Un codificador incremental informa del movimiento como pulsos; el controlador debe contarlos y, tras cada ciclo de alimentación, restablecer la posición mediante una referencia (homing). Un codificador absoluto elimina esa fragilidad: entrega una palabra de posición única en el instante en que se enciende, sin movimiento de referencia. Dentro de una revolución, la pista monovuelta suministra esa palabra; a lo largo de muchas revoluciones, una etapa multivuelta debe recordar cuántas veces ha girado el eje incluso mientras la máquina y su rail de 24 V están apagados. Ese único requisito — conservar un contador de revoluciones durante meses o años sin alimentación principal — explica por qué toda una clase de codificadores multivuelta lleva una fuente de respaldo interna y por qué su arquitectura de alimentación se divide en dos dominios muy distintos. Este primer artículo sobre el respaldo de níquel-hidruro metálico para codificadores absolutos explica el principio de funcionamiento y el perfil de carga resultante: el dominio activo, donde un ASIC de codificador magnético u óptico y una interfaz de línea SSI, BiSS-C o EnDat consumen decenas de miliamperios de una alimentación de 5 V o de 10 a 30 V; y el dominio de retención, donde un contador de baja potencia debe mantenerse vivo con microamperios de una celda de respaldo mediante un conmutador de alimentación automático y sin glitches. Dispositivos reales anclan las cifras: chips de codificador magnético que abarcan de 3,0 a 5,5 V con conmutación integrada a una batería de respaldo y banderas de error para batería baja, sobrevelocidad y CRC; módulos magnéticos compactos con resolución monovuelta de 12 bits y multivuelta de 16 bits; y codificadores industriales clasificados a 12.000 rpm y de menos 40 a 100 grados C, antes de que los artículos posteriores pasen a la selección y cualificación de la fuente.
La pista monovuelta resuelve el ángulo dentro de una revolución del eje: 12 bits dan 4.096 pasos; los codificadores ópticos o magnéticos de gama alta amplían la resolución monovuelta hasta 17 bits. La etapa multivuelta cuenta revoluciones, comúnmente de 12 a 16 bits y, en codificadores ópticos premium, hasta 29 bits combinados. Concatenados, los dos valores forman una palabra de posición absoluta válida inmediatamente después del encendido, de modo que un eje accionado, un polipasto de grúa o una mesa giratoria saben exactamente dónde están sin desplazarse hasta un interruptor de referencia.
Mientras el codificador está alimentado, contar revoluciones es trivial; la dificultad es que el eje puede seguir girándose — a mano, por gravedad, durante el mantenimiento — mientras el sistema de control está apagado. Lo que retiene el conteo multivuelta durante ese intervalo define la arquitectura de memoria del codificador: un contador electrónico con búfer de batería, una etapa de recolección de energía que genera su propio pulso de conteo a partir de la rotación, o un tren de engranajes mecánico físico. Este artículo se centra en el primero, el diseño con búfer de batería que aún domina los catálogos convencionales de servo y automatización.
En funcionamiento normal, el codificador toma su corriente activa del controlador: los módulos magnéticos publicados especifican una alimentación de 4,5 a 5,5 V con una corriente en vacío del orden de decenas de miliamperios (un módulo BiSS-C compacto cita unos 70 mA en vacío), mientras que los codificadores de entrada amplia aceptan de 10 a 30 V CC y consumen menos a la tensión más alta porque la regulación interna es más eficiente. La interfaz — reloj y datos SSI, BiSS-C, EnDat o un driver de línea RS-422 — añade carga solo cuando está recibiendo reloj.
Cuando desaparece la alimentación externa, un conmutador interno transfiere el contador multivuelta y su frente de detección de baja potencia a la fuente de respaldo, donde la corriente cae al rango de microamperios necesario solo para detectar rotación lenta e incrementar registros de conteo no volátiles o retenidos. La primera figura animada estratifica estos dominios funcionales; la segunda contrasta los regímenes de miliamperio activo y microamperio de retención a lo largo de ciclos de alimentación repetidos, ilustrando por qué el dimensionado de respaldo lo dominan no la energía en marcha, sino la autodescarga en reposo y la corriente de retención a lo largo de años.
