Tendencias de diseño: pasivos para el sector del automóvil

Teniendo en cuenta los retos a los que se enfrentan los componentes del sector de la automoción, deben ofrecer una fiabilidad muy elevada, ya que tienen que funcionar correctamente durante los años que dure el coche (en lugar de los meses para los que algunos productos de electrónica de consumo parecen estar especificados, como es el caso de los audífonos intrauriculares). Los componentes deben soportar rangos de temperatura extremos, desde inviernos polares a veranos desérticos, y resistir choques mecánicos y vibraciones complejas, cambios bruscos de temperatura, interferencias eléctricas, electrostáticas y electromagnéticas, exposición constante a la humedad y los disolventes y el posible estrés mecánico por las PCB flexibles.

La industria de la electrónica de automoción ha respondido a esta lista detallada de desafíos mediante la definición de un estándar de test de estrés para los componentes pasivos, conocido como AEC-Q200. Incluye un conjunto de pruebas, algunas extraídas de otros organismos de estandarización, que un dispositivo debe pasar para ser calificado como AEC-Q200. El estándar cubre todos los aspectos mencionados anteriormente, así como la capacidad de soldadura y la resistencia al calor. Aunque AEC-Q200 parece completo, algunos fabricantes aplican unos test estadísticos adicionales a sus lotes de producción con la intención de garantizar niveles superiores de fiabilidad de cada componente.

Panasonic condensadores electrolíticos EEH-ZE.

Un ejemplo de las pruebas y las condiciones de test para el estándar AEC-Q200.

TDK condensadores CeraLink.

El sector del automóvil necesita estos niveles mejorados de fiabilidad, ya que los vehículos continúan evolucionando. Por ejemplo, algunos fabricantes están incorporando fuentes de alimentación de 48 V para aumentar o sustituir sistemas de 12 V. Estas fuentes de mayor tensión son empleadas para impulsar motores y turbocompresores y alimentar subsistemas como dirección, frenos, bombas de agua, refrigeración de radiador y aire acondicionado, y la creciente cantidad de electrónica de control y sistemas de info entretenimiento a bordo de los coches actuales.

El cambio a sistemas de 48 V conlleva el flujo de grandes cantidades de corriente por todos los mazos de cables del vehículo. Esto supone un reto para los diseñadores de electrónica del automóvil a la hora de especificar los componentes, especialmente los pasivos, que pueden soportar una combinación de tensiones, corrientes y temperaturas operativas muy elevadas y, al mismo tiempo, tienen que dotar de fiabilidad a largo plazo. En algunos casos, la elección de estos componentes puede tener serias consecuencias. Por ejemplo, los diseñadores pueden requerir el uso de pistas de PCB mucho más gruesas al disipar el calor de los componentes de montaje superficial que portan corrientes muy altas. Si no pueden encontrar tales componentes SMD para hacer frente a las corrientes, los profesionales pueden decantarse por componentes radiales - y enfrentarse a la soldadura por onda ultrasónica para el ensamblaje de PCB.

Fabricantes como Panasonic se encuentran en fase de desarrollo de componentes que mitigan estos inconvenientes. Sus condensadores electrolíticos de aluminio híbridos de la serie EEH-ZE han sido diseñados para uso en el filtrado de las entradas y las salidas de convertidores de potencia y reguladores de tensión, el desacople de alimentación y batería y una amplia variedad de aplicaciones en el sector de la automoción. Se trata de modelos de montaje superficial que cumplen el estándar AEC-Q200 y funcionan con temperaturas muy elevadas, con resistencia térmica de 2.000 horas a +145 °C. Poseen capacidades nominales de 33 a 330µF, con tensiones de 25 a 63 VDC. También se caracterizan por un rango de temperatura operativa de -55 a +145 °C, baja resistencia serie equivalente (ESR) y soporte de elevadas corrientes de rizado.

Vishay inductores de potencia IHLP.

