Um codificador incremental reporta o movimento como impulsos; o controlador tem de os contar e, após cada ciclo de alimentação, restabelecer a posição por referenciação (homing). Um codificador absoluto remove essa fragilidade: emite uma palavra de posição única no instante em que é ligado, sem movimento de referência. Numa volta, a faixa monovolta fornece essa palavra; ao longo de muitas voltas, um estágio multivolta tem de lembrar quantas vezes o eixo rodou mesmo com a máquina e o seu rail de 24 V desligados. Este único requisito — reter uma contagem de voltas durante meses ou anos sem a alimentação principal — explica por que toda uma classe de codificadores multivolta transporta uma fonte de reserva interna e por que a sua arquitetura de alimentação se divide em dois domínios muito diferentes. Este primeiro artigo sobre a reserva de níquel-hidreto metálico para codificadores absolutos explica o princípio de funcionamento e o perfil de carga resultante: o domínio ativo, onde um ASIC de codificador magnético ou ótico e uma interface de linha SSI, BiSS-C ou EnDat consomem algumas dezenas de miliamperes de uma alimentação de 5 V ou de 10 a 30 V; e o domínio de retenção, onde um contador de baixa potência tem de ser mantido vivo em microamperes a partir de uma célula de reserva através de um comutador automático e sem glitches. Dispositivos reais ancoram os números — chips de codificador magnético que cobrem 3,0 a 5,5 V com comutação integrada para uma bateria de reserva e sinalizadores de erro para bateria fraca, sobrevelocidade e CRC; módulos magnéticos compactos com resolução monovolta de 12 bits e multivolta de 16 bits; e codificadores industriais classificados a 12.000 rpm e de menos 40 a 100 graus C — antes de os artigos posteriores passarem à seleção e qualificação da fonte.
A faixa monovolta resolve o ângulo dentro de uma volta do eixo — 12 bits dão 4.096 passos, codificadores óticos ou magnéticos de topo estendem a resolução monovolta até 17 bits. O estágio multivolta conta as voltas, geralmente 12 a 16 bits e, em codificadores óticos premium, até 29 bits combinados. Concatenados, os dois valores formam uma palavra de posição absoluta válida imediatamente após o arranque, de modo que um eixo acionado, um guincho de grua ou uma mesa rotativa sabem exatamente onde estão sem se deslocar até um interruptor de referência.
Enquanto o codificador está alimentado, contar voltas é trivial; a dificuldade é que o eixo ainda pode ser rodado — à mão, por gravidade, durante a manutenção — enquanto o sistema de controlo está desligado. O que retém a contagem multivolta durante esse intervalo define a arquitetura de memória do codificador: um contador eletrónico com buffer de bateria, um estágio de recolha de energia que gera o seu próprio impulso de contagem a partir da rotação, ou um trem de engrenagens mecânico físico. Este artigo centra-se no primeiro, o projeto com buffer de bateria que ainda domina os catálogos convencionais de servo e automação.
Em funcionamento normal, o codificador retira a sua corrente ativa do controlador: os módulos magnéticos publicados especificam uma alimentação de 4,5 a 5,5 V com uma corrente em vazio da ordem de algumas dezenas de miliamperes (um módulo BiSS-C compacto cita cerca de 70 mA sem carga), enquanto os codificadores de entrada larga aceitam 10 a 30 V CC e consomem menos corrente à tensão mais elevada porque a regulação interna é mais eficiente. A interface — clock e dados SSI, BiSS-C, EnDat ou um line driver RS-422 — adiciona carga apenas quando é clockada.
Quando a alimentação externa desaparece, um comutador interno transfere o contador multivolta e a sua frente de deteção de baixa potência para a fonte de reserva, onde a corrente cai para a gama dos microamperes, necessária apenas para detetar rotação lenta e incrementar registos de contagem não voláteis ou retidos. A primeira figura animada sobrepõe estes domínios funcionais; a segunda contrasta os regimes de miliampere ativo e microampere de retenção ao longo de ciclos de alimentação repetidos, ilustrando por que o dimensionamento da reserva é dominado não pela energia em funcionamento, mas pela autodescarga em repouso e pela corrente de retenção ao longo de anos.
