No es un tema particularmente complejo —algunos incluso lo llamarían aburrido—, pero si no entiendes qué es una resistencia pull-up y cómo usarla en la ECU que has elegido, te estás metiendo en problemas. Sigue leyendo para descubrir todos los detalles sobre las resistencias pull-up y quizás te evites un posible dolor de cabeza en el futuro.
En este artículo: ¿Qué es una resistencia pull-up? | ¿Dónde necesitamos una resistencia pull-up ? | Cálculo del voltaje del sensor | Configuración de la ECU | Conclusión
¿Qué es una resistencia pull-up?
Una resistencia pull-up se utiliza en un circuito de sensor o interruptor donde la ECU no puede determinar el valor que el sensor o interruptor está introduciendo. La resistencia se utiliza junto con una fuente de alimentación de 5 voltios y restringe el flujo de corriente para permitir que el circuito tenga un amperaje muy bajo. Esto es vital porque un interruptor digital no consume corriente; por lo tanto, si no se usara la resistencia, la corriente fluiría directamente a la tierra del sensor, dañando los componentes de la ECU. La ECU solo necesita una entrada de voltaje para determinar el estado del interruptor o sensor; por lo tanto, si usamos una resistencia de 1 kΩ en una fuente de alimentación de 5 voltios, reduciremos el flujo de corriente a 0,005 amperios, una corriente insuficiente para causar daños en caso de fallo.
¿Dónde necesitamos una resistencia pull-up?
Hay un par de lugares donde necesitaríamos una resistencia pull-up. El primero es donde se usa un interruptor digital, como en el diagrama del circuito anterior. La ECU se muestra como el recuadro negro a la derecha y el interruptor está representado por el circuito roto, un extremo del cual está conectado a cero voltios; generalmente, este será el circuito de cero voltios de la tierra del sensor en nuestra ECU. El otro extremo está conectado al pin de entrada digital de la ECU. En este diagrama, la resistencia pull-up está representada por la línea amarilla y se ha cableado externamente, pero la mayoría de las ECU de posventa la tienen integrada, para la cual podremos seleccionar diferentes valores de resistencia mediante el software de la ECU; en ese caso, no se necesitaría cableado.
Aunque no hay una resistencia fija que deba usarse, se prefiere una resistencia de 1000 ohmios. Volviendo al diagrama, la resistencia pull-up es necesaria para distinguir si el interruptor está en la posición de tierra o abierto. Si este diagrama no usara una resistencia pull-up, cuando el interruptor esté en la posición abierta, el voltaje que ve la ECU será indeterminado, ya que no hay diferencia de potencial; esto también se conoce como pin flotante. Si el lado del conector del cabezal de la ECU de la resistencia pull-up está conectado a 5 voltios, cuando el interruptor esté abierto, también habrá 5 voltios presentes en nuestro pin de entrada digital. Al cerrar el interruptor, se completa el circuito y terminaremos con cero voltios en el pin de entrada digital. La resistencia pull-up crea una pequeña cantidad de corriente, por lo que, al conmutar a tierra, terminamos con el voltaje cayendo a cero voltios. Si usamos una resistencia de 1k en una fuente de 5 voltios, reducimos el flujo de corriente a través del circuito a 0,005 amperios, lo que no es suficiente para causar ningún daño.
El otro uso principal de una resistencia pull-up es al usar un sensor de temperatura analógico. El sensor NPT de 1/8 de la imagen superior es un termistor de coeficiente de temperatura negativo. Este tipo de sensor solo tiene dos cables y ninguno genera voltaje, que es lo que la ECU necesita para determinar la temperatura. En cambio, el sensor cambia la resistencia con la temperatura; la ECU no puede detectar una diferencia de resistencia sin enviarle voltaje. Esto se realiza mediante la fuente de alimentación de 5 voltios y una resistencia pull-up. Al tener 5 voltios en el circuito, hemos cambiado de resistencia a un voltaje variable que la ECU puede interpretar. Nuevamente, la resistencia pull-up se utiliza para mantener baja la corriente en el circuito y evitar un cortocircuito a tierra.
Aquí puede ver el circuito del sensor de temperatura. Esencialmente, es igual al diagrama anterior, excepto que el interruptor se ha reemplazado por un sensor de temperatura del aire. En este caso, tenemos un sensor divisor de tensión, ya que ahora tenemos dos resistencias (la de pull-up y la del sensor de temperatura del aire) que controlan la corriente que fluye entre el pin de 5 voltios de la ECU y la tierra del lado opuesto. Esto significa que tendremos una tensión variable según la resistencia del termistor.
Arriba se muestra una tabla de calibración para el sensor NPT de 1/8 de Motorsport Electronics. Tenemos columnas para temperatura, resistencia y voltaje. El acceso a estos voltajes facilita mucho nuestro trabajo, pero los datos proporcionados no siempre son tan completos. Dado que muchas ECU no pueden introducir la resistencia directamente, en muchos casos tendríamos que calcular el voltaje nosotros mismos.