Nichicon ofrece los condensadores electrolíticos de aluminio UBY para uso en direcciones eléctricas y sistemas de motor de inyección directa. Estas unidades cuentan con mayores capacidades y resisten más corriente de rizado que otros condensadores electrolíticos. La serie UBY se encuentra disponible con capacidades de 160 a 12.000 µF, tensiones operativas de 25 a 100 V y rango de temperatura asignado de -40 a +135 °C.

La transición a la e-mobility (electromovilidad) también está creando una demanda de nuevas formas de pasivos. Por ejemplo, TDK ha desarrollado una gama de condensadores CeraLink en encapsulados de bajo perfil, que pueden actuar como supresores de corriente de rizado, condensadores de enlace de DC y amortiguadores (snubbers). Estos componentes han sido diseñados para uso en inversores y fuentes de alimentación de conmutación rápida en el automóvil, consecuencia de la disponibilidad de nuevos IGBT y MOSFET y de resistencias e inductancias series equivalentes bajas. Su tamaño compacto también posibilitará su empleo en módulos de alimentación. Tienen la calificación AEC-Q200.

La circuitería de alimentación necesita algo más que los condensadores para funcionar. Por ello, Vishay produce sus inductores de potencia de montaje superficial IHLP para el sector del automóvil. Estos modelos robustos han sido realizados formando una bobina de cobre en un marco de carga y, posteriormente, encapsulándola en un polvo de hierro y epoxi. Los inductores pueden aguantar una temperatura operativa de hasta +180 °C, tienen baja resistencia DC y mínima pérdida de núcleo, están auto apantallados y son más compactos y ligeros que otras alternativas. Las unidades IHLP no sólo cumplen con AEC-Q200, sino que Vishay también lleva a cabo test adicionales para garantizar niveles todavía superiores de fiabilidad en los vehículos.

Nichion condensadores electrolíticos UBY.

Los coches modernos no son sólo electrónica de potencia. Como los motores eléctricos y los actuadores proliferan en nuestros vehículos, también tienen importancia las señales y los sistemas de control que les “dicen” qué tienen que hacer. Por lo tanto, un diseño exitoso de sistemas de automoción demanda que encontremos formas de proteger las señales de control y datos digitales en un entorno eléctrico cada vez más ruidoso.

Bourns responde a esta necesidad con su circuito de protección CDSOT23-T24CAN-Q para el esquema de red de vehículo CANbus, ampliamente usado. Este circuito incluye un array dual de diodo de supresión de transitorios para salvaguardar ante la sobretensión y cumplir lo establecido en el estándar IEC 61000-4-5. La protección de descarga electrostática supera los requisitos de IEC 61000-4-2. Además, se espera que el uso de este tipo de circuitería de protección de señal en los vehículos crezca como consecuencia de las mayores ratios de datos y de la migración de CANbus a redes Ethernet. Si ya está trabajando en un diseño similar, solicite una CANbus demo board de Bourns y compruebe el componente por usted mismo.

Como los vehículos son cada vez más complejos, sus funciones están siendo gestionadas por dispositivos eléctricos que, a su vez, son alimentados por electrónica de potencia y controlados por señales digitales. Así pues, los diseñadores de sistemas de automoción tendrán que garantizar la coexistencia de los dos y cumplir los estrictos requisitos de gestión térmica, fiabilidad y longevidad. La elección de componentes creados específicamente para la industria del automóvil asegura que los sistemas de alimentación y control de los futuros vehículos tendrán una base sólida.

Si se encuentra en la fase de desarrollo de una aplicación para la industria del automóvil y necesita asesoramiento en el proceso de selección, haga clic en el botón “Pregunte al Experto” para ponerse en contacto con nuestro equipo de especialistas locales (en su propio idioma) y que le ayuden en su tarea de diseño.

Bourns circuito de protección CDSOT23-T24CAN-Q.