Tópicos:
- Introdução
- Controle de um atuador por um relé, transistor e FET
- Controle de um atuador por uma ECU
Introdução:
Nos veículos automotores modernos, existem dezenas de dispositivos de controle responsáveis pelo funcionamento dos motores a combustão e elétricos, bem como pelas funções de conforto e segurança. Esses dispositivos de controle são equipados com software que processa os sinais dos sensores e os utiliza para determinar quais atuadores precisam ser controlados. Na página "Circuitos de interface” se aprofunda no processo em que os sinais de entrada e saída são processados pela ECU (unidade de controle).
Na próxima imagem vemos a ECU de gerenciamento do motor no meio, com os sensores à esquerda e os atuadores à direita.
- Os sensores enviam uma tensão de baixa corrente para a ECU. O nível de tensão (variando de 0 a 5 ou 14 volts), a frequência (velocidade) ou a largura de pulso de um sinal PWM fornece à ECU informações sobre o valor medido do sensor.
- Com atuadores, o que importa mais é a corrente do que a tensão. Embora seja necessária uma tensão para gerar corrente, o atuador não funcionará sem esta corrente.
Na página "Tipos e sinais de sensores”os sinais de entrada do sensor para a ECU são discutidos com mais detalhes. Esta página destaca o controle de atuadores.
Controlando um atuador por um relé, transistor e FET:
O atuador é ligado e desligado pela ECU. Na ECU isso é feito por meio de um transistor ou um FET uma conexão elétrica foi feita ou interrompida.
O princípio de condução de um transistor é igual a um relé: ambos os componentes são controlados com uma corrente de controle para torná-los condutivos. A operação de um transistor difere de um relé: não há partes móveis no transistor. O transistor muda com uma corrente de elétrons.
Nas três imagens abaixo vemos uma circuito de relé com uma lâmpada.
- Relé desligado: não há fluxo de corrente de controle. A bobina não é magnética, então a chave no lado da corrente principal está aberta. Também não há corrente principal em execução. A lâmpada está apagada;
- Relé ligado: a bobina do relé recebe tensão de alimentação e é conectada ao terra. Uma corrente de controle flui e a bobina consome a tensão de alimentação para se tornar magnética. Como resultado do campo magnético, a chave na seção de alimentação principal é fechada. Uma corrente principal começa a fluir e a lâmpada acende;
- Esboço da situação da corrente de controle através da bobina e da corrente principal através da lâmpada.
Em uma ECU, os transistores e/ou FETs são ligados e desligados. Nas próximas três imagens vemos um circuito transistorizado com uma lâmpada como consumidor. O transistor é do tipo NPN.
- Transistor não conduz: não há tensão de alimentação na conexão de base do transistor. Nenhuma corrente de controle flui, então o transistor não comuta a corrente principal;
- Transistor em condução: uma tensão de alimentação é aplicada à conexão básica. Uma corrente de controle flui através da base e do emissor para o terra. O transistor começa a conduzir, conectando o terra da lâmpada ao terra do circuito. Uma corrente principal começa a fluir e a lâmpada acende;
- Esboço da situação da corrente de controle através do transistor e da corrente principal através da lâmpada.
Vemos cada vez mais FETs sendo usados na ECU. A abreviatura FET significa: “Transistor de efeito de campo”. A principal diferença entre um FET e um transistor é que um FET é ligado com uma tensão, enquanto um transistor requer uma corrente de acionamento. No momento em que o FET se torna condutor, um fluxo de elétrons começa. O fluxo de elétrons vai de menos para mais (direção real da corrente).
- FET não está conduzindo. O portão não possui tensão de controle;
- FET em condução: uma tensão de controle é aplicada à porta. O FET começa a conduzir, fazendo com que uma corrente principal flua através da lâmpada;
- Esboço de situação em que vemos a direção do fluxo de elétrons (de menos para mais) através do FET.
A operação do transistor en FET estão descritos em páginas separadas. Nesta página nos concentramos exclusivamente nos princípios de comutação dos atuadores.
Controlando um atuador por uma ECU:
O transistor e o FET estão localizados na placa de circuito impresso da ECU, mas às vezes também incorporados em atuadores. Nesta seção, examinaremos mais de perto os circuitos da ECU para quatro tipos diferentes de atuadores. Na imagem vemos dois atuadores passivos com positivo próprio e circuito de aterramento via ECU.
Os atuadores passivos são - na maioria dos casos - equipados com uma bobina, que possui tensão de alimentação própria e é aterrada pela ECU. Um atuador passivo pode ter um sensor de posição, mas muitas vezes também é passivo (externo). potenciômetro) e é processado através de um fio de sinal separado em outra parte da ECU.
Quando a corrente através do atuador é enviada diretamente através do transistor na ECU, isso é chamado de transistor de potência. Um atuador passivo também pode ser controlado através de um FET.
As imagens abaixo mostram exemplos de como os atuadores passivos são controlados.
1. Controle da bobina de ignição: com uma bobina de ignição sem drivers internos, a corrente primária da bobina de ignição é comutada para terra pela ECU. A figura mostra o transistor de potência na ECU (2), projetado como Circuito de Darlington para fornecer um fator de ganho maior, que liga a bobina primária da bobina de ignição (3) ao terra para carregar a bobina primária. A bobina secundária está conectada ao lado da vela de ignição (4).
2. Controle do motor elétrico: usando um Ponte H Um motor elétrico com escovas de carvão pode girar em duas direções. A ponte H pode ser construída com transistores ou FETs conforme mostrado. O motor elétrico está equipado com um potenciômetro para retornar a posição à ECU. As aplicações podem incluir: motor elétrico para válvula de aquecimento, válvula EGR, vidro de espelho, ajuste de sede, válvula de gás. Neste último caso, torna-se um duplo potenciômetro aplicado para segurança. A ponte H geralmente é um IC instalado na placa de circuito impresso da ECU.
Página op Ponte H são descritos exemplos das diferentes versões da ponte H com transistores e FETs.
Além dos atuadores passivos, também encontramos atuadores ativos e inteligentes. Na imagem abaixo vemos o circuito desses tipos.
Com atuadores ativos e inteligentes, a ECU comuta a corrente indiretamente através do atuador. O transistor na ECU é relativamente leve, pois a corrente pela qual passará será zero.
- Atuador ativo: o transistor de potência agora não está na ECU, mas no próprio atuador. Um exemplo disso é uma bobina de ignição (uma bobina de ignição de pino ou bobina de ignição DIS com drivers internos). O atuador ativo neste caso é o driver. O atuador recebe uma fonte de alimentação constante e um aterramento constante, e o transistor de sinal na ECU liga ou desliga o transistor de potência com uma lógica 1 ou 0 (5 volts ou 0 volts);
- Atuador inteligente: o atuador é equipado com sua própria ECU com transistor de comutação. A comunicação ocorre entre ambas (ou mais) ECUs através do barramento LIN, onde os sinais digitais são trocados. Um exemplo de atuador inteligente é o motor do limpador de pára-brisa. Através da comunicação do barramento LIN podem ser trocados dados como: posição atual dos braços do limpador de para-brisa, velocidade e movimento até a posição zero.
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