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Manteniendo los niveles de tensión dentro de los límites

electronica a bordo

Las tensiones altas pueden estar presentes durante periodos breves en los vehículos. Además, unos pocos voltios por encima de la tensión especificada son suficientes para dañar los circuitos integrados (CI) altamente sensibles. Por lo tanto, resulta esencial contar con una protección adecuada ante las descargas electrostáticas (ESD), los pulsos de volcado de carga y los transitorios.

En los vehículos modernos, toda la electrónica a bordo de automóvil se conecta a la batería y al alternador (Fig. 1). Como un generador trifásico, el alternador produce una tensión alterna que se convierte en una tensión directa pulsada a través de los diodos rectificadores. Su nivel varía, ya que depende, entre otras muchas cosas, de la velocidad del generador (motor) y de los requisitos de alimentación actuales del sistema eléctrico de desempañado de las lunas, las luces, el sistema de infoentretenimiento, etc.

Los reguladores de tensión se utilizan para mantener la tensión de a bordo y la tensión de carga lo más constante posible y proteger el sistema eléctrico ante las sobretensiones. Consisten esencialmente en diodos Zener de alta potencia.

No obstante, en función del estado operativo del vehículo, otros muchos fallos eléctricos pueden sobrecargar el sistema eléctrico. Por ejemplo, es posible que se produzca una variación de tensión de 8 a 16 V en el estárter o que la conmutación de un relé o un contacto suelto provoque transitorios muy cortos con tensiones significativamente mayores. Si esto no se corrige, dichos transitorios se transmitirán a lo largo de la línea eléctrica, provocando un mal funcionamiento de los componentes electrónicos y los sensores individuales o daños permanentes en el sistema electrónico del vehículo.

sistemas de vehiculo

Los pulsos de volcado de carga tienen picos transitorios muy altos

La mayor amenaza son los pulsos de volcado de carga, ya que sobrecargan la red con grandes picos de energía transitorios que duran varios milisegundos. Estos se producen cuando la batería se desconecta mientras el alternador está funcionando o la conexión es pobre debido a la corrosión. Entonces, el alternador eleva la tensión del sistema eléctrico del vehículo a niveles extremadamente altos ante la falta de carga. La alta inductancia del devanado del alternador asegura que las condiciones de carga modificadas tarden un tiempo relativamente largo en volver a regularse – aproximadamente mil veces más que con un pulso Transil.

El estándar ISO 7637-2 describe los picos de tensión que se producen en los sistemas eléctricos de un vehículo. Distingue entre cinco tipos de pulsos con amplitud y duración variable (de E1 a E5). Los pulsos de volcado de carga pertenecen a la categoría E5. Además, se dividen en pulso 5a sin (Fig. 3) y 5b con protección de volcado de carga centralizada (Fig. 4).

Para demostrar su protección ante los volcados de carga, los sistemas electrónicos de los vehículos de motor deben pasar test relevantes, como los especificados en el estándar ISO 16750 (ISO-16750-2 5b). En este caso, resulta obligatorio el uso de un diodo supresor de tensión transitoria (TVS), que limita la tensión del volcado de carga del ISO-16750-2 pulso 5b a un nivel máximo de voltaje de corte, evitando dados en la electrónica del vehículo.

volcado de carga
Figura 3. Forma típica de un volcado de carga sin protección de volcado de carga centralizada
(ISO7637-2 pulso E5a).

Voltaje de corte demasiado alto para otros componentes

Si el voltaje de corte e integrado US* del diodo TVS en el alternador es demasiado alta para garantizar la protección adecuada de los componentes electrónicos downstream, se debe usar un diodo TVS local con un voltaje de corte menor. El diodo TVS centralizado e integrado se pasa por alto o se cortocircuita sin disipar ninguna energía de volcado de carga. Como consecuencia, toda la energía de volcado de carga se disipará en el diodo TVS con menor voltaje de corte, ya que el clamping comienza antes. El resultado es una forma de onda que corresponde a ISO 16750-2 pulso 5a (sin protección de volcado de carga centralizada).

Dado que el pulso tiene una energía particularmente alta y puede durar hasta 400 ms, hay que contar con diodos TVS con alta energía. El catálogo de Rutronik incluye una amplia gama de diodos TVS de varios fabricantes para tareas de protección secundaria ante transitorios, que cumplen el estándar ISO 7637-2 (observe la tabla). La energía requerida es suministrada, por ejemplo, por los diodos TVS de la serie SLDXX de Littelfuse. Estos modelos han sido diseñados especialmente para proteger ante los daños causados por la conmutación de cargas inductivas y el volcado de carga del generador. Los diodos ofrecen un rendimiento impresionante, con un tiempo de respuesta rápido de menos de 1 ps desde 0 V a BVmin. El diseño robusto de su paquete de terminales axiales P600 cumple los principales estándares de la industria.

A la hora de seleccionar un diodo de protección de volcado de carga, hay que tener en cuenta algunos parámetros, que dependen de cada aplicación: la resistencia interna Ri del alternador da como resultado la corriente de cortocircuito Ipp. Esta Ipp multiplicada por el voltaje de corte  Vcl, al que debe reducirse el volcado de carga, da como resultado la pérdida de potencia que tiene que afrontar el diodo de protección.

proteccion de volcado
Figura 4. El pulso 5b tiene en cuenta la protección de volcado de carga centralizada; el voltaje
de corte US* es específico de cada proyecto.

El voltaje de corte está centrado en el area de funcionamiento seguro del diodo TVS

Por otro lado, si el voltaje de corte integrado y centralizado del diodo TVS en el alternador se encuentra en el rango de tensión del diodo TVS local, se aplica el pulso 5b, esto es, con la protección de volcado de carga centralizada. Posteriormente, los picos de tensión de volcado de carga inferior se producen en el diodo TVS local. En este caso, la tensión operativa del diodo TVS local debería ser ligeramente superior al voltaje de corte de la tensión centralizada. Las series Littelfuse TPSMB, TPSMC y TPSMD, así como SZ1SMB, SZP6SMB, SZ1SMC y SZ1.5SMC están especialmente recomendadas para este propósito.

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