¿Porque Arduino?

na pequeña placa de circuito azul está provocando una pequeña revolución en el campo de la electrónica. Su nombre - Arduino.

Desarrolladores de sistemas integrados endurecido es probable, a su primer contacto con la plataforma, para convertir su cabeza, viendo el tablero diminuto como un mero juguete y no para los programadores reales.

Pero es precisamente por esta razón que se ha vuelto tan popular y que su popularidad sigue creciendo. Desde su creación, la familia de placas Arduino ha crecido a alrededor de una docena, que ofrece una variedad de factores de forma y microcontroladores para adaptarse a una amplia variedad de necesidades. AVR de Atmel ® microcontrolador ha sido seleccionado como el cerebro de estos tableros, con procesador de dispositivo basado en SAM3X que aparece en la más reciente adición ARM ® de Atmel.

 

¿Porque Arduino?

Así que, con tantas tarjetas de desarrollo diferentes y plataformas disponibles en el mercado, ¿por qué necesitamos otro? La razón es muy elegante: microcontroladores son demasiado complicados. Naturalmente, no son demasiado complicadas para aquellos de nosotros que han pasado más de una década desarrollando en ellos. Sin embargo, los que están fuera de nuestra industria, que están buscando maneras de añadir algún tipo de control a lo que ellos desarrollan, necesitan una herramienta que no tiene una curva de aprendizaje empinada como asociado, como dispositivos microcontroladores puras suelen hacer.

Tomemos, por ejemplo, un USART. Un microcontrolador AVR típica tiene más de uno, por lo que la primera decisión a tomar es seleccionar el que se utilizará. Inevitablemente, la interfaz seleccionada está asociada con los pernos que son multifuncionales. Por lo tanto, antes de poder realizar cualquier tarea, primero tenemos que leer el capítulo ficha técnica en la USART y la documentación necesaria que describe cómo la funcionalidad USART se puede seleccionar para los pasadores elegido.

Una vez que se haya completado, debemos tener en cuenta elementos adicionales: la forma de calcular la velocidad de transmisión, cómo la velocidad de transmisión se asocia con frecuencia del oscilador del dispositivo AVR; cómo habilitar las interrupciones USART, ¿cómo se puede escribir una rutina de interrupción de la cadena de construcción elegido hemos seleccionado. La lista es larga y el tiempo de un principiante es corto. Aquellos de nosotros que trabajamos a tiempo completo con microcontroladores saben que se necesitan años para acumular la experiencia necesaria para poder llevar a cabo de forma rápida y eficiente este tipo de interfaz.

Los desarrolladores de la plataforma Arduino han dado cuenta de esto y, a través de su entorno de desarrollo compañero, proporcionar una API (interfaz de programación de aplicaciones) y bibliotecas que permiten funciones complejas, tales como interfaces en serie, para ser realizado con poco código y aún menos la comprensión de lo que es sucediendo en el motor de la plataforma. Por lo tanto, el mundo de la programación y la electrónica incorporada se abrió a aficionados y estudiantes, así como otras áreas como el arte y diseño de moda. De hecho, la programación y la electrónica incorporado pueden estar en cualquier parte, donde la electrónica se pueden combinar con otras disciplinas.

Por otra plataforma?

Ya hay muchas plataformas diferentes disponibles para casi todas las arquitecturas de microcontroladores conocidos. Sin embargo, tienden a ser una variación de los mismos temas - proporcionar un dispositivo microcontrolador física en un formato que puede ser utilizado fácilmente sin necesidad de soldar, y que permite una rápida puesta en marcha mediante la inclusión de circuitería externa necesaria (cuarzo, transceptores y fuente de alimentación).Vendedores de semiconductores son, evidentemente, utilizando sus herramientas de desarrollo como una extensión de sus programas de marketing para promocionar ciertos productos o características en el chip. De acuerdo con el sitio web1 Arduino, con las siguientes características diferencian esta plataforma de la competencia:

• Barato - módulos pre-ensamblados cuestan menos de $ 50, y la más sencilla, incluso pueden ser construidos a mano.

• Multiplataforma - el entorno de desarrollo de código se ejecuta en Windows, Linux y Mac OS. Esta es una hazaña que aún desafía la mayoría de los vendedores de microcontroladores.

