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Funciones innovadoras en transistores de potencia inteligentes

STMicroelectronics ha lanzado al mercado una nueva gama de highside drivers, que ya está siendo producida en grandes cantidades. Rutronik también trabaja con estos contralores – porque al contar con funciones innovadoras ofrecen una solución genuina con múltiples ventajas competitivas.

Las unidades de control electrónico – centralitas han sido durante años un elemento esencial para la llegada de mejoras en confort, seguridad y compatibilidad en el sector de la automoción. También se están imponiendo en nuevos campos de aplicación, como tecnologías de asistencia y funciones de entretenimiento y conexión (networking). Los transistores de potencia con funciones integradas de seguridad y diagnóstico han estado en uso desde la década de los ’80 como reemplazo de relés mecánicos, y su utilización no ha dejado de crecer desde entonces. Se pueden desplegar en prácticamente cualquier consumer o actuador eléctrico empleado en la industria del automóvil. Desde su lanzamiento al mercado, la gama de productos VIPower de STMicroelectronics ha experimentado varias fases de evolución tecnológica, en el transcurso de un proceso en el que las estructuras de silicio han reducido su tamaño considerablemente. Esto no sólo ha permitido la llegada de transmisores cada vez más potentes y compactos, sino también una mejora de los mecanismos de seguridad y las funciones de diagnóstico. STMicroelectronics ahora ofrece una nueva familia de productos de high-side driver, basados en la actual tecnología VIPower M0-7, que fue desarrollada y certificada para cumplir los estrictos requerimientos del sector de la automoción. Como consecuencia, los nuevos controladores aportan funciones innovadoras y avances sutiles, entre los que se encuentran corrientes en standby lo más bajas posibles y gestión optimizada de emisiones.

Estructura de un Switch de Potencia VIPower

La principal característica de diseño de los productos VIPower se encuentra en los transistores de potencia verticales en combinación con estructuras analógicas y lógicas planas, como un IC monolítico o como una solución híbrida con dos o tres chips. Las elevadas corrientes de salida de hasta 100 A suelen ser conducidas a los pines mediante conexiones bond wires de aluminio o cobre. A su vez, las variantes PowerSSO o DPAK-esque, como HPAK u Octapak, se emplean como cubiertas. A la hora de liberar el calor generado por la disipación de potencia, disponen de las pestañas (tabs) del heatsink en la base del encapsulado, donde los chips se sueldan. La presencia de menores corrientes o disipación relativamente baja contribuye al uso de cubiertas plásticas SO y SOT de bajo coste.

Escalabilidad y flexibilidad

La gama VIPower M0-7 de highside drivers posee un switch adecuado para la práctica totalidad de consumers eléctricos en el automóvil, cubriendo todo el espectro de necesidades a la hora de controlar cargas, resistivas e inductivas. Con su extensa compatibilidad de pin – no sólo para controladores con un número idéntico de salidas, sino también para drivers sencillos y duales en un encapsulado PowerSSO-16 compacto – ofrece mejoras en escalabilidad y flexibilidad. Los requerimientos de espacio para el PowerSSO-16 son similares a los de un SO-8, lo que se corresponde con una disminución del 50–75% con respecto a la tecnología previa.

Diagnóstico por Multi- Sensado

La medición de corriente analógica del M0-7 high-side driver, también conocida como Sensado de Corriente (Current Sense), permite un cálculo preciso de la corriente de carga en un amplio rango, desde valores extremadamente bajos (de 10 mA). El gran beneficio de Current Sense reside en su capacidad de monitorizar la(s) carga(s) conectadas y detectar límites de carga. Las sobrecargas, causadas por cortocircuitos en la salida o un triggering de la potencia integrada o limitador de corriente que protege el propio controlador, se señalan por medio de una marca digital (flag) en el pin MultiSense del driver. En este caso, el controlador high-side conmuta desde una fuente de alimentación analógica a un nivel de tensión de 5.5 V (señal VsenseH), haciendo posible que el microcontrolador diagnostique la sobrecarga y desactive el driver sin demora. Aparte de Current Sense, los M0-7 high-side drivers también dotan de otras nuevas opciones de diagnóstico, concretamente de mediciones de la fuente de alimentación local (Vcc Sense) y de la temperatura de chip (Tchip Sense). Esto se logra al ofrecer dichas señales Sense en el mismo pin, que es lo que provoca el pin MultiSense. La señal deseada (CS, Vcc Sense o Tchip Sense) la puede seleccionar el microcontrolador utilizando el multiplexor Sense integrado en el driver. Un Sense permite al pin activar las funciones de diagnóstico o cambiar todo el bloque de sensado a Hi-Z con el objetivo de reducir el consumo de energía. Esto se puede usar para medir con precisión la salida de potencia utilizando medición de Vcc o corriente, por ejemplo. La función de detección de temperatura de chip también se puede emplear a la hora de descubrir sobrecargas donde se producen los ciclos PWM de menor tamaño, cuando el tiempo de trigger de la salida es más corto que el tiempo de ajuste (settling) de la medición de corriente analógica. La estructura del boque Sense también proporciona la opción de guardar los pines de entrada de microcontrolador al disponer de varios drivers M0-7 en un sistema que comparten una línea y la resistencia de Sense. Todo esto es posible por el Sense Enable, si sólo se seleccionan las funciones de diagnóstico de un driver.