Los chips modernos de codificador magnético integran la arquitectura de alimentación en lugar de dejarla a diodos discretos. Un dispositivo representativo funciona de 3,0 a 5,5 V, incluye conmutación de alimentación integrada a una batería de respaldo, emite datos multivuelta y monovuelta sincronizados por SSI con bits de error, paridad y sincronización, y activa una salida de error en caso de sobrevelocidad, batería baja o fallo de CRC. Integrar la ruta de potencia elimina la caída de tensión y la incertidumbre de un diodo OR externo y garantiza que no se pierda ninguna revolución en los milisegundos en que el rail principal colapsa y el respaldo toma el relevo.
Ese cambio tiene un aspecto de tiempo real estricto: si un eje apagado se gira más rápido de lo que el frente de retención puede contar con su mínima corriente de respaldo, el conteo se vuelve ambiguo; de ahí la bandera explícita de error de sobrevelocidad. Los diseñadores deben, por tanto, ajustar la tensión y la corriente disponible de la fuente de respaldo a la ventana de respaldo especificada del chip (una familia permite un respaldo de 3 a 5,5 V) y tratar el aviso de batería baja como una señal de mantenimiento planificado, no como una alarma que ignorar hasta perder la posición.
SSI sigue siendo la interfaz reloj/datos punto a punto robusta más simple; BiSS-C añade una comunicación digital bidireccional más rápida; EnDat y las variantes de fieldbus propietarias transportan posición más diagnóstico, incluido el estado de salud del propio respaldo del codificador. Resolución y velocidad suben juntas (los módulos compactos alcanzan reloj SSI de 2 MHz y 12.000 rpm), pero la corriente de interfaz solo está activa cuando el controlador clocka el codificador, por lo que pertenece por completo al dominio alimentado y no drena el respaldo.
El canal de diagnóstico es precisamente lo que hace valiosa a una fuente de respaldo gestionada: en lugar de descubrir un respaldo muerto tras perder la posición de origen, el controlador puede leer la bandera de batería baja por BiSS-C o EnDat durante el funcionamiento normal y programar la sustitución o recarga antes de que el conteo multivuelta esté en riesgo. Esto convierte una pila tipo botón invisible y propensa a fallos en un elemento monitorizado y predecible del plan de mantenimiento.
Las comparaciones independientes de arquitecturas multivuelta son francas sobre la debilidad del diseño con búfer de batería: solo retiene la posición mientras su celda interna mantenga la carga —típicamente de tres a diez años por elemento para una pila de litio primaria— y, al agotarse esa celda, el codificador sufre una pérdida total de posición y debe volver a referenciarse. Los diseños de recolección de energía (Wiegand) eliminan la celda externa generando energía de conteo a partir de la rotación del eje, pero no pueden contar la primera fracción de vuelta tras un apagado largo y su condensador de almacenamiento envejece en una escala de aproximadamente una década; los trenes de engranajes mecánicos evitan la electrónica pero introducen engranajes que se desgastan.
Entender este modo de fallo enmarca correctamente el problema de diseño de la batería. La fuente de respaldo no es una batería de tracción miniatura que entrega trabajo; es un depósito de retención de larga vida y corriente ultrabaja cuyo peor enemigo es la autodescarga y cuya salida requerida es una corriente garantizada a nivel de microamperios a la temperatura nominal más baja, con margen de aviso suficiente para evitar una referenciación no planificada.
El análisis produce una especificación por capas para la fuente de respaldo: una tensión ajustada al pin de respaldo del chip del codificador con una conmutación limpia y sin glitches; un presupuesto de corriente de retención en el régimen de microamperios sostenido durante el intervalo sin alimentación requerido; funcionamiento en todo el rango de temperatura del codificador, que en los codificadores magnéticos industriales llega de menos 40 a 100 grados C; un diagnóstico legible de batería baja; y una estrategia de servicio definida que evite la pérdida total silenciosa de posición. El segundo artículo convierte estos requisitos en una selección concreta de fuente, comparando un respaldo de níquel-hidruro metálico recargable con litio primario, un condensador y recolección de energía; el tercero traza la evidencia de EMC, ambiental y de normativa de baterías que el proveedor del codificador debe reunir.
Tratar la memoria multivuelta como un problema de diseño de doble alimentación — en lugar de como «añadir una pila tipo botón» — es lo que separa a un codificador que arranca en una posición correcta tras años de servicio intermitente de uno que obliga a un movimiento de referencia no planificado, a veces peligroso.
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