• Simple, entorno de programación clara - basado en el entorno de "procesamiento" de programación, el (entorno de desarrollo integrado) IDE es ultra-limpio, limitándose a un puñado de botones y un editor de texto. Además, el código estándar de C se puede añadir a un proyecto, si se desea.

• El código abierto y el software extensible y hardware - siguiendo la tendencia del día, todos los elementos de software y diseños de hardware están publicados bajo una licencia de Creative Commons. Esto permite a los usuarios modificar todo lo que se haya de facilitar y mejorar en ella. Naturalmente, también se anima a compartir!

Figura 1 - Comparación lado a lado de Arduino IDE con Atmel Studio 6, que muestra la simplicidad de Arduino

Hay, sin embargo, el precio a pagar por todas estas ventajas. Cómo desventajosa los siguientes puntos parecen depende, en última instancia, de su punto de vista:

• No depuración - el entorno de desarrollo Arduino sólo admite programación de la placa Arduino objetivo. La falta de apoyo de depuración se realiza hasta un cierto grado mediante la aplicación de una herramienta fácil de usar salida de texto a través de la USART, lo que permite la salida de mensajes de depuración. Además, el entorno de desarrollo proporciona un monitor de serie incorporado.

• Marco de software fijo - la velocidad del oscilador, por ejemplo, es fijo. Esto significa que todas las otras características de Arduino sólo pueden funcionar dentro de los límites que resultan de la frecuencia del oscilador elegido. Además algunas de las otras bibliotecas ofrecidos hacer uso de ciertas características de hardware (por ejemplo, contadores de tiempo), lo que significa que no están disponibles para nuestra aplicación.

¿Qué gano yo con Arduino?

A primera vista, no mucho. Una placa Arduino se compone de un regulador de la fuente de alimentación, una interfaz USB que soporta la interfaz de programación e interfaz serial usuario CDC clase, además de ser una fuente de energía alternativa, el microcontrolador AVR, un botón de reinicio, y una serie de cabezales de pin. Los propios conectores macho se agrupan de acuerdo a una función en bruto en una forma que es fácil de entender.

En primer lugar está el cabezal de alimentación, para Vin, 5,0 V, 3,3 V, GND y un IOREF para apoyar la interfaz con microcontroladores que tienen un suministro 3.3VI / S, en lugar de la alimentación 5.0V más común. El "ANALOG" proporciona la capacidad de medición analógico a través del módulo ADC del microcontrolador.

Los pines restantes son "DIGITAL", lo que les permite ser usados ​​como entradas o salidas GPIO. Estos conectores macho son luego subdividen en salidas "PWM" capaces, y "comunicación", donde las interfaces seriales están disponibles. Las únicas funciones de hardware disponibles en la mayoría de las juntas son un solo LED conectado a un pin digital y la USART que está vinculado directamente a la clase de interfaz USB CDC en el tablero.

La intención aquí no es ofrecer una plataforma de desarrollo integral del baile de todos los cantos. Más bien, el equipo de Arduino está animando a los usuarios potenciales de fusionar Arduino con circuitos electrónicos auto-concebidas para poner en práctica sus propias creaciones. Arduino es un medio para un fin, en lugar de ser el fin en sí mismo. Sin embargo, hay algunas posibles funciones que les gustaría poner en práctica que sufren de problemas similares de manejo de silicio o la complejidad del paquete. Por ejemplo, una conexión Ethernet o una conexión inalámbrica no es una tarea fácil de aplicar, incluso para los ingenieros experimentados. Diseño mecánico del Arduino hace que sea muy fácil, a través del desarrollo de "escudos", para compartir módulos estándar para añadir esta funcionalidad.

Desde el diseño mecánico de los encabezados se mantiene constante en la mayoría de las placas Arduino, y desde las tablas más grandes son un superconjunto de la placa Arduino Uno, es posible diseñar módulos estándar o escudos, que tienen un alto nivel de compatibilidad con el Arduino familia bordo, así como con otros Shields.

Figura 2 - Arduino UNO superpone a la Arduino MEGA 2560, que muestra la relación superconjunto a través de la familia

El diseño de un escudo Arduino pesar del brillo de las juntas y el glamour de la página web, Arduino sigue siendo parte de la naturaleza-salvaje-oeste de todas las cosas de código abierto. Normalmente, esto significa un gran producto y / o servicio, pero la documentación es un poco en el lado de la luz.

