Artículo técnico sobre el importante papel para la seguridad del separador pirotécnico en vehículos escrito por Ralf Hickl, Product Sales Manager de la unidad de negocio para vehículos de Rutronik.
Hasta ahora, los actuadores pirotécnicos se han usado principalmente como generadores de gas en airbags. Pero con la llegada de circuitos cada vez más potentes, también se está teniendo en cuenta su utilización como separadores de emergencia actuados electrónicamente en los sistemas eléctricos de los vehículos.
Una aplicación típica se encuentra en la protección ante el fuego causado por el cortocircuito de un cable eléctrico en caso de accidente de tráfico. Otra aplicación es la protección ante el choque eléctrico provocado por el cortocircuito en la carrocería del coche durante las tareas de rescate de las víctimas. En particular, esto se aplica a los circuitos con la máxima capacidad de los sistemas eléctricos. En circuitos de alta tensión, se trata del circuito de carga de la batería, que va desde la batería al inversor de tracción; y en vehículos híbridos, el circuito al generador / arranque.
Operación del separador pirotécnico
Si se despliega por una causa apropiada, el dispositivo de control genera el encendido mediante un impulso de corriente definido. La disipación de potencia de un filamento incandescente en un iniciador propicia la energía para activar una pequeña explosión de un propelente. Aquí, la potencia explosiva del propelente es la característica más importante, ya que separa un conductor con un punto de rotura predeterminado cuando se calienta. Por lo tanto, los separadores pirotécnicos son productos de un solo uso.
Existe un determinado periodo de tiempo entre la solicitud y la separación actual por el conmutador. Este tiempo se ajusta en el tiempo de procesamiento en la electrónica de control y resulta ser el tiempo necesario para calentar el iniciador, inflamar el propelente y propagar la onda resultante. El periodo de latencia del sistema, que se compone del controlador del iniciador y el actuador pirotécnico, se encuentra en el rango de los milisegundos (ms).
Ventajas en comparación con contactores y relés
En un estado conductivo eléctricamente, no existe un punto de contacto vulnerable con resistencia de contacto óhmico u otros problemas, como la corrosión asociada a un contacto mecánico. Además, no se requiere energía auxiliar para mantener el circuito cerrado.
Ventajas en comparación con fusibles de seguridad
Es posible un despliegue preventivo, por ejemplo, cuando la electrónica de control espera que pueda producirse un cortocircuito peligroso como consecuencia de un accidente o un despliegue posterior para proteger al equipo de rescate ante el cortocircuito en la carrocería del vehículo. El desacople extensivo del corte transversal del cable y el punto de despliegue provocan una baja pérdida de potencia en el punto de rotura que permite transportar una elevada corriente de la conexión eléctrica.
Desde el punto de vista de los fusibles de seguridad, el principio produce una subida de corriente, mientras que el punto de despliegue y el retardo quedan determinados por el diseño. Con el separador pirotécnico electrónico asistimos a otra situación: la causa del despliegue y el punto de despliegue se pueden establecer de manera flexible a través del dispositivo de control programable. Esto también implica la posibilidad de contar con varios motivos de despliegue. Por ejemplo, aumento de corriente o temperatura y aceleración o una causa arbitraria como una parada del vehículo consecuencia de una intervención remota externa.
Características de los controladores para el separador pirotécnico en vehículos
En el sistema eléctrico, los separadores pirotécnicos ofrecen una función de protección y, si fuera necesario, mantienen el propio sistema en un estado seguro.
Las medidas implementadas en los controladores de iniciador evitan despliegues incorrectos. En este caso, el encendido sólo tiene lugar cuando se producen varios eventos y condiciones en el corto periodo de tiempo durante el que el controlador se arma.
Este tipo de secuencia en el separador pirotécnico puede incluir:
- Armado al abrir la ventana de despliegue vía una interfaz serie
- Activación de los transistores de salida vía varias entradas de pin
- Comando de despliegue vía una interfaz serie
Las medidas también se han implementado en los controladores de iniciador para un autodiagnóstico con el que, por ejemplo, un microcontrolador puede solicitar habitualmente el estado funcional del componente. De todas formas, hay espacio para el trabajo de reparación. El autodiagnóstico suele incluir el test de las unidades funcionales internas, varias pruebas de cortocircuito de las salidas y una medición de la resistencia básica del iniciador.
Como una medida de seguridad adicional, la energía del encendido no se toma directamente de la batería, sino que se carga en un sistema de almacenamiento local (condensador) a través de un convertidor boost o bomba de carga. Con la energía de reserva de este sistema de almacenamiento, la electrónica de encendido puede operar durante un breve periodo de tiempo, incluso cuando se interrumpe la conexión a la batería. En vehículos con varias baterías, este sistema de almacenamiento local de la electrónica de encendido se puede suministrar de forma redundante.
Ejemplos de producto
Debido a su origen como módulos de control de airbag, los controladores de iniciador convencionales se presentan con cuatro o más canales de encendido. Por lo tanto, el control de los airbags del conductor y del acompañante y de las dos bolsas de aire laterales queda completamente cubierto. A continuación, se muestran los detalles de un par de ejemplos.
El L9678P de STMicroelectronics ofrece algo más que un simple controlador de iniciador multicanal. El chip base de sistema para la electrónica de encendido se complementa con dos reguladores lineales de 3.3 y 5 V, un transceptor para comunicación a ISO 9141, dos transistores de salida que se pueden conectar al high-side o low-side para salidas generales, un sensor de temperatura, un temporizador watchdog y un comparador para detección de caída de tensión. Junto a un microcontrolador y determinados componentes discretos, permite un diseño compacto con sólo dos IC.
Y, por otro lado, los modelos CG98x de Bosch son controladores de iniciador multicanal de cuatro u ocho canales y con autodiagnóstico. La tensión para el sistema de almacenamiento de energía se debe generar externamente.
