Este artículo analiza los componentes pasivos vinculados por separado de los MOSFET y los procesadores como parte integral del control avanzado del motor. Trata sobre el sentido del flujo de corriente y algunas consideraciones básicas para elegir un conector de motor.
Este artículo analiza los componentes pasivos vinculados por separado de los MOSFET y los procesadores como parte integral del control avanzado del motor. Trata sobre el sentido del flujo de corriente y algunas consideraciones básicas para elegir un conector de motor.
Históricamente, las locomotoras de combustión interna tenían un solo motor eléctrico de alta corriente, el motor de arranque. Esta unidad de 12 V/100 A (estándar) es un motor de encendido/apagado de “alimentación y arranque de 12 V CC completos”, por lo que no se requieren controles avanzados. Algunos otros motores, como los limpiaparabrisas, eran más pequeños y fáciles de controlar.
Pero el control del motor es más que solo los MOSFET obvios que cambian la energía a esos motores y los procesadores que ejecutan algoritmos de control de motor incorporados para encender y apagar los MOSFET. Los componentes activos son obviamente importantes, pero son solo una pequeña parte de la imagen. La necesidad de alimentar y controlar esta gran cantidad de motores ampliamente distribuidos, que van desde unidades de potencia moderada a alta, impone demandas desafiantes a dos grupos de componentes pasivos: .
- Resistencia de detección para bucle de control de movimiento. Esto permite que el controlador del motor sepa exactamente qué está haciendo el motor y qué tan bien está funcionando. El desafío de hacer esto se vuelve mayor a corrientes y voltajes más altos.
- Capaces de manejar voltaje y potencia, son compactos, rentables, seguros de usar, fáciles de desconectar/reconectar para pruebas de fábrica y reparaciones de campo, y confiables en entornos hostiles.
sentir la corriente
Si necesitamos saber qué está haciendo el motor, necesitamos alguna información para poder compararlo con el movimiento del motor comandado (posición, velocidad). Esto se puede obtener utilizando un codificador de eje (efecto Hall, óptico, magnético) o detectando la corriente a través de los devanados del motor. Por lo general, los diseñadores prefieren comenzar solo con el enfoque de detección actual, ya que es más económico y físicamente más fácil de implementar que los codificadores de eje.
Para la detección de corriente, la topología es engañosamente simple. Se coloca una resistencia en serie con cada devanado del motor y el controlador del motor detecta y monitorea el voltaje a través de él (Figura 2). Esta resistencia a menudo se denomina “derivación”, pero es un nombre inapropiado porque está conectada en serie con el devanado y no desvía el flujo de corriente. (Tenga en cuenta que existen otros métodos de detección, incluidos los enfoques sin contacto, como los dispositivos de efecto Hall y las bobinas de detección en los cables del motor, pero están fuera del alcance de este artículo).
Corriente de detección: ¿alta (lateral) o baja?
Incluso después de resolver todos los elementos anteriores, todavía hay un gran problema con el que los diseñadores deben lidiar. La pregunta es si se debe usar la detección del lado alto o bajo del resistor en serie. Ninguno es intrínsecamente mejor, pero ambos tienen compensaciones e implicaciones que deben tenerse en cuenta en el contexto de su aplicación.
En la detección del lado bajo (Figura 3), se conecta una resistencia entre el motor como una “carga” y el sistema común (a menudo llamado “tierra” aunque en realidad no está conectado a tierra). Como resultado, el circuito que detecta el voltaje a través de la resistencia también se puede conectar a tierra. Esto simplifica el diseño y la implementación del diseño del circuito de detección y también simplifica la interfaz con la siguiente etapa del subsistema de retroalimentación.
Sin embargo, la detección del lado bajo también significa que la carga en sí ya no está conectada a tierra. Esto tiene serias implicaciones para la conexión física de las cargas y la seguridad del usuario. El lado de carga baja está por encima del suelo, por lo que no puede conectar piezas como el chasis de un automóvil o un gabinete conectado a tierra al suelo. En su lugar, debe estar eléctricamente aislado de tierra. Además, dado que el lado bajo de la carga ya no está en el potencial de tierra, se debe realizar el circuito de excitación a la carga y la medición del voltaje a través de la carga (que es diferente a la lectura a través del sensor). Un circuito aislado de tierra.
Una alternativa es la detección del lado alto. En este caso, la resistencia de detección está entre el riel de alimentación y la carga, mientras que la carga en sí permanece conectada a tierra (Figura 4). Esto significa que el circuito de la resistencia de detección no puede tener una conexión a tierra directa, aunque es mucho mejor desde el punto de vista de la ubicación de la carga y la seguridad general. En su lugar, se debe usar un amplificador diferencial basado en un amplificador de instrumentación o aislado eléctricamente usando componentes de aislamiento. Esto es un poco más complejo y costoso que un circuito que se puede conectar a tierra. Además, el circuito de detección debe estar diseñado para funcionar con el voltaje de modo común del sistema, detectando y extrayendo fluctuaciones de voltaje bastante pequeñas (en el rango de milivoltios) incluso cuando hay decenas o cientos de fluctuaciones de voltaje presentes. alta CMRR (relación de rechazo de modo común). del perno
Cada aplicación es diferente, pero la mayoría de los diseñadores hoy en día optan por el enfoque del lado alto. Esto es para resolver o evitar problemas eléctricos, de seguridad e instalación difíciles inherentes a las cargas sin conexión a tierra. Los circuitos que proporcionan detección de corriente del lado alto a través de voltajes pequeños (usando amplificadores diferenciales y componentes de aislamiento) también son menos costosos y de menor tamaño.
Independientemente de si se utiliza la detección del lado alto o del lado bajo, se deben equilibrar muchos factores al elegir una resistencia. Por ejemplo, los valores óhmicos correctos (por supuesto), las clasificaciones de potencia adecuadas y un paquete físico que se ajuste a su aplicación.
No olvides el conector.
Los diseñadores que eligen conectores para motores de automóviles deben tener en cuenta dos hechos básicos. Estos se aplican independientemente de si el vehículo es un diseño de combustión interna (gas, diésel o hidrógeno) o un HEV/EV de mayor corriente y voltaje.
- Las corrientes más altas requieren contactos más grandes para transportar la corriente, minimizar las pérdidas de IR y reducir el autocalentamiento de I2R. Estos contactos requieren un cuerpo de conector más robusto.
- A voltajes más altos, incluso a corrientes bajas, no se producen chispas ni descargas disruptivas entre los contactos, ya que se debe aumentar la distancia entre los contactos para cumplir con los requisitos de seguridad de fuga y separación. (Nota: La fuga es la distancia recorrida por un arco medido en una superficie, como entre dos trazas en una placa de cableado impresa o la superficie de un conector IC. La distancia es la distancia más corta que recorre un arco en el aire. entre pines de un conector o CI).