Hay, por desgracia, no hay documentación oficial sobre cómo desarrollar un escudo Arduino.Tampoco hay ningún canal oficial por el que se aplica para el reconocimiento oficial de un nuevo diseño del blindaje. Más bien, debemos aplicar simplemente el "arrojado contra la pared y ver si se pega" enfoque, la esperanza es que si suficientes personas muestran interés en un escudo, la comunidad en general se auto promoverlo a un punto en que se vuelve muy importante de ignorar.

Hay ciertos problemas con el desarrollo de un escudo Arduino. Vamos a considerar en este link:

• Los diferentes tamaños de tablero físicos - como ya hemos visto, algunas Arduinos tienen más pines de cabecera que otros. Obviamente no todos Arduino escudo puede definir un recurso fijo de la placa Arduino subyacente, ya que otras placas de la pila también puede querer a este apartado. Por lo tanto, diferentes escudos podrían potencialmente llegar a ser incompatibles entre sí cuando se apilan.

• Las diferentes versiones de Arduino - a partir de la revisión 3 de la placa Arduino, un pin IOREF ha puesto a disposición para que un escudo puede determinar si el microcontrolador utiliza una entrada de 3,3 V o 5,0 V / fuente de alimentación de salida.Las revisiones anteriores de la plataforma Arduino no tienen esto, pero los futuros protectores deben tanto utilizar esta característica y seguir siendo compatible con versiones anteriores.

• Plantillas PCB estándar - no hay plantilla de las propiedades oficial o huella de PCB por un escudo, una ayuda evidente cuando, por cualquier consejo que ha de ser compatible con un sistema dado.

• No entregables definidos -, obviamente, hardware sin ejemplos de software, controladores de software o documentación es menos útil que con ellos.

Por supuesto, ya que es la forma en la naturaleza-salvaje-oeste de código abierto, hay sugerencias, soluciones sobre recomendaciones2 y para aquellos que se preocupan de buscar para ellos. Si usted es el tipo de persona que le gusta para adaptarse a la idea de la especificación, en lugar de crear la especificación basada en la idea, no se siente muy cómodo.

La puesta en práctica de un escudo QTouch

El proceso de elaboración del elemento de hardware de un escudo Arduino no es diferente a cualquier otro diseño de circuitos. Como complemento a este artículo, un escudo táctil capacitiva basada en la tecnología QTouch ® de Atmel se desarrolló. El proyecto se llama "TickleShield" y está alojado en la nueva "Espacios" WebSite3 colaboración de Atmel. La intención de este proyecto era crear una tabla sencilla de usar que proporciona una interfaz táctil fácil de complementar cualquier proyecto que requiera un control simple o el control de un sistema gráfico, basado en menús.

Para ello, se eligió el controlador táctil capacitiva AT42QT2120, ya que prevé cinco botones junto con un guardia escudo para protegernos de detecciones no deseadas mientras se limpiaba la humedad o el líquido de la superficie táctil. Además, el controlador dispone de una entrada de detección de proximidad que podría ser utilizado para encender la iluminación ambiental como se detecta una mano se acerca.

El estado de la AT42QT2120 se puede leer a través de seis salidas lógicas que están vinculados a seis de las entradas digitales de la Arduino a la que está conectado. Para el escudo para ser utilizado en una configuración autónoma, las salidas del dispositivo de AT42QT también se alimentan a un encabezado estándar 0,1 ". En el caso de que el cableado estándar de la pantalla no se ajusta a las necesidades del usuario, enlaces 0ohm se pueden quitar y salidas del controlador AT42QT pueden ser reconfigurados como deseado.

Figura 3 - Diagrama de bloques del AT42QT2120

El esquema para el diseño es relativamente simple. El principal desafío radica en el diseño de la PCB. Para lograr un diseño táctil capacitiva robusto y fiable, con cuidado se debe prestar atención al diseño y el diseño del botón táctil, detección de proximidad y de elementos del anillo protector del tablero. De Atmel QTAN0079 Application Note (botones, deslizadores y ruedas Sensor Guía de Diseño) es una excelente fuente de información en este caso.

Para evitar el rediseño de la disposición de las plataformas Arduino, los diseños de hardware de código abierto, que consisten en proyectos EagleCAD, se puede utilizar como base para un escudo. Aquí se utilizó el Arduino MEGA 2560, tomando el diseño de la placa y pelar todo por la borda a excepción del agujero pasante interconecta a los lados de la junta. Importación de esta vuelta a EagleCAD como un nuevo componente garantiza la disposición exacta de las clavijas y, si es necesario, los agujeros.

