La energía es esencial para la vida moderna y con los nuevos avances que se están produciendo todo el tiempo, la sociedad ha comenzado a reconocer que ya no es un lujo, sino una fuerza de cambio y avance. De este modo, la demanda de equipos electrónicos está aumentando y EIA prevé que el consumo de energía en el mundo aumentará un 56 % para 2040. Satisfacer esa demanda y reducir el impacto ambiental son dos respuestas lógicas a este auge tecnológico. Por su parte, Infineon pretende atender las necesidades de un sector en permanente expansión y hacer que estas soluciones sean más sustentables. ¿Cuál es la clave para obtener lo mejor de ambos mundos? Dispositivos más inteligentes y sistemas más eficientes.
En la medida que vamos viviendo de una forma más inteligente, es más fácil ver que la tecnología inteligente está plagada de posibilidades; los sistemas más inteligentes pueden coordinar el consumo según las variaciones de potencia durante el día, admitir una red eléctrica más poderosa y resistente, eliminar o reducir varios problemas de la red y ser compatibles con diseños más atractivos.
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"Los desafíos que implica el diseño global y la fabricación de electrodomésticos inteligentes tienen tres aristas. Implican preferencias regionales, realidades de confianza en la red eléctrica de mercados emergentes y la rentabilidad presente en los países en desarrollo que se precipitan a conectarse a la Internet de las cosas (IoT)". – Karthi Gopalan, Infineon Technologies
No hay duda de las ventajas de los hogares más inteligentes. A modo de ejemplo rápido antes de entrar en detalles, el uso de electrodomésticos inteligentes podría haber mitigado el impacto del apagón de 2003 que cortó la energía de todo el noreste de los EE. UU. y afectó a unos 55 millones de personas. La tecnología inteligente podría haber evitado este apagón, y este es un asunto que analizaremos más adelante. Pero antes de examinar nuestro consumo de energía, analicemos primero cómo generamos la energía.
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La energía renovable está jugando un papel sumamente importante en el suministro de energía, y su capacidad de reducir al mínimo el impacto ambiental es extraordinariamente beneficiosa. Sin embargo, la confianza es crucial en el uso de la energía solar en nuestros hogares. Las soluciones solares deben cubrir funciones de soporte de la red y requieren durabilidad para minimizar los reemplazos y las reparaciones a fin de reducir los costos. Las soluciones solares ya se están esforzando por obtener eficiencia general, de modo que cada parte individual del todo debe aumentar al máximo su propia eficiencia.
Afortunadamente, Infineon cuenta con una cartera completa que incluye lo mejor en eficiencia y confiabilidad solar. Las opciones de tecnología líder, como los MOSFET de superunión, IGBT con tecnología Trench Stop y Field Stop y los accionamientos con transformador sin núcleo, le aseguraron a Infineon la posición número uno en aplicaciones solares. Otros desarrollos notables relacionados con el avance de la energía solar incluyen MCU basadas en ARM® Cortex™-M4, que permiten un diseño de control sin complicaciones y altamente eficiente, y la serie de MOSFET CoolMOS™ C7, que ostenta bajas pérdidas por conmutación y tiene la pérdida de conducción más baja por paquete, lo cual genera una excelente eficiencia del sistema.
Existen distintas maneras de obtener más eficiencia en los hogares inteligentes. Podemos convertir los sistemas modernos con motores (como los aires acondicionados o los refrigeradores) de antiguos motores de escobillas a modernos motores sin escobillas. También podemos implementar topologías de alta eficiencia con las piezas más recientes para conversión de energía e incorporar un control más inteligente que reaccione frente a las necesidades de los artefactos y la red.
La línea de controladores de motor digital iMOTION MCE™ y el microcontrolador industrial Infineon XMC1300 son excelentes ejemplos en los cuales se muestran las capacidades de la tecnología actualizada. Los motores de cálculo de MCE™ proporcionan un algoritmo de cálculo rápido para control de PFC digital y control sinusoidal sin sensor en motores de imanes permanentes, reducen la complejidad del diseño, aumentan la eficiencia y son muy rentables. La serie de microcontroladores XMC1300 responde a las necesidades de control de motor en tiempo real y ostenta conteos reducidos de BOM y un factor de forma pequeño con control FOC.
Utilizar piezas con mayor capacidad como estas también contribuye a la flexibilidad del diseño y los diseñadores pueden crear sistemas más pequeños que presenten menos pérdida de calor. Considere los módulos de potencia inteligentes de Infineon. Estos módulos son compactos y eficientes en cuanto al consumo de energía. Además, incorporan un innovador semiconductor de potencia y tecnología de IC de control.
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"En la actualidad, las soluciones de accionamientos de velocidad variable en aplicaciones para electrodomésticos requieren mayores tensiones de ruptura que proporcionen más margen para los aumentos repentinos de tensión con características adicionales, como los avances en software de detección y control para brindar protección ante caídas de tensión en algunos segmentos geográficos, los cuales representan el principal impulsor en electrónica de potencia y electrodomésticos para mercados maduros. Los accionamientos de velocidad variable pueden reducir los requisitos de potencia para el compresor de un refrigerador en más del 80 %, lo que permite obtener una ganancia masiva en la eficiencia y una reducción en las facturas de energía". – Karthi Gopalan, Infineon Technologies
Con sistemas más pequeños, los usuarios podrán diseñar sistemas visualmente más atractivos o incluso, ocultarlos por completo. En resumen, será posible hacer que estos sistemas sean menos intrusivos en nuestra vida diaria, aunque no serán menos eficaces.
