¿Por qué existe riesgo de sobretensión al arrancar un vehículo?

Solución_resumida:

• La interrupción de la carga a un alternador puede resultar en un pico de voltaje de 100 - 200 voltios por lo general hasta alrededor de 0,5 segundos. Más sobre un mal día cuesta abajo con el viento a favor.

• Si eres pequeño y electrónico o un LED o una bombilla, querrás estar en otro lugar si esto sucede.

• La conexión inusual significa que cuando el arranque rápido puede persuadir a un sistema de alternador para que "vea" los circuitos abiertos de carga debido a interacciones inesperadas. Por lo general, se considera que tratar de evitar que esto suceda es una buena idea.

• Los reguladores especiales diseñados para sobrevivir a tales "eventos" están disponibles para su uso en equipos automotrices. Algunos de estos se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones cotidianas sin darse cuenta de sus cualidades especiales. (eh LM2940).

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La gente tiende a reaccionar exageradamente para estar segura, PERO hay problemas reales que deben evitarse.

Cuando un sistema automotriz está conectado normalmente, la energía fluye desde el alternador a través de diodos rectificadores, pasando por cualquier controlador que se use y hacia el "bus" de 12 V con la batería conectada. Cuando comience a introducir la entrada de energía a nivel del alternador (decenas de amperios, posiblemente 50 A) y la conexión de batería a batería, lo que dará aproximadamente 0 amperios si las baterías tienen un voltaje similar PERO potencialmente muy grande si una batería está bien cargada y la otra descargada (que es generalmente es exactamente el caso), entonces los flujos de corriente en relación con el regulador, etc. son diferentes. Si el regulador del alternador de envío se confunde un poco y se regula mal y todo lo que está en el extremo receptor es una batería de automóvil adicional y tal vez un motor de arranque, es probable que ocurra poco daño. Un breve transitorio de 20 o 30 o 40 voltios será transitorio si una batería de automóvil está en el extremo receptor. Si una bombilla, radio, reproductor de MP3, teléfono celular, computadora u otro ciudadano electrónico frágil está presente cuando los grandes están de fiesta, entonces pueden lastimarse.

Como demostración de lo que puede suceder, hace varias décadas, la gente aquí vendió un dispositivo que le permitía usar una sierra circular de 230 VCA alimentada por un alternador de automóvil que aún estaba en el vehículo. Esto puede haber requerido un motor tipo "motor universal" para funcionar, tal vez no. La "caja negra" conectada a las conexiones del alternador dentro del regulador normal, etc., y podría conectarse cuando sea necesario y tomarse la salida del alterneotr. Para usar esto, el motor se configuró en un ralentí muy rápido y el dispositivo se encendió. El alternador proporcionó alrededor de 200 voltios de CA a cualquier corriente nominal. Entonces, por ejemplo, un alternador de 50 A era bueno para aproximadamente 50 x 200 = 10 kW. !!!. De hecho !!!!!!!!!!!! . 10 kW puede haber sido un poco alto para lo que se podría lograr en la realidad, pero la gente estaba corriendo con ellos.

Esto funciona porque el alternador es esencialmente un dispositivo de corriente constante con la saturación del "hierro" actuando como limitador de salida. Para un alternador de 30A, por ejemplo, si lo sujeta a 12 V obtiene alrededor de 12 x 30 = 360 W. Sujételo a 24 V y obtendrá 720 W. Sujételo a alto y obtendrá: ¡Guau!. ¡¡¡No lo aprietes en absoluto y !!!. Mientras el regulador esté feliz y estable, nunca verás esto. Juega con su cerebro, ya sea con una caja mágica o conexiones extrañas, y de vez en cuando puede impresionarte.

Tenga en cuenta que el voltaje súper alto anterior no es potencialmente ilimitado (a diferencia de, por ejemplo, el timbre inductivo) y no tiene la misma forma de onda a medida que aumenta el voltaje. Si acelera el motor de modo que el voltaje de circuito abierto alcance un pico de 100 V pico de media onda a tierra, entonces obtendrá aproximadamente una media sinusoide. A medida que comienza a sujetar esto a voltajes sucesivamente más bajos, obtiene una forma de onda más estrecha a medida que corta las puntas de la onda sinusoidal. Cuando baja a 12v, tiene una salida de CA de onda casi cuadrada que se eleva casi verticalmente después del cruce por cero y luego se aplana en el voltaje de la abrazadera. Esto significa que el valor RMS de la forma de onda es mucho mayor que una onda sinusoidal. Onda sinusoidal Vrms = 0,771 Vpico. Este trapezoide está cerca de Vpico RMS. A medida que utilice voltajes más altos como, por ejemplo, en el ejemplo de sierra circular, la forma de onda será más sinusoidal.