Exportar el diseño usando la EagleUp código abierto plug-in, es posible crear a continuación una prueba de concepto de diseño 3D en SketchUp herramienta de Trimble. Exportar el resultado en la herramienta de representación Maxwell, un diseño de la placa foto-realista puede ser creado con fines de comercialización.

Para completar el paquete de prestaciones que es importante proporcionar, como mínimo, algún software para la plataforma Arduino para servir de ejemplo de cómo utilizar las características del blindaje. Desde aquí, los pasos para crear una biblioteca que no son particularmente complejos. Hay un excelente tutorial4 en el sitio web de Arduino que describe un proceso sencillo pasar de código de la aplicación de trabajo a una biblioteca completa que se integra en el IDE de Arduino.

Figura 4 - Diseño 3D de TickleShield con diseño de SketchUp superpuesta a una representación de la misma Maxwell

Stuart Cording

Control IC reemplaza balasto magnético en las lámparas fluorescentes

A rentable IC de control de los balastos magnéticos utilizados en las lámparas fluorescentes se ha introducido en un International Rectifier. Los IRS2538DS emula el comportamiento de un sistema de control de balasto magnético y utiliza lastre patentada de la compañía y las tecnologías de alto voltaje para ofrecer lo que describe como un fácil de usar y de alto rendimiento, costo de reemplazo del lastre magnético solución de chip único efectivo.

Disponible en un paquete compacto SO8, método de control de la IC alcanza con alto factor de potencia ultra baja distorsión armónica para eliminar la necesidad de una etapa de corrección de factor de potencia y el condensador electrolítico en la entrada. El IC integra un circuito de 600V de medio puente de control de arranque MOSFET y un conjunto de características de protección para reducir aún más el número de componentes y el área de PCB, y aumentar la fiabilidad, según la compañía.

La solución balasto electrónico es de tamaño pequeño, ligero de peso, y no tiene luz parpadeo y, según la compañía, ofrece una excelente fiabilidad y la eficiencia de costos para una asequible alternativa más ecológica a los enfoques existentes.

También dispone de precalentamiento, los modos de la lámpara de encendido y en funcionamiento, circuito cerrado de la lámpara de control de corriente, el tiempo de precalentamiento fijo (2s típico), adaptación de tiempo muerto (0.5us a 1.5us típico), lámpara de inserción de rearranque automático, microenergía arranque ( 125uA) y un diodo Zener 15.6V abrazadera interna de Vcc.

Inductores de energía se extienden de la batería

YS inductores de potencia SMD se utilizan para aplicaciones de conversión de tensión, tales como DC / DC convertidores de potencia para aumentar la tensión a partir de una tensión de la batería parcialmente reducido. Esto ahorra espacio, dice Laird Technologies, mediante el uso de un menor número de baterías para dispositivos electrónicos portátiles, como teléfonos móviles, cámaras digitales y unidades GPS.

Los inductores ofrecen las pérdidas de potencia más bajos, lo que resulta en un diseño más eficiente que sus competidores, afirma la compañía. Ellos son de perfil bajo y miniatura de tamaño. Ofrecen mayor inductancia y corriente de batería inductores tradicionales series principales. También son AEC-Q200 calificado, para su uso en aplicaciones de automoción.

Nano temporizadores prolongar la permanencia de captación de energía

Dos temporizadores programables del sistema reduce significativamente el consumo de energía de reserva del sistema, dice Texas Instruments. El TPL5000 con temporizador de vigilancia y TPL5100 con chofer MOS Empató sólo 30 nA de corriente, una reducción del 90% en comparación con soluciones de la competencia, según la compañía. También reemplazan temporizador interno de un microcontrolador, lo que le permite permanecer en el modo de bajo consumo. Como resultado, ellos permiten a los diseñadores para lograr ahorros de energía de reserva del sistema de hasta el 80% respecto a las soluciones existentes.

