Na linha automotiva, em diversas aplicações tanto nos módulos de injeção quanto demais placas eletrônicas, bem como alternadores e outros elementos, encontramos vários tipos de componentes da família dos semicondutores. Na primeira parte dessa série abordamos o Diodo e suas aplicações mais comuns. Outro componente que pertence à família dos semicondutores e que é amplamente utilizado para acionamento diversos é o Transistor MOSFET. Esse componente é muito utilizado para comandos de atuadores.
Princípio de comando para Atuadores
Os diversos atuadores que temos em um veículo podem ser divididos em duas formas de acionamento: acionamento direto e acionamento indireto. Quando temos um acionamento direto significa que o módulo eletrônico possui uma conexão direta com o atuador. Quando temos um acionamento indireto significa que o módulo eletrônico possui uma conexão com um relé, e o relé realiza o acionamento do atuador. Em ambos os casos, o princípio elétrico de funcionamento do atuador é o mesmo – precisamos gerar uma corrente elétrica em uma bobina ou solenoide dentro do atuador.
O que gera trabalho em um atuador é a potência elétrica. A potência elétrica é o resultado do trabalho da tensão e da corrente. Portanto, alimentar uma bobina não é apenas fornecer 12v ou 24v em uma bobina, pois assim teríamos apenas tensão elétrica. Precisamos ter as duas polaridades – positivo e negativo – para gerar de fato corrente e funcionamento. Com corrente elétrica teremos a potência tão necessária. Os diversos atuadores presentes no veículos trabalham com esse princípio interno.
Transistor MOSFET
O comando eletrônico de atuadores parte do princípio de funcionamento de um componente muito importante na eletrônica – o Transistor. Ao ser inventado, esse componente de funcionamento simples revolucionou a eletrônica. Um transistor pode ser considerado um elemento de chaveamento e por isso é amplamente usado no acionamento de atuadores e na eletrônica embarcada automotiva. É nada mais nada menos que um separador de potências elétricas, tendo em vista que apenas com ambas as potências (positivo e negativo) é possível realizar algum tipo de trabalho em atuadores. O transistor utilizado amplamente na linha automotiva é o MOSFET, sigla que significa Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor.
Um MOSFET precisa receber um pulso de ativação que pode ser de baixa tensão ou tensões amplificadas (dependendo da medida de tensão em sua fonte de chaveamento) e consegue chavear com tensões mais altas ou com um negativo de 0V. O transistor tem 3 terminais, sendo que o terminal 1 é chamado “Gate” – pois recebe um pulso de ativação, o terminal 2 chama-se “Source” e pode ser uma alimentação de tensão positiva ou um aterramento (dependendo de qual potência o atuador necessita); e o terminal 3 denomina-se “Dreno”, pois trata-se do emissor do pulso de chaveamento (em conexão com o atuador). Os acionamentos de Gate serão sempre de tensão positiva.
Acionamento de um Injetor de combustível – Ciclo OTTO injeção convencional
O acionamento de um injetor de combustível nos motores ciclo Otto com injeção convencional indireta é feito através de uma diferença de potencial nos dois terminais de ligação desse atuador. Um injetor nessa aplicação, recebe em um de seus terminais uma alimentação positiva de tensão contínua equivalente à tensão da bateria do veículo, que se pode afirmar que é de 12V. O acionamento e a injeção de combustível ocorrerão quando um pulso negativo for enviado pelo Módulo (ECU) no segundo terminal do injetor. Nessa aplicação, podemos afirmar que a ECU fornece um aterramento (negativo) para a descarga da energia 12V no injetor.
O negativo que é fornecido para o injetor pela ECU tem seu acionamento feito por um componente que usa o princípio de funcionamento de um transistor – um sinal de ativação para um chaveamento, nesse caso, com um aterramento. Porém, vale lembrar que um componente da ECU precisa controlar o momento em que os pulsos de ativação saem para os injetores. Esse componente envia os pulsos de ativação para os transistores apenas nos momentos ideais em que a injeção de combustível precisa acontecer.
O componente responsável por controlar o tempo em que cada pulso de ativação deve ser emitido para um comando de atuadores é o processador ou microcontrolador do Módulo. Esse componente é vital para o funcionamento de todos os sistemas. A alimentação padrão de um processador é de 5V. Portanto, os pulsos de ativação que saem de um processador para comandar um componente de chaveamento possuem amplitude de até 5V – levando em conta o exemplo dos injetores de um sistema de injeção convencional.
Acionamento de um Injetor de combustível – Ciclo DIESEL
No controle e comando de Injetores e combustível na linha Diesel, vários sistemas necessitam de tensões mais altas do que as de bateria. Tais sistemas têm dentro da Módulo do motor um conjunto de circuitos com a função de amplificar tensões e armazená-las para serem usadas nos disparos de injetores.
Por que nem todos os Módulos têm esse circuito de amplificação? A aplicação desse circuito no módulo do motor dependerá do tipo de sistema mecânico usado no disparo. Por exemplo, em um sistema Common Rail, as altas pressões de combustível na linha ou tubo comum são as mesmas altas pressões de combustível que chegam aos injetores e nas agulhas. Portanto, para “vencer” esse valor alto de resistência e realizar o disparo, são necessárias altas tensões. Em sistemas como o mencionado, é comum encontrarmos pulsos de comando entre 80V e 100V. Já em sistemas como o de Unidades Injetoras, nos quais a geração de pressão de combustível acontece mecanicamente e em sincronismo com o disparo do Injetor, as tensões de trabalho são baixas, muitas vezes próximas da tensão de bateria, como algo em torno de 26V. Isso é possível porque as pressões de combustível não são constantes na agulha do injetor.
Independente do sistema, se usa alta ou baixa tensão, o princípio encontrado é o mesmo: aplicações de MOSFET “emissores” em conjunto com MOSFET “receptores”. O que seria isso? Os MOSFET aplicados como emissores são aqueles que emitem uma tensão positiva para fora da ECU, por exemplo, fornecem 12v ou 24v para o atuador. Os MOSFET aplicados como receptores são aqueles que fornecem um aterramento para o acionamento do atuador, recebendo assim uma tensão externa que será descarregada dentro do Módulo eletrônico. No acionamento de Unidades e Injetores Diesel, sempre teremos ambos trabalhando em conjunto: emissores fornecendo positivo, essas tensões percorrendo o chicote e os injetores e retornando para o módulo para descarregar as tensões nos receptores negativos.
Testando um Transistor MOSFET
Para verificar a integridade e funcionamento do MOSFET é necessário removê-lo da placa eletrônica e realizar testes na escala de continuidade ou de teste de semicondutores do multímetro. Ele deve ser removido por conta do sinal de gate de ativação, pois qualquer impedância do circuito no gate impede o chaveamento. Então, siga os passos a seguir:
1° Remova o transistor da placa.
2° Coloque a ponteira positiva no terminal 3 (source) e a ponteira negativa no terminal 2 (dreno).
3° Encoste a ponteira positiva no terminal 1 (gate) e volte para 3 (source). Nesse momento, fechamos a chave e devemos ter continuidade.
4° Encoste a ponteira negativa no terminal 1 (gate) e volte para 2 (dreno). Nesse momento, abrimos a chave e a continuidade deve cessar.
A capacitação profissional voltada para a eletrônica embarcada automotiva é vital para a sobrevivência do reparador no mercado atual. Entender todos os processos envolvidos para que algo funcione em um motor é de grande valor para o diagnóstico. Pensando nisso, invista em conhecimento e procure um curso on-line ou presencial de reparo de Módulos de injeção eletrônica.