posición cero.