La dirección temporizadores nano una gama de sistemas de recolección de pilas y energía, incluidos los detectores de humo, alarmas de CO, etiquetas de precios inteligentes, sensores de ocupación, cámaras de seguridad, cerraduras de puertas, nodos de sensores inalámbricos y registradores de datos. En estas aplicaciones, el sistema principal está en el modo de reposo o modo de alimentación hacia abajo la mayor parte del tiempo, lo que hace que el consumo de energía del contador de tiempo interno del microcontrolador significativa. Al llamar la menor corriente de un temporizador del microcontrolador, ambos dispositivos también se extienden la vida útil de estos sistemas.

El menor consumo de energía permite el uso de baterías más pequeñas y asequibles, al tiempo que amplía la vida de la batería. Retardo de tiempo seleccionable del TPL5000 puede establecerse entre uno y 64 años para aumentar la duración de la batería en los detectores de humo, por ejemplo. Puede ser programado para 16 - a 1.024 s intervalos de captadores de energía, nodos de sensores inalámbricos y registradores de datos, donde los cambios de los datos de medición lentamente.

El TPL5000 apoya la norma de seguridad europea EN50271 sin aumentar el presupuesto el consumo de energía de un sistema. Los temporizadores nano se pueden combinar con cualquier microcontrolador, incluyendo de la compañía Tiva C Series TM4C123x ARM Cortex-M4, C28x Piccolo y programable MSP430G2553 Value Line. También se puede utilizar con el configurable LMP91000 potenciostato AFE para la detección química o LMP91050 AFE configurable para NDIR de detección, así como la nano-bq25504 de administración de IC, y TPS62175 TPS61220 y convertidores CC / CC.

Módulos de evaluación están disponibles y se conectan directamente a la MSP430, Tiva C Serie C2000 y plataformas de lanzamiento de Piccolo para probar temporizador de vigilancia y las características de ciclismo de energía. IBIS modelos también están disponibles para el TPL5000 y TPL5100 para verificar la integridad de la señal.

Condensadores de capa dobleeléctrica (EDLC) con la mayor tensión de la industria (3.0 V) y una resistencia interna de sólo 25 m

ROHM Semiconductor ha desarrollado nuevoscondensadores de capa dobleeléctrica (EDLC) con la mayor tensión de la industria (3.0 V) y una resistencia interna de sólo 25 mΩ.

Estos diseños delgados, que han sido desarrollados para servir comofuentes de alimentación auxiliares, ofrecen mejoras en salida y capacitancia en comparación con condensadores convencionales.

Su formato compacto es idóneo en memorias y microcontroladores de dispositivos de control, como contadores inteligentes y la función “flash” de cámaras digitales.

El encapsulado de aluminio contribuye a incrementar la salida y reducir el tamaño y, por consiguiente, ayudar a la miniaturización del producto final.

Futuros desarrollo incluirán circuitos periféricos, como módulos de Flash LED, y combinaciones con IC, LED y módulos. ROHM tiene el objetivo de continuar aumentándolas capacitancias para cumplir con la creciente necesidad de dispositivos de almacenamiento de energía en la industria de la automoción y equipos industriales.

Requerimientos de monitorización de pilas Li-ion y revisará la arquitectura y los componentes usados en los subsistemas de control de batería y comunicaciones digitales y en el interface de aislamiento.

Las tareas de gestión del stack de batería litio-ion (Li-ion) de elevada tensión se enfrentan a grandes retos en vehículos eléctricos (EV) e híbridos (gasolina / electricidad).

Los ciclos de carga y descarga deben ser monitorizados y controlados, mientras que el stack de batería, que suele desarrollar tensiones de varios cientos de voltios, tiene que ser aislado para cumplir los estándares de seguridad.

En particular, este artículo analizará los requerimientos de monitorización de pilas Li-ion y revisará la arquitectura y los componentes usados en los subsistemas de control de batería y comunicaciones digitales y en el interface de aislamiento.

En el sistema de gestión, la tarjeta de seguimiento de batería usa dos elementos esenciales para monitorizar (con la máxima fiabilidad) el estado de la pila y entregar resultados digitales a un procesador host que dirige la operación.

Separando estos subsistemas, un interface de señal que emplea aislamiento entre la circuitería de sensado de batería de alto voltaje y los dispositivos de comunicación en las tarjetas garantiza que estas tensiones elevadas no afectan al subsistema digital.

 

El sofisticado sistema electrónico demandado para cumplir los requerimientos de rendimiento, seguridad y fiabilidad en vehículos eléctricos “proviene” de las propias características de la pila Li-ion.

