Sistema Start-Stop automotivo - Mantendo as luzes acesas!

Start-Stop-SystemVision Cloud-destaque

Você provavelmente já percebeu que, ao ligar seu carro, alguns equipamentos eletrônicos opcionais, como o rádio e luzes, desligam momentaneamente. Isso ocorre porque o alto consumo de corrente do motor de partida provoca a queda da tensão do sistema abaixo do nível normal de funcionamento de +12 V. Os circuitos críticos são projetados para operar nessas tensões baixas, mas muitas outras funções não são. Afinal de contas, isso ocorre uma vez por viagem e os motoristas já estão acostumados com este comportamento.

 

Mas para os novos veículos com o modo de operação Start-Stop, nos quais o motor é desligado frequentemente durante os períodos em que ele está ocioso a fim de melhorar a economia de combustível, essas mesmas quedas de baixa tensão devem ser evitadas ao religar o motor. O rádio deve tocar continuamente mesmo com trânsito pesado!

 

O ON Semiconductor® NCV8876 é um controlador de conversor Boost assíncrono e foi projetado exatamente para essa finalidade, além de integrar muitas funções para reduzir a complexidade do circuito externo. Um circuito de aplicação típico é mostrado no esquemático abaixo no ambiente SystemVision® Cloud da Mentor Graphics, que é perfeito para simular e avaliar a funcionalidade desse componente em um projeto Start-Stop. O SystemVision Cloud, um poderoso simulador analógico de sinal misto e multidisciplinar, permite que o usuário explore, projete e compartilhe esquemáticos — misturando perfeitamente blocos de sistemas de controle, circuitos analógicos e digitais, sensores e atuadores em um site gratuito da web baseado em nuvem.

 

NCV8876 - Automotive Start-Stop Boost Controller
Figura 1 - NCV8876 - Automotive Start-Stop Boost Controller

 

Acesse a simulação neste link.

 

Observação: este esquemático está energizado e você pode efetuar movimento panorâmico e aplicar zoom (assim como no Google Maps). Além disso, é possível mover as pontas de prova das formas de onda de um lado para outro e observar sinais em qualquer uma das ligações ou dentro de qualquer um dos componentes. Também é possível clicar nos componentes para ver os valores de seus parâmetros. Se escolher “View in systemvision.com” (Exibir em systemvision.com), você poderá salvar uma cópia e depois alterar e simular novamente o circuito conforme desejar.

 

Os resultados da simulação mostram a saída do resistor de carga fixa durante a queda e recuperação da bateria. Observe que nesta aplicação, a tensão de saída (forma de onda azul-escuro) é mantida acima de 6,4 V durante o transiente de queda e é regulada em 6,8 V durante a operação da bateria com baixa tensão (4 V) sustentada (forma de onda laranja).

 

Este circuito também inclui um indutor de saturação suave da Coilcraft®, a corrente de carga para o indutor XAL4030-332 nesta aplicação é 4 A durante a operação com tensão nominal de 12 V, mas durante a operação de reforço, a corrente atinge o pico de 6,6 A (forma de onda azul-claro). Isso poderia saturar um indutor típico se ele fosse dimensionado para a carga nominal, resultando em um colapso da indutância efetiva. Mas, observe que a indutância instantânea real (forma de onda verde) só cai para 2,2 µH, para esse componente de 3,3 µH nominal.

 

Se essa queda de 33% na indutância não parece pequena, o próximo exemplo mostra o que pode acontecer se um indutor típico de “saturação não suave” transportar corrente além de seus limites operacionais, mesmo que momentaneamente. O colapso da indutância leva a picos grandes de corrente que podem potencialmente danificar outros componentes eletrônicos de potência. Felizmente, neste caso, as capacidades de proteção contra sobre corrente do “modo soluço” do NCV8876 limitam a magnitude dos picos de corrente a um nível inferior aos valores nominais desses outros componentes.

 

Start-Stop automotivo: NCV8876 para Overcurrent Protection
Figura 2 - NCV8876 - Overcurrent Protection

 

Acesse a simulação neste link.

 

Os resultados da simulação mostram que, neste caso, a tensão de saída de reforço (forma de onda azul-escuro) cai para cerca de 5 V em vez do ponto de ajuste de reforço adequado de 6,8 V, quando a tensão da bateria (forma de onda laranja) cai para 6 V. Como o regulador linear tem uma tensão de queda muito baixa, a corrente através do resistor de carga de 2,3 Ohm é mantida logo abaixo de 2,2 A durante toda a operação.

