Artículo técnico escrito por Ralf Hickl, Product Sales Manager de la Automotive Business Unit, y Uwe Rahn, director de la Automotive Business Unit de Rutronik sobre las diferentes formas de efectuar la protección de fusibles en vehículos.
Introducción
Debido a la aceleración en la electrificación de los coches, los sistemas eléctricos de 12 V están alcanzando sus límites, ya que un creciente número de funciones mecánicas se lleva a cabo eléctricamente.
Un subsistema eléctrico de 48 V alimenta los dispositivos electrónicos de alto rendimiento.
Por lo tanto, se requieren nuevos conceptos en la protección de fusibles en vehículos. BOSCH Semiconductors está trabajando en el desarrollo de un circuito integrado para salvaguardar sistemas eléctricos de 12 a 48 V. Los clientes interesados pueden solicitar muestras de ingeniería a través de Rutronik.
Protección de fusibles en vehículos para sistemas eléctricos de hasta 48 V
48 V no sólo supone cuadruplicar 12 V, sino que implica la entrada en el mundo de los vehículos híbridos y un gran salto hacia la electromovilidad y el coche autónomo. Las distancias de clearance & creepage son esenciales para los sistemas eléctricos de 48 V. Clearance es la distancia más corta en el aire entre dos conductores eléctricos. Los arcos pueden aparecer en caso de cortocircuito, rotura de cable o cambio de carga al operar por encima de los 20 V. Estos arcos son muy peligrosos, ya que aumenta el calor y, en consecuencia, el riesgo de incendio. Para gestionar esta amenaza de manera efectiva, existen relés y sistemas de contactos especiales que, al aplicarse, proporcionan estabilidad de temperatura.
Otra solución, que es más compleja técnicamente, pero más sensata, consiste en la detección precoz de los arcos eléctricos mediante la medición y el análisis de diagramas de corriente y tensión con la ayuda de sensores inteligentes.
Los arcos y los peligros que generan
Aparte de las tensiones superiores a los 20 V, hay otra condición para que los arcos se conviertan en una llama. En función de la corriente y la tensión, se necesita una salida mínima de unos 100 W para garantizar que un arco provoca un incendio. Por ende, los circuitos eléctricos de los sistemas de 48 V se exponen a un elevado riesgo de arco y ahí es donde se encuentran las aplicaciones que demandan elevada potencia en, por ejemplo, el turbocompresor eléctrico, la dirección asistida eléctrica (EPS) o el control dinámico de estabilidad. Aquí también resulta indispensable contar con soluciones de protección adecuadas. Básicamente, hay dos tipos de arcos:
El más sencillo, un arco en paralelo a la carga, se produce tras un cortocircuito del conductor que lleva la corriente a la toma de tierra, por ejemplo, por un aislamiento defectuoso. Como el camino de corriente de fallo es lo suficientemente poco resistivo, el cortocircuito o la corriente de arco son muy elevados y se añade corriente de carga. Esto hace saltar el fusible de seguridad, desconecta el circuito eléctrico y acaba con el arco. No hace falta decir que el fusible debe ser capaz de extinguir el arco en su interior.
El segundo tipo, el arco en serie a los ‘consumidores’, es mucho más difícil de descubrir. Ocurre cuando el circuito ‘vivo’ se interrumpe. Los ejemplos se pueden encontrar en la apertura de contactos de relé o la conexión y la desconexión de conectores mientras circula la corriente. Los arcos pueden ser consecuencia de cables rotos, contactos sueltos o una conexión a tierra defectuosa.
Dado que el camino del arco está en serie con la carga, la caída adicional en la tensión del arco reduce la corriente de carga. Este es el motivo por el que los fusibles en vehículos de seguridad convencionales no detectan los arcos en serie. La capacidad de rotura del fusible no se supera.
En un sistema eléctrico convencional, el fusible de seguridad es el dispositivo de protección típico que evita el riesgo de cable quemado a causa de aumento de calor y corriente o cortocircuito. En el futuro, lo lógico será reemplazarlo por una solución electrónica que garantice la detección de cualquier tipo de arco eléctrico y su extinción de un modo fiable y eficiente.
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