Restauración de Fallos (Fault Reset)

Para proteger el high-side driver y garantizar el cumplimiento de un estándar definido de robustez, durante muchos años se han incorporado mecanismos como limitadores de potencia y corriente y otros dispositivos de limitación de sobrecalentamiento. Los controladores high-side M0-7 también ofrecen a los usuarios los medios para configurar su reacción a las sobrecargas. Esto se logra usando el pin FaultRST. Un logical LOW en el pin FaultRST hace que los drivers reaccionen con ciclos térmicos bajo sobrecarga, con la corriente limitada activamente en dos fases, ayudando a controlar la salida térmica de la disipación de potencia que, a su vez, incrementa la vida de servicio de los controladores y mejora la robustez. Los drivers también cortan el suministro cuando se alcanza un determinado límite de sobrecalentamiento. Un logical HIGH en el pin FaultRST, sin embargo, se puede emplear para configurar los high-side drivers a la hora de “cerrar”, lo que implica que cortarán el suministro tras el mero uso del limitador de potencia. Este limitador restringe los gradientes térmicos en el IC para prevenir un estrés termo-mecánico excesivo y un envejecimiento prematuro de los componentes. Después de la desactivación, el driver permanece inicialmente “cerrado” para permitir que el microcontrolador diagnostique la causa de la sobrecarga. Un brief LOW en el pin FaultRST “despierta” de nuevo el controlador y facilita su reactivación. Esto también es posible durante la operación normal, logrando que el usuario combine los beneficios de “auto-restart” con los de “latching off”. Por ejemplo, al activar una carga con una corriente que empieza, el driver M0-7 se puede configurar con auto-restart para activar la carga y soportarla. Tras un arranque frío, es posible configurar el cierre, con el consiguiente corte de suministro tras sobrecarga – causada, por ejemplo, por un cortocircuito “fuerte” – hasta que el sistema detecta dicha sobrecarga. Estos mecanismos permiten que el usuario ponga en funcionamiento los consumers de alta potencia en un periodo de tiempo definido y reaccione de forma flexible ante los escenarios de sobrecarga, garantizando así que el driver de salida tiene una vida de servicio óptima y mantiene la fiabilidad y la robustez.

Gestión de Caída de Tensión de Batería

Otra de las grandes ventajas de la gana M0-7 de drivers es su excelente rendimiento en la gestión de caída de tensión de batería. Las mayores caídas de voltaje se producen en los procesos de arranque, durante los cuales la tensión de batería baja significativamente. Los drivers highside estándares cortarán el suministro como consecuencia de una baja tensión con voltajes de hasta 4.5 V. Por otro lado, los modelos M0-7 operan de forma estándar con tensiones de hasta 4 V, con el VND7050AJ12 y el VND7140AJ12 soportando, incluso, hasta 2.85 V. En consecuencia, estos dos tipos superan los requisitos de normativas relevantes como LV124 e ISO16750- 2. También resultan ideales para cualquier carga que tenga que permanecer ininterrumpida durante el arranque, por ejemplo, un relé de estárter. Los usuarios interesados pueden obtener kits de muestra y tarjetas de test de Rutronik, así como cualquier tipo de ayuda útil y otras soluciones, como la herramienta de simulación TwisterSIM para evaluar el rendimiento de los componentes.


Etiquetas
transistor de potencia; transistores electronica; electronica transistores; transistores de potencia


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