El mercado de vehículos eléctricos (VE) prospera y la expansión de las estaciones de carga ayuda a reducir la emisiones, lo que promueve la adopción de VE por sobre los vehículos tradicionales. Con los avances continuos en los sistemas de carga de VE, enfrentando factores como la potencia, el tamaño y el precio, el problema de la ansiedad por la autonomía para los dueños de VE se va resolviendo gradualmente.
Mayor nivel y densidad de potencia
Los avances en los niveles y la densidad de potencia impulsan a los cargadores de CC a reducir los tiempos de carga y a mejorar la eficiencia al aumentar los niveles de tensión. Las tecnologías SiC juegan un papel esencial en el respaldo de estas tendencias, mientras los módulos integrados de potencia (PIM, por sus siglas en inglés) ofrecen beneficios como tamaño compacto, administración térmica superior, confiabilidad y capacidad de fabricación. Frecuencias de conmutación mayores con WBG permiten contar con sistemas más compactos y livianos.
Descripción general de topologías para las etapas PFC y CC a CC trifásicas.
En el mercado, se emplean varias topologías para las etapas PFC y CC a CC trifásicas. Entre las topologías PFC comunes se encuentran las unidireccionales de tres posiciones de conmutador Vienna, NPC, A-NPC, T-NPC y las bidireccionales que tienen una configuración de seis posiciones de conmutador. Para las etapas DCDC, comúnmente se usan las arquitecturas de puente completo, LLC de desfase y de puente activo doble (DAB, por sus siglas en inglés). Estas arquitecturas involucran sistemas de dos niveles y de tres niveles, que requieren conmutadores y diodos de potencia con valores nominales de tensión de 600 V a 650 V o de 900 V a 1200 V. Los módulos de potencia basados en SiC suman cada vez más adeptos, mientras soluciones IGBT o híbridas sirven como alternativa.
Módulos integrados de potencia (PIM) SiC optimizados para carga rápida de VE de CC
Una nueva familia de PIM dedicados listos para usar se lanzará para la carga rápida de VE de CC con valores nominales de tensión de ruptura de 1200 V y 900 V de SiC. Las topologías de medio puente y puente completo en los paquetes F1 y F2 muestran RDSon especialmente bajos (6 mΩ a 40 mΩ), rendimiento térmico superior y excelente confiabilidad con la estructura de terminación de SiC desarrollada por onsemi. Además, es posible realizar configuraciones alternativas para requisitos de proyectos específicos.
Comunicaciones alámbricas e inalámbricas
Las opciones de conectividad perfecta para lograr la sincronización de carga entre el cargador y el vehículo se determinan mediante protocolos establecidos. CHAdeMO utiliza CAN, mientras CCS utiliza PLC como bus, de manera específica, HomePlug Green PHY con controladores dedicados. Los métodos de comunicación adicionales dentro de la etapa de potencia, como CAN, PLC y RS485 son a criterio del fabricante de equipos originales, mientras entre las opciones de conectividad externa se encuentran BLE, Wifi4/6, LTE y RF, con la excepción de HomePlug Green PHY.
Integración con sistemas de almacenamiento de energía (ESS) y energía solar
La integración de sistemas de almacenamiento de energía (ESS, por sus siglas en inglés) y la utilización de energía solar realzan las estaciones de carga rápida y ultrarrápida. Estas estaciones pueden incorporar sistemas de almacenamiento para aprovechar la energía fuera del horario de máxima demanda o de fuentes solares, para optimizar el tiempo operativo de la estación de carga. En tales casos, convertidores de CC a CC se pueden conectar a un bus de alta tensión para cargar VE de manera eficiente.
