Con el auge de los vehículos eléctricos (VE) y los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), los sistemas eléctricos de los vehículos se han vuelto cada vez más complejos, lo que ha provocado un aumento en el número de unidades de control electrónico (ECU).
Autor: Yang WANG, director de marketing de la línea de productos de NOVOSENSE
La evolución de las arquitecturas de los vehículos, impulsada por los avances en los vehículos eléctricos (VE), los vehículos eléctricos híbridos (VEH) y la mayor demanda de funciones ADAS (sistemas avanzados de asistencia al conductor), ha generado algunos cambios significativos en la forma en que se diseñan y gestionan los sistemas electrónicos. El sistema eléctrico del vehículo moderno se ha vuelto más complejo y requiere formas más inteligentes y eficientes de gestionar la distribución de energía.
Cuanto más avanzados, más complejos
A medida que los vehículos se electrifican y están más conectados, las demandas de sus sistemas eléctricos aumentan drásticamente. La cantidad de unidades de control electrónico (ECU) en los vehículos ha aumentado y ha dado lugar a redes de vehículos más complejas. En los automóviles modernos, la cantidad de ECUs ahora, puede superar las 100 unidades, en comparación con las 20-30 en los vehículos tradicionales fabricados hace una década. Este aumento se debe en parte a la creciente integración de funciones ADAS, que requieren el procesamiento de fusión en tiempo real de datos de múltiples clases de sensores.
La evolución de los módulos de control de la carrocería (BCM) a las unidades de control zonal (ZCU) refleja el cambio creciente hacia la descentralización en la electrónica del vehículo. Los BCM centralizan la gestión de las funciones de la carrocería del vehículo, como la iluminación, mientras que las ZCU agilizan el cableado al gestionar funciones localizadas dentro de zonas específicas del vehículo. Este enfoque descentralizado no solo facilita la actualización del software, sino que también respalda los ADAS y los requisitos crecientes de los sistemas EV.
Figura 2. La serie NSE34/35 ofrece opciones para 1, 2 o 4 canales y está disponible en paquetes HSSOP-16 y HSSOP-14, con un rango de Rds(on) de 8mΩ a 140mΩ.
Tipos de carga
El cambio a las ZCU genera varios dolores de cabeza nuevos para los diseñadores, como una mayor complejidad del software, el mantenimiento de la tolerancia a fallos y la gestión de las necesidades de energía de varias cargas en múltiples sistemas descentralizados.
Los interruptores High-side ayudan a resolver estos problemas al proporcionar un control más eficiente y preciso sobre esas cargas, al tiempo que ofrecen mecanismos de protección para garantizar la fiabilidad y seguridad. Aquí detallamos tres de estos escenarios y mostramos por qué los interruptores High-side ofrecen el control y la protección necesarios para un funcionamiento eficiente y fiable en algunas de las arquitecturas de vehículos más complejas.
- Cargas resistivas
Las cargas resistivas, como los sistemas de calefacción e iluminación, son comunes en las aplicaciones de automoción. La principal preocupación al manejar cargas resistivas es controlar la disipación de calor debido a la resistencia eléctrica inherente a estos componentes. Los interruptores High-side son particularmente efectivos en tales escenarios porque proporcionan una baja resistencia de encendido, lo que reduce el calor generado a medida que la corriente fluye a través del sistema.
- Cargas capacitivas
Las cargas capacitivas, incluidos muchos sistemas de distribución de energía, como las lámparas halógenas de arranque en frío, plantean un conjunto diferente de desafíos. Cuando las cargas capacitivas se energizan por primera vez, pueden generar grandes corrientes de entrada muy por encima de sus niveles operativos normales. Sin una gestión adecuada, estas sobretensiones pueden causar inestabilidad o incluso daños al sistema eléctrico. Los interruptores High-side están diseñados para manejar estas altas corrientes de entrada mediante la incorporación de características como protección contra sobre corriente, lo que garantiza que el sistema permanezca estable y seguro durante el encendido. Estas capacidades los hacen particularmente útiles para administrar el suministro de energía de las ZCU.
