Dado que los motores trifásicos significan triplicar los componentes, TI apuesta por la integración

La industria de los vehículos eléctricos (EV) está montando otra gran ola. Estos vehículos ya no se perciben como una moda de consumo; Los gobiernos ahora están presionando para una electrificación generalizada en las carreteras. Por ejemplo, tanto el Reino Unido como California están exigiendo vehículos de cero emisiones para 2035.
Para satisfacer estas demandas, los EE están optimizando los vehículos eléctricos, y específicamente los vehículos eléctricos híbridos suaves (MHEV), para que sean más pequeños y más livianos a fin de hacerlos más asequibles.

El aumento de las ventas de HEV en Europa hasta 2020. Imagen utilizada por cortesía de IDTechEx Research

Texas Instruments ha abordado este problema con su producto más nuevo, un controlador de motor de 48 V altamente integrado destinado a reducir significativamente el área de PCB. Hablamos con Kannan Soundarapandian, gerente de la unidad de negocios Motor Drives de TI, para conocer de primera mano la nueva tecnología.

El papel de los motores trifásicos en los vehículos eléctricos

Podría decirse que la forma más popular de motores EV es el motor de inducción trifásico.
Un motor trifásico es un tipo de motor eléctrico que consta de dos componentes principales: un rotor y un estator. El rotor es la parte del motor que realmente gira, mientras que el estator es la parte del motor que hace girar el rotor. El estator en sí está formado por tres pares de bobinas espaciadas uniformemente alrededor del rotor.

Principio de funcionamiento de un motor de inducción trifásico. Imagen utilizada por cortesía de T. Davies y Medium

El motor se llama "trifásico" porque es impulsado por tres fuentes de energía CA que están intencionalmente desfasadas entre sí, cada una de las cuales se denomina "fase". Cada uno de los pares de bobinas del estator está unido a una fase y, como resultado de las diferencias de fase, generan un campo magnético giratorio continuo que gira alrededor del estator.
Este campo magnético cambiante crea inductivamente una corriente en movimiento dentro del rotor, que retrasa el campo del estator. Este retraso crea una fuerza de tracción en el rotor, lo que provoca la rotación que mueve un EV.

Problemas de diseño con el motor trifásico

Si bien los motores trifásicos brindan alta eficiencia y rendimiento para los vehículos eléctricos, no están exentos de inconvenientes. Como explicó Soundarapandian, para impulsar un motor trifásico, el sistema requiere tres conjuntos individuales de controladores de motor y circuitos relacionados.
“En un sistema de controlador de motor típico, tiene tres fases, por lo que debe imaginar que este (circuito) se repita tres veces. Y hay muchos componentes ", explica." Hay circuitos de control, resistencias, diodos y también algunas de las características de seguridad que normalmente se implementan externamente ".

Un circuito típico para impulsar una fase de un motor trifásico. Imagen utilizada por cortesía de Texas Instruments

La repetición de este circuito tres veces aumenta rápidamente la lista de materiales, el costo y el área. Además, tratar de mantener la integridad de la señal en un entorno ya ruidoso se vuelve aún más difícil a medida que el enrutamiento se vuelve más restringido.

El controlador de motor integrado IC ahorra espacio en el sistema

La solución a este problema, como lo ve Texas Instruments, es una mayor integración, llevando todos los componentes externos al controlador IC. Esto es exactamente lo que la compañía ha querido hacer con su producto más nuevo, el DRV3255-Q1.
TI informa que este producto es el primer controlador de motor BLDC trifásico de 48 V de la industria que integra lógica de cortocircuito activo de lado alto y lado bajo, eliminando efectivamente los transistores externos y la lógica de control necesarios.
Sobre lo que hace que el dispositivo sea tan especial, Soundarapandian enfatizó: “Es ese aspecto de integración en el que incorporamos una gran cantidad de componentes externos. Es la entrega de energía más ordenada en un sistema de 48 V ".

Un circuito de conducción de motor trifásico que utiliza el DRV3255 reduce significativamente los componentes externos. Imagen utilizada por cortesía de Texas Instruments

Se dice que el nuevo IC reduce el área de PCB hasta en un 30% y al mismo tiempo es capaz de suministrar hasta 30 kW de potencia al motor. El dispositivo también tiene una potencia nominal de 95 V, lo que protege el IC de picos transitorios altos en el riel de 48 V.
Diseñado con una función lógica de cortocircuito activo, el controlador de motor BLDC permite a los diseñadores implementar conexiones MOSFET según los requisitos del sistema. Esto, a su vez, puede ayudar a mitigar la sobretensión y las fallas generalizadas del sistema en el motor del vehículo y otros componentes eléctricos. El modo de cortocircuito activo se activa automáticamente mediante la respuesta dinámica de falla del dispositivo cuando se enfrenta a condiciones de sobretensión.

El objetivo de MHEV más seguros y ecológicos

Uno de los objetivos declarados de esta versión no es solo la seguridad que brinda a los conductores en MHEV, sino también la reducción de las emisiones de CO2 del motor de combustión interna del vehículo.

Esquema simplificado usando el DRV3255-Q1. Imagen utilizada por cortesía de Texas Instruments

Asif Anwar de TI afirma: "Un sistema de 48 V es un cambio radical que los fabricantes de equipos originales (OEM) pueden implementar para cumplir los objetivos de reducción de emisiones, al tiempo que agrega potencia para las funciones avanzadas del sistema de asistencia al conductor y administra cargas que consumen mucha energía como el sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado ".
El controlador de motor AEC-Q100 grado 0 BLDC puede alcanzar el nivel de integridad de seguridad automotriz (ASIL) D. Debido a sus altos niveles de potencia de salida, los conductores de vehículos pesados ​​podrán acelerar más rápidamente desde una posición de parada.