Vaciado de la carga:

El volcado de carga es lo que sucede cuando el alternador está funcionando a alto rendimiento y la carga se reduce o elimina repentinamente O cuando algo como un regulador se confunde y hace que parezca que esto es lo que ha sucedido (carga eliminada al cambiar o tal vez cortocircuitar y luego abrir o ...).

Wikipedia dice volver a cargar el volcado

• En electrónica automotriz, se refiere a la desconexión de la batería del vehículo del alternador mientras se carga la batería. Debido a tal desconexión de la batería, otras cargas conectadas al alternador ven un aumento en la línea de alimentación. El voltaje pico de esta sobretensión puede ser tan alto como 120 V y la sobretensión puede tardar hasta 400 ms en decaer.

Lo que suena divertido. Y ...

• Los devanados de un alternador tienen una gran inductancia. Cuando se carga la batería del vehículo, el alternador le suministra una gran corriente. Si la batería se desconecta mientras se está cargando, la corriente del alternador cae brusca y repentinamente. Esto provoca un alto voltaje en el alternador debido a la inductancia del devanado de campo. La corriente de campo no puede caer rápidamente, por lo que el campo magnético permanece grande, por lo que la rotación del alternador continúa generando un voltaje grande. Todas las cargas conectadas al alternador ven este pico de alto voltaje. La fuerza del pico depende de muchos factores, incluida la velocidad a la que gira el alternador y la corriente que se estaba suministrando a la batería antes de desconectarla. Estos picos pueden alcanzar un máximo de 120 V y pueden tardar hasta 400 ms en decaer. Este tipo de pico dañaría cualquier dispositivo semiconductor, por ejemplo, ECU, que pueda estar conectado al alternador. Se pueden agregar dispositivos de protección especiales, como diodos TVS, varistores que pueden soportar y conectar a tierra estos picos para proteger dichos dispositivos semiconductores.

  Diferentes estándares automotrices como ISO 7637-2 y SAE J1113-11 especifican la forma estándar del pulso de descarga de carga contra el cual se pueden diseñar los componentes electrónicos automotrices.

  También puede haber un pico inductivo debido a la inductancia del devanado de campo. Eso puede tener un voltaje mayor, pero será por una duración mucho más corta, ya que se puede almacenar poca energía en la inductancia de un devanado de campo. La descarga de carga puede ser más dañina porque el alternador continúa generando energía a partir de la rotación del motor, por lo que se puede liberar mucha más energía.

  La inductancia de los devanados que transportan corriente no tiene un efecto directo sobre el volcado de carga, pero tiene un gran efecto indirecto. En funcionamiento normal, la corriente que fluye en la inductancia de los devanados provoca una gran caída de tensión. Para mantener el voltaje terminal correcto, el campo magnético del devanado de campo tiene que aumentar mucho con cargas grandes. Cuando se desconecta la carga, no hay corriente, por lo que no hay caída de tensión en la inductancia de los devanados. El voltaje completo aparece en la terminal del alternador hasta que cae la corriente de campo. .

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Tenga en cuenta que los reguladores electrónicos para dispositivos electrónicos fabricados para operar en un entorno automotriz tienen un frente muy resistente y especial. En primer lugar, están diseñados para apagarse en picos altos en lugar de intentar montar la ola. Puede abandonar su salida, pero su circuito sobrevive. Con un poco de suerte.
La serie NatSemi LM294x es un ejemplo clásico de este enfoque.
Hoja de datos LM2940 aquí
Dicen:

• Diseñado también para aplicaciones vehiculares,
  el LM2940/LM2940C
  y todos los circuitos regulados
  están protegidos contra

  • instalaciones de batería inversa o
  • Saltos de 2 pilas.

• Durante los transitorios de línea,
  como el volcado de carga
  cuando el voltaje de entrada puede exceder momentáneamente el voltaje operativo máximo especificado,
  el regulador se apagará automáticamente para proteger tanto los circuitos internos como la carga.

  El LM2940/LM2940C no puede dañarse con la inserción temporal de una imagen especular.

  También se proporcionan características familiares del regulador, como cortocircuito y protección contra sobrecarga térmica.

También lo estándar pero bueno.

• El regulador de voltaje positivo LM2940/LM2940C presenta la capacidad de generar 1 A de corriente de salida con un voltaje de caída de típicamente 0,5 V y un máximo de 1 V en todo el rango de temperatura. Además, se ha incluido un circuito de reducción de corriente de reposo que reduce la corriente de tierra cuando el diferencial entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida excede aproximadamente 3V. La corriente de reposo con 1 A de corriente de salida y un diferencial de entrada-salida de 5 V es, por lo tanto, de solo 30 mA. Las corrientes de reposo más altas solo existen cuando el regulador está en el modo de caída (VIN − VOUT ≤ 3V).