Figura 3. Las aplicaciones típicas de la serie NSE34/35, que incorporan mecanismos de protección completos, incluyen protección contra sobrecorriente/corto circuito, protección contra sobretemperatura, protección contra sobrevoltaje, protección contra pérdida de tierra y alimentación, protección contra inversión de polaridad y detección de carga abierta.
- Cargas inductivas
Las cargas inductivas, como solenoides, motores y relés, generan picos de tensión significativos cuando se desactivan. Este fenómeno, causado por la energía almacenada en el campo magnético del componente inductivo, puede provocar picos de tensión dañinos, conocidos como fuerza contraelectromotriz. Los interruptores High-side mitigan estos picos incorporando técnicas de sujeción o supresión que absorben el exceso de energía, protegiendo los componentes electrónicos sensibles del vehículo. Al garantizar que estos picos de tensión se disipen de forma segura, los interruptores de lado alto contribuyen a la estabilidad general del sistema eléctrico del vehículo, lo que los hace ideales para aplicaciones que implican la conmutación frecuente de componentes inductivos como motores de limpiaparabrisas y cerraduras eléctricas.
El rendimiento que se requiere de los interruptores High-side para gestionar estas cargas se puede ver si examinamos la serie NOVOSENSE NSE34/35. Esta serie está precalificada para una variedad de estándares automotrices (incluidos AEC-Q100, AEC-Q100-006 y AEC-Q100-012 nivel A) con valores Rds(on) de 8 mΩ a 140 mΩ. Este rango permite la creación de soluciones personalizadas que optimizan el rendimiento en función de los requisitos específicos del sistema. Por ejemplo, en aplicaciones de alta corriente como asientos con calefacción, el bajo valor Rds(on) del NSE34012D (un interruptor de lado alto de 12 mΩ de canal doble) garantiza una generación mínima de calor, lo que mejora la eficiencia del sistema.
La serie NSE34/35 está diseñada con funciones de protección avanzadas que le permiten gestionar grandes cargas capacitivas de manera eficaz. La familia NSE35xxx, con su protección superior contra sobre corriente, garantiza que las corrientes de entrada creadas al iniciar cargas capacitivas se gestionen sin causar daños al sistema.
El interruptor High-side NSE35008SA está diseñado específicamente para la fijación de sobretensión, lo que garantiza el funcionamiento seguro de cargas inductivas y prolonga la vida útil de los sistemas electrónicos del vehículo, como los motores de limpiaparabrisas o los relés.
Para los sistemas automotrices, donde muchas aplicaciones requieren monitoreo continuo, un KPI vital es la precisión de la detección de corriente del interruptor. Esto permite la detección temprana de fallas potenciales y es esencial para el diagnóstico y la detección de fallas en tiempo real.
Figura 4. En aplicaciones de interruptores de lado alto (high-side switch), la clasificación nominal de corriente del chip es clave para gestionar la impedancia interna y la disipación de calor, especialmente para cargas resistivas como los calentadores de asiento, como se muestra en esta imagen infrarroja.
Conclusión
La adaptabilidad y las sólidas características de protección de los interruptores High-side, los convierten en un componente indispensable para la gestión de arquitecturas de vehículos modernos, en particular a medida que los vehículos continúan adoptando sistemas eléctricos más avanzados.
La serie NSE34/35 ofrece una solución eficaz para controlar las cargas de lámparas halógenas, inductivas y resistivas más tradicionales en los BCM, así como las grandes cargas capacitivas que se encuentran comúnmente en la distribución de energía de primer y segundo nivel de las arquitecturas ZCU.
Con sus funciones de protección avanzadas, opciones de configuración flexibles y capacidades precisas de detección de corriente, estos interruptores ofrecen la confiabilidad y la eficiencia necesarias para satisfacer las demandas de los sistemas automotrices modernos.
