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El creciente deseo de vehículos más ecológicos ha llevado a la electrificación de muchos aspectos de los automóviles. El diseño de la fuente de alimentación en automóviles es particularmente desafiante para los ingenieros, ya que la batería de un automóvil generalmente tendrá un voltaje nominal, de 12 V a 13.5 V. Sin embargo, debido a descargas de carga, transitorios, cargas inductivas y condiciones de arranque, el voltaje de la batería puede variar de -75 V a +50 V.

Ejemplo de fluctuaciones y causas del voltaje de la batería del automóvil. Imagen utilizada por cortesía de Diodes Incorporated

A medida que avanzan los vehículos eléctricos, también aumenta el número de componentes eléctricos con polarización única en el vehículo. A fin de cuentas, la necesidad de sistemas de suministro de energía de alta calidad se ha convertido en primordial en los automóviles.

Los fundamentos de un regulador lineal

Si bien existen muchos tipos de arquitecturas de fuentes de alimentación bien estudiadas, una de las más fundamentales es el regulador lineal. Un regulador lineal es una arquitectura de fuente de alimentación que, en su núcleo, consiste en una red divisoria resistiva, un transistor de paso, un amplificador de error y condensadores para la estabilización.
Un voltaje de la red divisoria se alimenta al amplificador de error y se compara con un voltaje de referencia deseado. Este amplificador controlará un transistor de paso, que pasará a través de un voltaje mayor o permanecerá cerrado si es necesario. De esta manera, mantiene el voltaje de salida regulado dentro de cierto grado de fluctuación a un voltaje de referencia. Los condensadores de entrada y salida se utilizan para estabilizar el voltaje y reducir la ondulación.

Ejemplo de diagrama de circuito regulador lineal. Imagen utilizada por cortesía de Marty Brown

Los reguladores lineales ofrecen grandes ventajas, como la simplicidad y el área pequeña, especialmente considerando que los componentes grandes como los inductores no son parte de la arquitectura. Por otro lado, los reguladores lineales no son energéticamente eficientes. La utilización de una red divisoria resistiva desperdicia mucha energía en forma de calor a través de las resistencias. Por estas razones, los ingenieros a veces prefieren utilizar arquitecturas más eficientes energéticamente, como los reguladores de conmutación.

ROHM lanza nueva tecnología de suministro de energía

Uno de los objetivos para los diseñadores de fuentes de alimentación en la industria automotriz es minimizar el tamaño del circuito y la carga de diseño. ROHM Semiconductor lanzó recientemente noticias de su nueva tecnología de suministro de energía Nano Cap con exactamente este objetivo en mente.
Históricamente, un circuito que consiste en un regulador lineal y una MCU requiere un condensador de 1 uF en la salida del regulador lineal para minimizar la ondulación y un condensador de desacoplamiento de 100 nF en la entrada de la MCU. El lanzamiento más reciente de ROHM afirma que elimina la necesidad del condensador de 1 uF en la salida del regulador y aún así asegura un funcionamiento estable.

¿Qué tan bien funciona?

Según ROHM, la utilización de la tecnología Nano Cap mantiene las fluctuaciones de voltaje pico del regulador en ± 3.6% incluso sin el condensador de 1 uF. Esto es impresionantemente bajo: específicamente, está ± 1.4% por debajo del requerimiento de la industria de ± 5% de fluctuación. Estos resultados se logran con 1/10 de la capacitancia requerida, lo que hace que estos resultados sean muy notables.

Gráfico que muestra las ventajas de la tecnología Nano Cap. Imagen utilizada por cortesía de ROHM Semiconductor

Cuando se usa junto con el condensador de 1 uF, ROHM cuenta con fluctuaciones de voltaje tan bajas como ± 1%.

Implicaciones de Nano Cap Tech en la industria automotriz

Afirmar que elimina la necesidad del condensador de 1 uF relativamente grande permite a los ingenieros de diseño crear sus sistemas con menos componentes. Disminuir el tamaño de los PCB y los artículos en la lista de materiales indudablemente disminuirá el costo de los sistemas eléctricos. En la industria automotriz, esto podría ser extremadamente importante a medida que se incorporan más y más componentes eléctricos, pero el espacio para ellos es limitado.
En el futuro, ROHM espera mejorar aún más la tecnología Nano Cap eliminando la necesidad de condensadores y expandiendo esta tecnología no solo a reguladores lineales, sino también a amplificadores operacionales, controladores LED y otros circuitos integrados analógicos.

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¿Trabaja con sistemas de suministro de energía en la industria automotriz? ¿Cuáles son algunas formas de aprovechar al máximo el espacio de la placa? Comparte tus experiencias en los comentarios a continuación.