En una pila Li-ion de descarga, el litio se suele ionizar en un ánodo de grafito y los iones se mueven hacia un electrolito para “atravesar” un separador y llegar a un cátodo, provocando un flujo de carga. El proceso de carga invierte el flujo, “trayendo” los iones de litio desde el cátodo (a través del separador) al ánodo.

El rendimiento y la fiabilidad de este proceso químico dependen de la temperatura y de la tensión de la pila. Con bajas temperaturas, la reacción se ralentiza y el voltaje se reduce. Cuando la temperatura aumenta, el ratio de reacción se incrementa hasta que los componentes de la pila de Li-ion comienzan a colapsarse.

Por ejemplo, con una temperatura superior a +100 °C, el electrolito empieza a colapsarse y libera gases que pueden ejercer presión a la hora de diseñar celdas sin mecanismos pressure-relief.

Con temperaturas suficientemente altas, las pilas Li-ion pueden experimentar una fuga térmica si los óxidos se colapsan, liberando oxígeno, que también contribuye a acelerar el aumento de temperatura.

Por consiguiente, mantener unas condiciones operativas óptimas de las celdas de Li-ion supone un requerimiento crítico en el sistema de gestión de batería. El desafío en el proceso de diseño del sistema de control / gestión es garantizar la recopilación y el análisis de datos fiables para monitorizar el estado de las pilas de Li-ion en el vehículo, un problema por la propia naturaleza de las propias celdas.

En un EV, como el Chevy Volt, el pack de batería contiene 288 celdas de Li-ion prismáticas, que se dividen en 96 grupos batería-celda conectados para desarrollar una tensión de sistema de 386.6 Vdc. Estos grupos se combinan con sensores de temperatura y elementos de refrigeración en cuatro módulos de alimentación.

Las líneas voltage-sense acopladas a cada grupo de celdas terminan en un conector en la parte superior del módulo de batería, mientras que un arnés voltage-sense une el conector a un módulo de interface de batería.

Aquí, los cuatro módulos de interface de batería codificados por colores operan en diferentes posiciones del stack de batería, que se corresponden con los rangos de baja, media y alta tensión deoffset de tensión dc.

Los datos desde los módulos de interface de batería se mueven upstream hacia el módulo de control de energía. Este módulo, en cambio, envía información de condiciones de fallo, estado y diagnóstico al módulo encargado del control powertrain híbrido que, a su vez, funciona como controlador host para tareas de diagnóstico del vehículo. En cualquier momento, el sistema ejecuta más de quinientos análisis cada décima de segundo, de los que el 85 por ciento se centran en la seguridad del pack de batería, y el resto se ocupa del rendimiento y de la duración.

Cada una de las cuatro PCB de módulo de control de interface de batería en el Chevy Volt combina circuitos de sensado con circuitería de comunicaciones CAN aislada por optoacopladores que se ubican en el borde del subsistema de comunicaciones.

Tarjeta multicapa

El análisis downstream de las prestaciones de la batería comienza con el módulo de control de interface, como el usado en el Chevy Volt (Figura 1). Diseñada para aportar elevada integridad de señal, esta PCB de cuatro capas combina técnicas trace-layout, aislamiento y planos de tierra.

La capa superior incluye la mayoría de componentes, como aislantes ópticos, un plano de tierra y trazas de señal con múltiples vías que ofrecen conexión al resto de capas. En la segunda, los planos de potencia y tierra se “extienden” bajo las zonas de elevada tensión de la PCB, y la tercera contiene trazas de señal que “pasan” por debajo de las áreas antes mencionadas. El otro lado de la tarjeta de circuito impreso (cuarta capa) se emplea para el plano de tierra y las trazas de señal, así como para algunos componentes adicionales.

En los vehículos eléctricos, las tareas de comunicaciones y control representan la “piedra angular” de su funcionamiento y, en un coche, como el Volt, múltiples redes aíslan y protegen subsistemas individuales. Algoritmos complejos gestionan los grupos de celdas Li-ion y monitorizan los packs de batería de cada subsistema de sensado en un módulo de control de interface particular.

Sin embargo, últimamente los datos críticos necesarios para la gestión de la batería están emplazados en el interface de señal de bus de red de área de control (CAN) y una señal de fallo de alta tensión.

