Los IC de administración de energía (PMIC) aparecen el lugares inesperados

Donde hay energía, se necesita cierto nivel de monitoreo y administración de energía. Por supuesto, esto no es ninguna novedad para los diseñadores con experiencia real. Lo interesante es cómo la proliferación de productos electrónicos en general (y productos electrónicos inteligentes en particular) también ha ampliado la necesidad de circuitos integrados de administración de energía (PMIC) bien enfocados.

Esto sucede debido a la expansión de procesadores, firmware y control de movimiento en nichos de aplicaciones menos evidentes. La necesidad de PMIC también está alcanzando “los rincones y las grietas” de los automóviles, ya que los diseñadores utilizan cada vez más interfaces y controles de procesadores para permitir la comprensión rápida de esa frase tan citada: “El software se está comiendo el mundo”.

Considere la simple ventanilla del auto. Hasta hace 50 años aproximadamente, estas ventanillas se manejaban de forma manual con un acoplamiento mecánico accionado por una manivela giratoria a mano; cada ocupante del auto tenía que manejar su propia ventanilla con el “brazo” como fuente de energía (Figura 1).

Figura 1: La ventanilla manual del auto accionada por una manivela fue la única opción durante muchos años. (Fuente de la imagen: How a Car Works [Cómo funciona un auto])

Usted podía comprar una simple manivela de repuesto en caso de que se rompiera la suya en cualquier tienda de repuestos automotrices, y también eran populares las manivelas decorativas del mercado de accesorios automotrices (Figura 2).

Figura 2: Las manivelas de repuesto simples, así como las versiones decorativas, eran artículos estándar de la tienda de repuestos automotrices cuando las ventanillas se accionaban por manivela. (Fuente de la imagen: Joom SIA)

Las ventanillas eléctricas se introdujeron por primera vez en la década de 1940, pero utilizaban un sistema hidráulico controlado eléctricamente, ya que la tecnología de motor eléctrico pequeño (tamaño, potencia y control) no era muy avanzada para permitirles insertarlo en la puerta. Sin embargo, en la década de 1960, el Cadillac Fleetwood apareció en serie con ventanillas accionadas por motores eléctricos y, en el plazo de casi una década, las ventanillas eléctricas se convirtieron en una característica estándar de la mayoría de los autos, un índice bastante rápido para la adopción del mercado de consumo.

Se utilizaron dos mecanismos básicos para lo que formalmente se denomina regulador de ventanilla: el regulador del tipo cable Ford (Figura 3) y el regulador de ventanilla del tipo transmisión por engranajes Toyota (Figura 4).

Figura 3: El mecanismo de potencia Ford para el regulador de ventanilla utilizaba un ensamblaje corredizo y de cables. (Fuente de la imagen: Samarins)

Figura 4: El mecanismo de potencia Toyota se basaba en una disposición en forma de tijera con engranajes. (Fuente de la imagen: Samarins)

Independientemente del diseño de material utilizado, ambos tenían un aspecto en común. La energía CC de 12 voltios no regulada iba directamente desde la batería del auto a los motores de la ventanilla a través de los interruptores de control individuales del conductor/pasajero. En consecuencia, la incorporación de esta “característica conveniente” en el auto agregó una carga cada vez mayor de arneses de cables más gruesos y los desafíos de enrutarlos dentro del vehículo.

Afortunadamente, la migración del uso de redes de baja velocidad, como el bus de la Red del área de control (CAN) o la Red de interconexión local (LIN Bus) dentro del auto, ha reducido la dificultad del arnés de cables. Ahora, la energía de 12 voltios se dirige solo al motor del regulador en la puerta, mientras que el interruptor en red con cableado más fino puede indicar al controlador del motor que eleve, baje o detenga la ventanilla. En pocos años, lo que comenzó como un controlador básico del motor de ventanilla apto para redes se convirtió en un controlador inteligente con procesador y capacidades de rendimiento avanzadas

Como en la mayoría de las mejoras, hay otros “efectos residuales”. El circuito integrado (IC) mejorado de la interfaz de red de la ventanilla o del controlador del motor necesita administración y regulación de energía más sofisticadas, y ahí es donde aparece el PMIC. Este IC debe monitorear y administrar la energía CC, y debe hacer una prueba automática para asegurarse de detectar rápidamente cualquier variación excesiva en la energía u otros problemas, y se deben tomar las medidas necesarias antes de que haya algún daño en el motor o los componentes relacionados.