 

Embora esse nível de corrente de carga esteja dentro dos limites nominais do indutor (2,3 A RMS máx.), está aproximando-se da “borda” de indutância de saturação dessa peça de saturação abrupta. Portanto, quando o NCV8876 ativa o controle de reforço, ele liga brevemente o MOSFET de potência, aterrando efetivamente o lado baixo do indutor através da pequena resistência do sensor de corrente (0,03 ohm). Com o valor de indutância nominal de 3,3 µH, isso resultaria em um lento incremento da corrente:

 

V/L = di/dt = 6 V/3,3 µH = 1,8 A/µs

 

Mas, de fato, a indutância entra em colapso com um aumento maior de corrente e o valor di/dt torna-se muito grande. A corrente do indutor salta acima de 10 A (forma de onda azul-claro) e a indutância correspondente cai para uma pequena fração de seu valor nominal (forma de onda verde).

 

Os picos de corrente poderiam ser muito mais altos, possivelmente resultando em danos ao MOSFET de potência NVGS3130, que possui uma corrente de pulso nominal máxima de 19 A. Na visão ampliada, a forma de onda magenta mostra a corrente Ids subindo acima de 11 A em apenas 100 ns! Mas, a tensão da porta (forma de onda marrom) é cortada para limitar o aumento da corrente, graças ao recurso de proteção contra sobre corrente do NCV8876. Quando uma condição de sobre corrente é detectada, o dispositivo vai imediatamente para o “modo soluço”, no qual o acionamento da porta é desligado e permanece desligado durante 1024 ciclos do relógio. Após o período obrigatório de soluço, o componente tenta novamente realizar a operação de reforço, mas com o contínuo monitoramento de sobre corrente. Os picos de corrente são repetidos durante 2 ms, pois o clock está programado para um período um pouco acima de 2 µs (frequência de comutação de 450 kHz) neste projeto.

 

Esses e outros projetos similares estão disponíveis no SystemVision Cloud. Ali você encontrará ferramentas que facilitam a criação e simulação de novos modelos de componentes, alguns simplesmente transferindo valores a partir de um datasheet. Esses modelos de folhas de dados incluem valores nominais, assim suas simulações vão até lhe informar quando suas peças forem submetidas a um esforço excessivo!

 

Confira em SystemVision Cloud.

 

Inscreva-se para obter uma conta grátis e compartilhe seu projeto com o mundo. É realmente simples assim. Esperamos vê-lo em nossa comunidade em breve.

 

(*) esse post foi patrocinado pela Mentor Graphics

NEWSLETTER

Receba os melhores conteúdos sobre sistemas eletrônicos embarcados, dicas, tutoriais e promoções.

Obrigado! Sua inscrição foi um sucesso.

Ops, algo deu errado. Por favor tente novamente.

Licença Creative Commons Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

Mike Donnelly
A sixteen-year year veteran with Mentor Graphics, Mike Donnelly currently works as a principal engineer with the systemvision.com development team. He is engaged in modeling and simulation of analog, mixed-signal, and multi-discipline systems, covering a broad range of applications, including power, controls, and mechatronics. He has 35 years’ experience in Aerospace and Automotive Engineering, focusing on simulation-based design exploration and analysis, from concept through detailed implementation levels. Prior to joining Mentor, Mike worked for Analogy Inc.,The Boeing Company (Aerospace and Electronics Group), and Hughes Aircraft Company (Space and Communications Group). He holds an MSEE in Systems and Control from the University of Southern California and a BSEE from the University of Cincinnati.

2
Deixe um comentário

avatar
 
2 Comment threads
0 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
2 Comment authors
Rafael GebertEduardo Castellani Recent comment authors
  Notificações  
recentes antigos mais votados
Notificar
Rafael Gebert
Visitante
Rafael Gebert

Depois da farnell fechar as portas, compras a varejo só na Mouser ou Digikey...
Claro que se alguém conhecer uma alternativa melhor, por favor postem!

Eduardo Castellani
Visitante
Eduardo Castellani

ONDE EU ACHO O NCV8876 PARA COMPRA EM SP? ALGUÉM SABE?