Al mismo tiempo, la seguridad y la fiabilidad dependen del aislamiento de la red de bus CAN desde los circuitos de sensado de elevado voltaje. Aunque dicho aislamiento se puede diseñar usando diversos métodos y componentes, el entorno adverso y las múltiples regulaciones hacen que los optoacopladores se conviertan en la solución preferida en este tipo de aplicación.

Los optoacopladores ofrecen inmunidad al ruido en modo común y también son insensibles a la EMC y la EMI asociadas a cualquier entorno eléctricamente ruidoso, como es un automóvil. Además, estos dispositivos proporcionan elevados niveles de aislamiento, algo vital para hacer frente al estrés de tensión dc del pack de batería, así como a los transitorios que se pueden producir durante los procesos de test, conexión / desconexión de cargador y conversión dc / dc.

En la elección de este componente esencial, los principales requerimientos para su uso en el sector de la automoción son un encapsulado adecuado y las especificaciones de tensión operativa.

A pesar de que las especificaciones de rendimiento, como velocidad, ratio de datos y consumo de energía, son importantes, los conceptos relativos a EMI, conmutación rápida y transitorios de elevada corriente, que tienden a limitar la necesidad de dispositivos de alta velocidad e incrementar la demanda de mayor fiabilidad en el ajuste de slew rate para minimizar las interferencias EMI.

Para cumplir estos estrictos requerimientos, Avago cuenta con varias familias de optoacopladores que pueden gestionar el sensado de tensión en los packs de batería, ofrecer aislamiento en los interfaces de comunicaciones de datos y aportar otras funciones. La Tabla 1 muestra algunos de los dispositivos especialmente indicados para vehículos.

Optoacopladores para aplicaciones de automoción

Optoacoplador de grado-automoción

Por ejemplo, el optoacoplador ACPL-M43T de Avago Technologies proporciona aislamiento en las PCB del módulo de control de interface de batería. Este miembro de la familia R2Coupler de grado-automoción con canal digital se suministra en un encapsulado Jedec SO-5 de 5-lead diseñado para montaje en superficie.

Junto con el aislamiento reforzado, los dispositivos R2Coupler, como el ACPL-M43T utilizan bobinas dobles para fortalecer los pads funcionales críticos (Figura 2).

Para dispositivos R2Coupler de grado-automoción, como el optoacoplador ACPL-M43T, Avago refuerza los pads funcionales críticos con doublé wire bond, como se observa en la zona resaltada.

Los optoacopladores herméticos también han demostrado mejoras en fiabilidad y rango de temperatura operativa en comparación con aquellos modelos basados en LED de grado-consumo.

Destinado para aplicaciones de automoción, este optoacoplador usa LED de grado-automoción, ha sido fabricado según el estándar de calidad ISO / TS16949 y cumple las especificaciones AEC-Q100.

El dispositivo es ideal para superar los requerimientos de pack de baterías en EV, con especificaciones que incluyen tensión operativa continua de 567 V, sobretensión transitoria máxima de 6000 V y creepage yclearance de 5 mm.

Este optoacoplador también se caracteriza por una elevada inmunidad a los transitorios en modo común de 30 kV / µs para salida de baja o alta lógica con corriente de entrada directa de 10 mA, reduciendo la probabilidad de que transitorios provenientes de otros subsistemas de automoción entren en la red de transmisiones CAN.

La velocidad de 1 M baudio es más que suficiente para este tipo de diseño. Además, el dispositivo cuenta con una salida de recopilación abierta que permite a los ingenieros “sintonizar” el slew rate de salida y así minimizar las emisiones electromagnéticas que podrían provocar efectos secundarios en las tareas de conmutación de componentes downstream, incluyendo transceptores CAN, a pesar de la baja EMI inherente en el protocolo de transmisión física CAN.

En la PCB del módulo de interface de batería, los ACPL-M43T se sitúan en el borde de la sección de comunicaciones, aislándola de otros subsistemas de sensado de alta tensión que son protegidos por planos de tierra en capas más profundas de la tarjeta de circuito impreso.

El interface de aislamiento ofrece tres optoacopladores individuales para cada una de las tres líneas de cada circuito de sensado: pin de salida CAN Tx, pin de entrada MCU CAN Rx y señal de fallo de elevada tensión desde el MCU.