Cálculo del voltaje del sensor
Usando la ley de Ohm, una vez que conocemos el voltaje y la resistencia, podemos calcular el flujo de corriente en el circuito y, a partir de ahí, determinar el voltaje en la ECU. Esto se puede calcular en papel usando la fórmula V/IxR (voltaje dividido por corriente multiplicado por resistencia). Como ya sabemos que el voltaje es de 5 voltios y la resistencia es ???, ahora podemos calcular la corriente en el circuito. Para calcular la corriente a -20, necesitamos sumar la resistencia del sensor (72300 ohmios) a la resistencia de nuestra resistencia pull-up (1000 ohmios), ya que están en serie. Luego, introducimos nuestras lecturas en la fórmula para obtener 5/73300 (voltaje dividido por la resistencia total), lo que equivale a 0,00006821282 amperios. Ahora que tenemos la corriente, podemos calcular el voltaje a -20. Lo hacemos multiplicando la corriente por la resistencia en -20, lo que da como resultado 4,932 voltios.
La segunda forma, y quizás la más sencilla, de calcular esto es con Excel. Para configurarlo, necesitamos columnas para la temperatura, la resistencia, el voltaje y también el valor de la resistencia de pull-up. Luego, podemos hacer clic en la primera celda del valor de voltaje, escribir "=" seguido de 5 voltios, dividido entre (/) nuestra resistencia total. Para calcular la resistencia total, usamos un corchete abierto, luego seleccionamos el primer valor de resistencia, seguido del símbolo +, seleccionamos el valor de la resistencia de pull-up y finalmente el corchete cerrado. Esto calcula la corriente que circula por el circuito a una temperatura dada. Luego, debemos multiplicar esto por la resistencia a esa temperatura para obtener el voltaje. Esto debería ser como =5/(C3+C37)*C3.
Luego, podemos arrastrar esa fórmula hacia abajo para completar el resto de la tabla. Antes de hacerlo, asegúrese de colocar un símbolo $ a cada lado de la C en la sección de resistencia pull-up de la fórmula que se muestra en la parte superior de nuestra hoja de cálculo. Por ejemplo: $C$27. Esto corregirá el valor y evitará que se descontrole.
Como pueden ver, obtenemos los mismos valores que en la tabla de calibración. Fácil, ¿verdad? Si tenemos una tabla de calibración completa con voltaje incluido, obviamente no tendremos que hacerlo, pero aun así, es útil comprender cómo se obtuvieron estos valores.
Configuración de su ECU
Ahora que sabemos qué hace un sensor pull-up y dónde debe usarse, veamos cómo instalar uno de estos sensores de temperatura analógicos en una ECU. Aunque usaremos un enlace para demostrarlo, el principio es el mismo para todas las ECU de posventa. Tenemos cuatro entradas analógicas para sensor de temperatura y 12 entradas analógicas de voltaje. Lo que las diferencia en la mayoría de las ECU es que las entradas analógicas del sensor de temperatura se conectan directamente a un termistor de coeficiente de temperatura negativo, mientras que la entrada analógica de voltaje se conecta a un sensor que ya genera un voltaje variable. Las entradas analógicas del sensor de temperatura tienen una resistencia pull-up integrada en la ECU. Sin embargo, las entradas analógicas de voltaje no necesitan esto, ya que el sensor ya genera un voltaje variable.
[¿Necesita un ejemplo de imagen aquí?]
Al seleccionar nuestra entrada AN temp 1, podemos ajustar algunos parámetros. Entre ellos, se incluye si usamos la resistencia pull-up interna o una externa, así como el tipo de sensor. La mayoría de los sensores comunes tienen un sensor predefinido seleccionable; sin embargo, veamos cómo configurarlo nosotros mismos si es necesario.
Esto se puede hacer usando la tabla de calibración. Podemos cambiar las unidades de entrada a ohmios o voltios, así como configurar las unidades de temperatura, el punto de inicio y los incrementos. Luego, como se ve en la tabla anterior, simplemente ingresamos los datos de la hoja de datos de nuestro sensor y tendremos un sensor funcionando.
Para la mayoría de los sintonizadores, esto es lo máximo que necesitarán. Sin embargo, ¿qué debe hacer si se agotan las entradas analógicas de temperatura en el conector de la ECU y aún necesita agregar más sensores de temperatura? Afortunadamente, podemos reutilizar una entrada analógica de voltaje para permitir la adición de un sensor de temperatura. Para ello, necesitaremos conectar una resistencia pull-up externa a 5 voltios en el conector de la ECU, como ya vimos. Al igual que la última vez, tenemos la tabla CAL que usará. En este caso, al ser una entrada analógica de voltaje, deberá calibrarla en términos de voltaje.
Conclusión
Como puede ver, las resistencias pull-up no son muy complejas. Sin embargo, su sencillez no significa que pueda ignorar su funcionalidad. Son un componente esencial que vale la pena comprender: saber cuándo y cómo usarlas podría evitar cortocircuitos y posibles daños en la ECU.
