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Más seguridad para arquitecturas de sistemas eléctricos de 48 V

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Autor: Edgar Schäfer, Field Application Engineer Automotive Business Unit (ABU) de Rutronik

Cada vez un mayor número de vehículos está equipado con sistemas eléctricos de 12 y 48 V para poder operar con dispositivos de consumo “pequeños” y “grandes” de una manera eficiente. A la hora de garantizar la seguridad de la circuitería, Vishay ha desarrollado una tarjeta de fusible electrónico (eFuse) inteligente de alto rendimiento y baja pérdida.

Debido a la integración del sistema eléctrico de 48 V y del estándar de 48 V en vehículos híbridos ligeros, también hay que volver a evaluar la protección ante las sobrecargas o los cortocircuitos porque se requiere una mayor distancia entre los contactos de relé a 48 V (tensión de alimentación) en lugar de a 12 V, con la misión de extinguir el arco voltaico que se produce cuando se activa el relé de protección.  Esto se traduce en un retraso en el apagado y un desgaste más rápido de los contactos.

Por lo tanto, los relés de 48 V convencionales son sustituidos por los eFuses, que se basan en semiconductores y no tienen contactos cuyo desgaste esté relacionado fundamentalmente con los dispositivos de conmutación. Así se consigue aumentar la vida útil. Además, gracias a su comportamiento de conmutación más rápido, capacidades de diagnóstico y menores tolerancias, se garantiza una seguridad significativamente mayor.

Vishay ha desarrollado un eFuse inteligente que está diseñado para conmutar cargas continuamente de hasta 200 A a 48 V. La corriente máxima se puede establecer entre 1 y 200 A. Si se supera el valor definido, el fusible electrónico conmuta en 1 µs. A diferencia de un fusible convencional, el eFuse se puede reiniciar, lo que implica que ya no resulta necesario reemplazarlo tras activarse.

mosfet compactos
Figura 1. Los MOSFET compactos SQJQ160E de Vishay permiten una operación eficiente del eFuse inteligente, debido a su resistencia de encendido de la fuente de
drenaje extremadamente baja.

Incluso con una capacidad de conmutación de 200 A, su pérdida de potencia se sitúa por debajo de 14 W. En otras palabras, la refrigeración pasiva es suficiente con una temperatura ambiente de hasta 100 °C. Sólo se demanda refrigeración activa con temperaturas superiores.

Comportamiento de encendido de dos fases

El eFuse inteligente opera con un proceso de encendido de dos fases. Primero se realiza un test de cortocircuito. Durante esta prueba, se aplica un pulso de 13 µs a través de una resistencia conectada en serie. Si la tensión de salida se encuentra un 10 por ciento por debajo de la tensión de entrada, se da por sentado que hay un cortocircuito y el fusible electrónico vuelve a apagarse. Sin embargo, si la tensión de salida es un 10 por ciento superior a la tensión de entrada, se lleva a cabo la segunda fase, también conocida como precarga.

Para impedir la corriente excesiva causada por los componentes capacitivos en el lado de los dispositivos de consumo cuando se activa el eFuse, los compone

efuse sector automovil

ntes se precargan mediante una resistencia serie hasta que la tensión de salida corresponda al 85 por ciento de la tensión de entrada.

Una vez alcanzado este valor, el eFuse se apaga.

Principales componentes del eFuse inteligente

En el núcleo del eFuse inteligente se encuentran veinte MOSFET SQJQ160E de canal-N de Vishay, que se fundamentan en la última tecnología TrenchFET Gen-IV, con una RDSon de sólo 0,8 mΩ. Como MOSFET bidireccionales, evitan el flujo de corriente inversa cuando el fusible electrónico se apaga. Se presentan en un encapsulado compacto PowerPAK-8x8L y opera con fiabilidad en el rango de temperatura de -55 a +175 °C.

La mínima pérdida de potencia se asegura por el alto número de MOSFET conectados en paralelo con una RDSon total de 0,3 mΩ. La temperatura de los MOSFET nunca sube más allá de 65 °C por encima de la temperatura ambiente.

La resistencia shunt WSLP3921L3000FEA de Vishay permite una medida de corriente precisa con muy poca pérdida de potencia, garantizando un cierre de fusible seguro. Su certificación AEC-Q200 y una precisión del 1 por ciento con una resistencia de 0,0003 Ω hace que el WSLP3921L3000FEA sea ideal en aplicaciones de seguridad.

La monitorización de temperatura de la tarjeta también contribuye a incrementar el nivel de seguridad. Esta función se implementa con el termistor NTC NTCS0805E3103JMT de Vishay, que también posee el certificado AEC-Q 200 y tiene una resistencia de 10 kΩ con una tolerancia de desviación del 5 por ciento.

Los componentes se ubican en una tarjeta FR4 (retardante de la llama) de doble cara que mide 125 × 60 mm. El eFuse inteligente se puede controlar a través de los elementos de control en la propia placa y vía un microcontrolador externo o un interruptor mecánico. El consumo de la tarjeta se sitúa en 53 mA cuando el fusible electrónico se desactiva y 95 mA cuando está “conduciendo”.

Con todas estas características, el eFuse inteligente de Vishay respalda los conceptos de circuitería moderna y, por ende, allana el camino al desarrollo de vehículos orientados al futuro.