ELECTRODOMÉSTICOS: DIAGRAMA DE SISTEMAS PARA LAVADORAS CON VELOCIDAD VARIABLE - FUENTE: INFINEON
Por supuesto, en ocasiones la eficiencia es una cuestión de la energía que no utilizamos. Crear una tecnología inteligente y sustentable no se trata solo de usar menos energía, también implica ser más inteligentes respecto a cómo aprovechamos esa energía. Los dispositivos inteligentes podrían protegerse de sobretensiones entrantes mediante el aislamiento, con lo cual se evitarían los costosos daños. Los dispositivos inteligentes también podrían reaccionar ante las condiciones de la red: si existe el riesgo de que la red falle, los electrodomésticos podrían voluntariamente reducir su carga para mantenerse a salvo. Estas capacidades hubiesen sido útiles durante el mencionado apagón de 2003 en los EE. UU. Dicha tecnología podría haber disminuido la gravedad del incidente o incluso, haber evitado que sucediera al reducir la carga de los aires acondicionados que sobrecargaron una red dañada. Sin dudas, los dispositivos altamente conectados y los microprocesadores integrados más poderosos ofrecen un sinfín de posibilidades.
Estos conceptos también se aplican a las soluciones de iluminación. Considere algunos productos de Infineon que verdaderamente elevan el estándar en lo que respecta a ofrecer flexibilidad en iluminación. CDM10v es la solución de atenuación más sensacional, ideal para las diversas aplicaciones de atenuación y permite una amplia variedad de configuraciones. En particular, se puede utilizar en lugar de muchos componentes tradicionales y reduce la BOM y el espacio en PCB. Además, genera diseños menos intrusivos, a la vez que permite que las personas obtengan la iluminación que desean y reduce el consumo general. De igual forma, el controlador flyback de etapa única ICL8105 ofrece transiciones perfectas entre los modos de operación, mientras que el IRS2982S tiene un arranque de alta tensión integrado y una protección primaria de circuitos abiertos detectados. Estos controladores utilizan la conversión de potencia flyback, la cual les proporciona amplios rangos de entrada que mantienen las luces encendidas, incluso si la red de energía experimenta fluctuaciones.
Además, cuando se combina con las soluciones de detección, la iluminación puede reaccionar ante nuestra presencia y adaptar las condiciones de iluminación. Imagine un sistema de iluminación que intuitivamente sepa cuánta luz y de qué tipo se necesita, que tome en consideración la hora del día y proporcione condiciones ideales de iluminación tanto durante el trabajo como el tiempo de inactividad. Estas son las posibilidades que ofrece Infineon.
Los hogares inteligentes tienen potencial, pero no debemos ignorar la seguridad. Estos sistemas son altamente competentes, pero tienen también más vectores que no son inmunes a los ataques de personas hábiles que intentan comprometer el sistema.
"No es suficiente que las tecnologías subyacentes para los electrodomésticos inteligentes conectados ahora se adapten y se encuentren disponibles a nivel mundial, también resulta fundamental implementar seguridad de nivel industrial que sea invulnerable para lograr un hogar seguro y conectado. Si un pirata informático ingresa a un hogar a través de un dispositivo inteligente conectado, existe la posibilidad de que la vulneración genere un problema masivo de seguridad personal. El peor escenario deja de ser la falla del dispositivo. Ahora, una vulneración de la seguridad es lo que puede generar un desastre en toda la red doméstica". – Karthi Gopalan, Infineon Technologies
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Imagine si alguien manipulara los electrodomésticos al máximo e intencionalmente causara otro apagón generalizado o si se manipulara la carga de la red para comprometer la frecuencia y dañar las estaciones generadoras, lo cual sucedió en 1999 en Brasil y afectó a 97 millones de personas. La seguridad no puede ser una idea adicional en una ciudad inteligente moderna con iniciativas más inteligentes para el planeta.
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Por suerte, las empresas innovadoras del sector como Infineon responden con rapidez a las necesidades de seguridad. Se pueden implementar capas de seguridad para evitar el acceso no autorizado, comprobar la autenticidad de las actualizaciones y proteger la información confidencial. Por ejemplo, la plataforma confiable Infineon OPTIGA™ cuenta con varios chips de seguridad que abordan necesidades únicas con respecto a la autenticación integrada y la protección de la marca, lo que hace más seguros los hogares inteligentes.
SEGURIDAD PARA EL HOGAR CONECTADO - FUENTE: INFINEON
Infineon se compromete a crear el hogar inteligente del futuro y, en respuesta a la creciente demanda de energía, va más allá de mantener las luces encendidas. Mediante el desarrollo de tecnología optimizada para hogares más inteligentes, Infineon aumenta la eficiencia a la vez que reduce el impacto ambiental y los problemas de seguridad. Cree un futuro más inteligente con las soluciones inteligentes de Infineon.
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Artículo contribuido por Karthi Gopalan:
Karthi se unió a Infineon Technologies en 2013, como parte del equipo Digital Demand Generation. Tiene una maestría en Ingeniería eléctrica de la Universidad de Purdue. Antes de Infineon, se desempeñó en varias posiciones en diseño de señales mixtas, marketing estratégico y en incubación y desarrollo de negocios nuevos. Le apasionan las iniciativas tecnológicas para el impacto social.