Esa es la función del MAX16137 de Maxim Integrated. Este circuito de supervisión muy preciso y de bajo voltaje monitorea un riel de voltaje de suministro de sistema único para fallas de subtensión y sobretensión, específicamente dirigido a las necesidades de las ventanillas eléctricas de automóvil y sus IC de interfaz o controlador, aunque se puede utilizar para un monitoreo similar en cualquier parte del vehículo (Figura 5).

Figura 5: El IC de supervisión de energía del MAX16137 funciona en conjunto con el administrador de control del motor para monitorear el riel de energía. (Fuente de la imagen: Maxim Integrated)

Si el voltaje de suministro monitoreado cae por debajo del umbral de subtensión o supera el umbral de sobretensión, la salida de reinicio del IC disminuye; esta salida regresa al estado “normal” después de un período de tiempo de espera de reinicio una vez que el voltaje de suministro regrese dentro de la ventana del umbral de subtensión y sobretensión. El 1 % de precisión ofrece regularidad de supervisión, mientras que el valor de la ventana de subtensión y sobretensión puede estar establecido de fábrica en ±4 por ciento a ±11 por ciento del voltaje objetivo.

Esa es solo una función del MAX16137. Además, la capacidad de diagnóstico de su prueba automática integrada (BIST) única monitorea el estado del circuito de reinicio interno durante el encendido (Figura 6). Si la BIST falla, el MAX16137 adopta un valor bajo de salida de su BIST para alertar al procesador relacionado.

Figura 6: Junto con la administración de energía estricta, el MAX16137 tiene un bloque de BIST que monitorea el estado del circuito de reinicio interno durante el encendido. (Fuente de la imagen: Maxim Integrated Products)

El espacio en las puertas de los autos escasea, por lo que el paquete de 2 × 2 milímetros (mm) y 8 terminales del MAX16137 es una opción adecuada y, por supuesto, está calificado según AEC-Q100. El diagnóstico avanzado en el nivel de chip ayuda a los desarrolladores a cumplir con los requisitos de seguridad funcional en el nivel de sistema, con espacio en la placa notablemente reducido.

Conclusión

Si un diseño ha dispersado físicamente los procesadores y controladores inteligentes, especialmente en un entorno hostil en cuanto al aspecto eléctrico, es importante tener PMIC localizados para garantizar que los problemas y las fallas de energía no produzcan errores transitorios o permanentes del sistema. Los usuarios esperan un rendimiento constante y confiable, y no quieren que aparezca una luz de “revisar el motor” por problemas relacionados con todos los procesadores o controladores esparcidos del auto. En especial, este es el caso cuando varios de estos nodos esparcidos no son cruciales para las funciones básicas del auto. Los IC como el MAX16137 ofrecen una solución para garantizar la confiabilidad aún en condiciones extremas.

Referencias:

1. GoMechanic, “Power Windows In Cars and the Interesting History Behind Them” [Las ventanillas eléctricas de los autos y la interesante historia detrás de ellas]

https://gomechanic.in/blog/history-behind-power-windows/

2. Wikipedia, “Power Window” [Ventanilla eléctrica]

https://en.wikipedia.org/wiki/Power_window

3. Samarins, “Power window regulator, window motor: problems, testing, replacement” [Regulador de la ventanilla eléctrica, motor de la ventanilla: problemas, pruebas, repuestos]

https://www.samarins.com/glossary/window-regulator.html