Los nuevos componentes utilizan tecnología y materiales innovadores para impulsar los EV, 5G y aplicaciones más sofisticadas hacia el uso generalizado.
La electrónica de potencia está evolucionando a un ritmo acelerado hacia aplicaciones de grado automotriz con sólidas calificaciones AEC-Q100 y AEC-Q101. Al analizar varios componentes, incluidos los recientemente anunciados en APEC, tres fases concurrentes principales parecen claras en el diseño de potencia automotriz.
Una fase ya está en camino. Los mecanismos de control mecánico, como la hidráulica, están siendo reemplazados por el control electrónico. Una segunda fase es la IA y la conducción autónoma. 5G admitirá la comunicación punto a punto, permitiendo que los vehículos se comuniquen entre sí y con señales de tráfico sin la latencia impuesta por la necesidad de 4G de comunicarse directamente a través de la nube.
Los requisitos para estas dos fases abarcan muchos voltajes, con diferentes capacidades de corriente, y deben estar disponibles en ubicaciones en todos los vehículos. Para satisfacer esta amplia gama de necesidades, los diseñadores han desarrollado dispositivos de conversión de voltaje que pueden alimentarse directamente desde la batería del vehículo o desde fuentes de CC derivadas de la batería.
Los convertidores Buck son dispositivos altamente eficientes diseñados para proporcionar una fuente de alimentación de voltaje más bajo desde una entrada de voltaje más alto, y son una opción común para aplicaciones automotrices.
El LM5164 de Texas Instrument está diseñado para funcionar con entradas que van de 6.0 V a 100.0 V y para proporcionar salidas de 1.2 V a 50 V.
En esta área competitiva de desarrollo de dispositivos, Murata diseñó su altamente eficiente regulador de plata MYMGA1R86RELC2RA para aplicaciones automotrices, que cuenta con un rango de voltaje de entrada de 5.5V a 14.4V y una salida programable de 0.7V a 1.8V a 6 amperios.
Pero, la fase más desafiante, desde el punto de vista del ingeniero de potencia, es cargar la batería del vehículo completamente eléctrico.
Según un informe reciente de Infineon, una fuente de energía que puede suministrar 22 kW puede cargar un vehículo eléctrico (EV) hasta el punto en que puede viajar 200 km en 120 minutos. Ese tiempo se puede reducir a aproximadamente 16 minutos al proporcionar 150 kW, y a aproximadamente siete minutos con una carga de 350 kW.
A continuación se muestra un diagrama básico para el sistema de carga. El EV y el cargador intercambian información sobre las características específicas de la batería, y el convertidor dc-dc suministra el voltaje correcto y el perfil de corriente. Por supuesto, las baterías de iones de litio requieren un monitoreo muy cuidadoso, por lo que la gestión de las baterías a bordo, como se ilustra en la parte inferior del diagrama, es obligatoria.
La mayoría de los usuarios no estarán dispuestos a esperar 120 minutos por un cargo en una estación de "gasolinería", pero siete minutos están dentro del ámbito de la tolerancia. Sin embargo, los 350 kW requeridos para esa breve demora son una enorme cantidad de electricidad, lo que plantea los problemas relacionados entre sí de la eficiencia y el calor residual.
Recientemente demostrado en APEC, la serie SCT3xxxxxHR de MOSFET de carburo de silicio (SiC) de ROHM son dispositivos cerrados que controlan la transferencia de energía.
Para un dispositivo de 650 voltios, la resistencia entre la compuerta y la fuente es de tan solo 17 miliohmios, lo que significa que aquí, solo se desperdician unos 11 vatios y se convierten en calor destructivo.
Los MOSFET de SiC son un campo muy competitivo y, aparte de los dispositivos mencionados al final del artículo anterior, también está el NVHL080N120SC1 de ON Semiconductor, un MOSFET SC de 1200 V que cuenta con una resistencia mínima de 80 mΩ entre el drenaje y la fuente. Al igual que con todos los dispositivos electrónicos, hay muchas advertencias, por lo que los ingenieros de potencia definitivamente tendrán que hacer su tarea antes de configurar un dispositivo para su aplicación particular.
350 kilovatios por doscientos millones de EVs? Eso requeriría un aumento inimaginable de la capacidad de la red eléctrica de la nación. Y se necesitaría una nueva red de líneas de distribución de energía que cruzan América del Norte, sin mencionar los fondos para instalar decenas de miles de estaciones de carga.
Los problemas de infraestructura inherentes a la conversión a vehículos eléctricos pueden ser más desalentadores que desarrollar los propios vehículos.
¿Ha notado alguna otra tendencia en aplicaciones de potencia automotriz? ¿Cuál es su opinión sobre la relación de la infraestructura con los avances de vehículos? Comparte tus conocimientos en los comentarios a continuación.
Imagen destacada por cortesía de Infineon.
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