El optoacoplador Avago ACPL-M43T aísla señales entre el MCU y el transceptor CAN

La salida desde el pin MCU CAN Tx, por ejemplo, atraviesa una capa de señal apantallada en la PCB para alcanzar el ánodo de pin 1 de un dispositivo ACPL-M43T para suministrar energía al LED embebido, provocando un cambio de estado en el pin 5 Vo (Figura 3). La señal aislada, entonces, pasa a la fase de salida de comunicaciones del módulo de interface de batería.

Por lo tanto, los optoacopladores tienen un papel muy importante en el subsistema electrónico de vehículos eléctricos e híbridos al proporcionar aislamiento de señal, inmunidad al ruido y protección (seguridad) de sistema, y evitar tensiones elevadas que pudieran provocar daños en el coche y, consecuentemente, a los ocupantes. El Chevy Colt es sólo un ejemplo de cómo los optoacopladores de Avago facilitan la gestión del stackde batería.

El VOS628A y el VOS627A Optoacopladores con baja corriente de entrada

Vishay Intertechnology, Inc. ha extendido su portfolio de optoacopladores con el lanzamiento de dos nuevas series de unidades de 4 pines con baja corriente de entrada AC y salida de fototransistor.

El VOS628A y el VOS627A se suministran en un encapsulado mini-flat SSOP compacto con una construcción de doble molde, que ahorra hasta un 60 por ciento de espacio de tarjeta en comparación con un DIP-4 y aumenta el rendimiento con respecto a construcciones co-planar de otros fabricantes.

Con corrientes de entrada AC de ±1 mA (VOS628A) y ±5 mA (VOS627A), los nuevos optoacopladores están especialmente indicados para controladores de lógica programable, sistemas de control industrial y aplicaciones de automatización en oficinas, ya que protegen a los usuarios ante choques eléctricos y salvaguarda los microprocesadores en caso de picos rápidos de tensión.

Para ayudar a incrementar la flexibilidad de los diseñadores, los modelos half-pitch mini-flat VOS628A y VOS627A se encuentran disponibles con una amplia variedad de rangos de ratio de transferencia de corriente (CTR), desde el 50 al 600 por ciento.

Los nuevos dispositivos, también conocidos como opto-aislantes, se caracterizan por diodos emisores de infrarrojos de GaAs que se acoplan ópticamente en un detector de fototransistor plano de silicio.

Su encapsulado SSOP-4 ofrece un ratio de tensión de aislamiento de 3750 VRMS, un half lead pitchde 1.27 mm y distancia de creepage & clearance de 5 mm.

Esta nueva serie es compatible con la Directiva RoHS 2011/65/EU y conforme a los estándares Vishay “Green”. También supera los estándares de seguridad UL, CSA (doble protección), VDE, FIMKO y CQC.

Condensadores de tántalo MIL-PRF-39006

AVX Corporation se ha convertido en “proveedor cualificado” de condensadores de tántalo húmedo de nivel MIL-PRF-39006 “P” y “R” de las series CLR 79/81 y CLR 90/91 de baja ESR de hasta 100 V.

Ampliando la serie MIL-PRF-349006 más allá de los componentes de nivel “M” (con un ratio de fallo del 1 por ciento por cada mil horas), los condensadores de nivel “P” y “R” han completado 10.000 horas de pruebas y exhibido un ratio de fallos de 0.1 y 0.01 por ciento por cada mil horas, respectivamente.

La resistencia a las subidas de tensión y el diseño herméticamente sellado en una cubierta de tántalo tubular de carga axial permiten su uso en entornos adversos.

Estas unidades MIL-PRF-39006 “M”, “P” y “R” se caracterizan por baja Resistencia Serie Equivalente (ESR), alta capacitancia bulk, elevados ratios de corriente de rizado y mayor tensión que la tecnología de tántalo sólido para operar en aplicaciones eléctricas heavy duty, como filtrado de entrada y salida y almacenamiento y descarga de energía.

Con una capacitancia de 2.5 a 1200 µF y una tensión de 6 a 100 V, estos nuevos condensadores de tántalo húmedo se encuentran disponibles en tamaños T1-T4 para adecuarse a tareas legacy, y en versiones de baja ESR con un rango de temperatura de -55 a +125 °C.

Además, para poder emplear el tántalo húmedo en aplicaciones que no requieren la “cualificación militar”, también están en fase de producción versiones COTS-Plus (serie TWC).