Industria: infraestructura de energía: cargador de VE DV
Usos:
- Wallbox de CC (20 kW a 30 kW)
- Cargadores rápidos de CC (50 kW a 150 kW)
- Cargadores ultrarrápidos de CC (150 kW a más de 400 kW)
El NCP12711 es un controlador PWM de frecuencia fija con modo de corriente pico que contiene todas las características necesarias para implementar topologías de convertidores de potencia con extremo único. El dispositivo opera de 4 V a 45 V sin devanado auxiliar y dentro de sus capacidades térmicas. El controlador contiene un oscilador programable con capacidad para operar de 100 kHz a 1 MHz e integra compensación de pendientes para evitar las oscilaciones subarmónicas. El controlador incluye un inicio suave programable, protección UVLO de tensión de entrada y un circuito de protección de sobrepotencia (OPP, por sus siglas en inglés) que limita la capacidad de potencia total del circuito a medida que aumenta la tensión de entrada.
Características
- Rango de entrada amplio de 4 V a 45 V
- 100 kHz a 1 MHz
- Fuente/Controlador de compuerta de disipación de 1 A
- Interfaz de falla con protección de sobretensión de salida
Beneficios
- Limita la capacidad de potencia total
- Brinda protección térmica
- Mejora el patrón de EMI
- No necesita devanado auxiliar
- Para convertidores de CC a CC PSR y no aislados
Mercado y aplicaciones de enfoque
- Convertidores de retorno y avance de extremo único para vehículos eléctricos
- Controlador de entrada de CC a CC de potencia auxiliar de 4 a 45 V
El NCV7755 es un controlador integrado para el sector automotriz con ocho conmutadores de lado alto. El dispositivo proporciona capacidad de disco de hasta 700 mA por canal y cuenta con protección contra sobrecarga y condiciones de sobretemperatura. El control de salida y la generación de informes de diagnóstico se realizan mediante SPI. Adicionalmente, los pines INx se pueden asignar a cualquiera de las salidas de transmisión directa.
Características
- Canal óctuple controlado mediante SPI o pines de accionamiento
- Modo Limp Home con reintento automático en dos salidas
- Dos generadores PWM internos independientes para accionamiento de LED
- Monitoreo de suministro de energía
- Protecciones
- Sobrecorriente
- Carga abierta
- Polaridad inversa
- Pérdida de conexión a tierra
Beneficios
- Diagnóstico mediante SPI
- Permite el funcionamiento hasta Vs=3V en condiciones de arranque
- Modo de irrupción de ampolleta
- Dos salidas en paralelo posibles para mayor
- Modo de suspensión para un menor consumo de energía
Mercado y aplicaciones de enfoque
- Unidad de control de carrocería automotriz
- Accionamiento de relés
- Accionamiento de ampolletas
- Accionamiento de LED
El NCV84120 es un controlador de lado alto de un solo canal plenamente protegido que se puede usar para conmutar una amplia variedad de cargas, como ampolletas, solenoides y otros actuadores. El dispositivo incorpora características de protección avanzadas, como manejo activo de corriente de irrupción, apagado por sobretemperatura con reinicio automático y una abrazadera de sobretensión activa. Un pin de detección de corriente dedicado proporciona monitoreo de corriente analógica de precisión de la salida, así como indicación de fallas de corte a VD, cortocircuito a conexión a tierra y detección de carga abierta de estado APAGADO. Un pin de activación de detección de corriente alta permite que se activen todas las funciones de diagnóstico y detección de corriente.