Os chips modernos de codificador magnético integram a arquitetura de alimentação em vez de a deixar para díodos discretos. Um dispositivo representativo opera de 3,0 a 5,5 V, inclui comutação de alimentação integrada para uma bateria de reserva, emite dados multivolta e monovolta sincronizados por SSI com bits de erro, paridade e sincronização, e aciona uma saída de erro em caso de sobrevelocidade, bateria fraca ou falha de CRC. Integrar o caminho de potência elimina a queda de tensão e a incerteza de um OU de díodos externo e garante que nenhuma volta seja perdida nos milissegundos em que o rail principal colapsa e a reserva assume.
Essa comutação tem um aspeto de tempo real rigoroso: se um eixo desligado for rodado mais depressa do que a frente de retenção consegue contar com a sua ínfima corrente de reserva, a contagem torna-se ambígua — daí o sinalizador explícito de erro de sobrevelocidade. Os projetistas devem, por isso, casar a tensão e a corrente disponível da fonte de reserva com a janela de reserva especificada do chip (uma família permite uma reserva de 3 a 5,5 V) e tratar o aviso de bateria fraca como um sinal de manutenção planeada, e não como um alarme a ignorar até se perder a posição.
SSI continua a ser a interface relógio/dados ponto-a-ponto robusta mais simples; BiSS-C acrescenta comunicação digital bidirecional mais rápida; EnDat e as variantes proprietárias de fieldbus transportam posição mais diagnóstico, incluindo o estado de saúde da própria reserva do codificador. Resolução e velocidade sobem em conjunto — os módulos compactos atingem clock SSI de 2 MHz e 12.000 rpm — mas a corrente de interface só está ativa quando o controlador clocka o codificador, por isso pertence inteiramente ao domínio alimentado e não drena a reserva.
O canal de diagnóstico é precisamente o que torna valiosa uma fonte de reserva gerida: em vez de descobrir uma reserva morta após perder a posição de referência, o controlador pode ler o sinalizador de bateria fraca por BiSS-C ou EnDat durante o funcionamento normal e agendar a substituição ou recarga antes que a contagem multivolta corra risco. Isto converte uma pilha tipo botão invisível e propensa a falhas num elemento monitorizado e previsível do plano de manutenção.
Comparações independentes de arquiteturas multivolta são diretas sobre a fraqueza do projeto com buffer de bateria: ele só retém a posição enquanto a sua célula interna mantém a carga — tipicamente três a dez anos por elemento para uma pilha de lítio primária — e, quando essa célula se esgota, o codificador sofre perda total de posição e tem de ser referenciado de novo. Projetos de recolha de energia (Wiegand) removem a célula externa gerando energia de contagem a partir da rotação do eixo, mas não conseguem contar a primeira fração de volta após um longo desligamento e o seu capacitor de armazenamento envelhece numa escala de cerca de uma década; trens de engrenagens mecânicos evitam a eletrónica mas introduzem engrenagens que se desgastam.
Compreender este modo de falha enquadra corretamente o problema de projeto da bateria. A fonte de reserva não é uma bateria de tração em miniatura que entrega trabalho; é um reservatório de retenção de longa vida e corrente ultrabaixa cujo pior inimigo é a autodescarga e cuja saída exigida é uma corrente garantida ao nível de microampere à temperatura nominal mais baixa, com margem de aviso suficiente para evitar uma referenciação não planeada.
A análise resulta numa especificação em camadas para a fonte de reserva: uma tensão ajustada ao pino de reserva do chip do codificador com uma comutação limpa e sem glitches; um orçamento de corrente de retenção no regime de microampere sustentado durante o intervalo sem alimentação exigido; operação ao longo de toda a gama de temperatura do codificador, que nos codificadores magnéticos industriais vai de menos 40 a 100 graus C; um diagnóstico legível de bateria fraca; e uma estratégia de serviço definida que evite a perda total silenciosa de posição. O segundo artigo transforma estes requisitos numa escolha concreta de fonte, comparando uma reserva recarregável de níquel-hidreto metálico com lítio primário, um capacitor e recolha de energia; o terceiro mapeia a evidência de EMC, ambiental e de normas de baterias que o fornecedor do codificador tem de reunir.
Tratar a memória multivolta como um problema de projeto de dupla alimentação — em vez de como «adicionar uma pilha tipo botão» — é o que separa um codificador que arranca na posição correta após anos de serviço intermitente de um que força um movimento de referência não planeado, por vezes perigoso.
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