Características
- 41 V, Rdson 120 mΩ, típ. bajo 18 A
- Corriente de reposo baja
- Administración de corriente de irrupción
- Apagado térmico con reinicio automático
- Abrazaderas integradas para brindar protección contra sobretensión y conmutación de cargas inductivas
- Protección de sobrecorriente
- Detección de corriente analógica
- Funciones de diagnóstico
Beneficios
- Mayor confiabilidad y prevención de daños
- Corte a VD, cortocircuito a conexión a tierra y detección de carga abierta de estado APAGADO
- Limita la corriente en condiciones de cortocircuito
- Monitoreo preciso de corriente
Mercado y aplicaciones de enfoque
- Controladores de motor
- Controladores de relés y reemplazos de relés
- Iluminación de solenoides y válvulas
- Módulo de control de carrocería
- Cajas de conexión inteligentes
- Módulo de control de puertas
El dispositivo NCP731 se basa en una combinación única de características: ruido muy bajo, corriente de reposo baja, rápida respuesta transitoria y altos rangos de tensión de entrada y salida. El regulador LDO NCP731 diseñado para una tensión de entrada de hasta 38 V y una corriente de salida de hasta 150 mA. El nivel muy bajo de ruido (8 µVRMS) convierte a este dispositivo en una solución ideal para aplicaciones en las que rieles de tensión limpios son fundamentales para el rendimiento del sistema (amplificadores operacionales de potencia, convertidores analógico a digital/digital a analógico y otro circuito analógico de precisión). El dispositivo (versión B) implementa un circuito de energía eficiente (PG, por sus siglas en inglés), el que indica que la tensión de salida está en regulación. Esta señal se podría usar para la secuenciación de potencia o como reinicio del microcontrolador. Las protecciones de cortocircuito y sobretemperatura internas protegen al dispositivo de condiciones de sobrecarga.
Características
- Rango de tensión de entrada de operación: 2,7 V a 38 V
- Rango de aj. de tensión de salida: 1,2 V a 35 V
- Nivel de ruido muy bajo: 8 µVRMS (10 Hz a 100 kHz)
- Corriente de reposo baja: 48 µA típ.
- Bajo diferencial de potencia: 230 mV típ. a 150 mA
- ±0,6 % de precisión de tensión de salida
- Salida eficiente con retardo programable (versión B)
- Estable con capacitores de cerámica pequeños de 1 µF
- Pin de entrada de inicio suave
Usos
- Rieles de suministro para OpAmp, ADC, DAC
- Rieles de suministro para circuitos analógicos de precisión
- Rieles de suministro de circuitos de audio
- Regulación del convertidor después de CC a CC
- Filtrado de ondulación
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El NCIV9311 es un aislador digital bidireccional de tres canales de alta velocidad aislado galvánicamente con activación de salida. Este dispositivo es compatible con comunicaciones aisladas entre sistemas sin efectuar bucles a tierra ni tensiones peligrosas. Utiliza tecnología de aislamiento de capacitores de cerámica fuera de chip galvánica y un diseño de circuito integrado optimizado para lograr un alto grado de aislamiento y alta inmunidad al ruido, alta eliminación de modo común y especificaciones de eliminación de suministro de energía. El sustrato de cerámica grueso produce capacitores con ~25 veces el espesor dieléctrico, en comparación con otras tecnologías. El resultado es una combinación de los beneficios de rendimiento eléctrico que los aisladores digitales ofrecen con la confiabilidad de seguridad de una barrera de aislamiento de > 0,5 mm de espesor, similar a lo que históricamente han ofrecido los optoacopladores.
Características
- Aislamiento de capacitor de cerámica (> 400 µm de espesor)
- Tasa de transferencia de datos: hasta 15 Mbps
- Bidireccional multicanal
- Retardo de propagación de 16 ns típ., distorsión de impulsos de 3 ns típ. a 5 V
- Dúplex completo
- Tensión de aislamiento: >5 kV (rms), 1 minuto
- Índice de seguimiento comparativo (CTI) > 600
- Certificación AEC-Q101
- Paquete de carrocería amplio SO-16
Beneficios
- CMTI > 100 kV/µs (150 kV/µs típico)
- Línea de fuga/Distancia de aislamiento de > 8 mm
- Cumple con EN60950 > 0,4 mm DTI req.
- Estado de doble protección para UL1577 Mejor confiabilidad a largo plazo (más de 500 hrs. en 5,5 kVACrms sostenidos)
- Mbps vs. 25 Mbps
Mercado y aplicaciones de enfoque
- Automotriz/Industrial
- Control PWM (control aislado para controlador de compuerta no asilado)
- Comunicaciones digitales
- Aislamiento de cargador integrado (com./diagnóstico)
PIM
MOSFET de SiC
Diodo de SiC
IGBT
Controlador de compuerta