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Dossier.

Semiconductores de Potencia

mundo Nº 424 • DICIEMBRE 10

ELECTRÓNICA DE POTENCIA. Soluciones altamente integradas en sistemas fotovoltaicos Sensor de luz ambiental para equipos portátiles DISEÑO. Diferencias entre diseño analógico y digital TELECOM. Retos de los sistemas E/S en comunicaciones OPTRÓNICA.

España: 19€ 19 - Extranjero: 27€ 27€ - CETISA EDITORES


Premio Excelencia a la Comunicación 2006 Col.legi d’EnginyersTècnics deTelecomunicacions (COETTC)

EDITORIAL

mundo

www.mundo-electronico.com

Semiconductores para ahorrar

EDITOR ÁREA ELECTRÓNICA: Eugenio Rey [rey@cetisa.com] DIRECTOR: Sergio Lorenzi [lorenzi@cetisa.com] COLABORADOR: Juan José Salgado REDACTOR: David García Vazquez MAQUETACIÓN: Rafael Cardona [cardona@cetisa.com] PUBLICIDAD Enric Carbó [ecarbo@cetisa.com] Miquel Cabo [mcabo@cetisa.com] Publicidad Internacional Sergio Lorenzi [lorenzi@cetisa.com] Módulos Susana Al Bitar [susana.albitar@tecnipublicaciones.com] Coordinadora Publicidad Isabel Palomar [ipalomar@cicinformacion.com] SUSCRIPCIONES Ingrid Torné e Elisabeth Díez [suscripciones@tecnipublicaciones.com] CONSEJO ASESOR JOSÉ LUIS ADANERO, JOSÉ CABALLERO ARTIGAS, ANDRÉS CAMPOS, ERNESTO CRUSELLES, EDMUNDO FERNÁNDEZ, PERE FITER, JESÚS GARCÍA TOMÁS, FRANCISCO J. HERRERA GÁLVEZ, GABRIEL JUNYENT, EMILIO LERA, FRANCISCO J.LÓPEZ HERRERO, MANUEL LÓPEZ-AMO SAINZ, JOSE MIGUEL LÓPEZ-HIGUERA, EDELMIRO LÓPEZ PÉREZ, CARLES MARTÍN BADELL, SALVADOR MARTÍNEZ, JOSÉ A. MARTÍN-PEREDA, MIGUEL DE OYARZÁBAL, RAMÓN PALLÀS, JUAN JOSÉ PERÉZ, RAFAEL PINDADO, JAVIER DE PRADA, VALENTÍN RODRÍGUEZ, SERGIO RUIZ-MORENO, JOSÉ M.SÁNCHEZ PENA, FRANCISCO SERRA, JOSÉ LUIS TEJERINA, PEDRO VICENTE DEL FRAILE, CARLOS VIVAS, JOSEBA ZUBIA. Edita:

Director General: Antonio Piqué Morató Directora Delegación de Cataluña: María Cruz Álvarez Editora Jefe: Patricia Rial OFICINAS: Administración: Avda Manoteras, 44 - 28050 MADRID Tel 91 297 20 00 - Fax 91 297 21 52 Redacción: Enric Granados, 7 - 08007 BARCELONA Tel 93 243 10 40 - Fax 93 349 23 50 CORRESPONSALES Valencia: J. ESPÍ, [José.Espi@un.es] Dpto. Ingeniería Electrónica. - Escuela Técnica Superior de Ingenieria. - Universitat de Valencia, Campus de Burjassot. C/ Dr. Moliner, 50. - 46100 Burjassot Argentina: ERNESTO FEDERICO TREO [etreo@herrera.unt.edu.ar] NATALIA M. LÓPEZ CELANI [nlopez@gateme.unsj.edu.ar]

L

a eficiencia energética pasa indefectiblemente por recurrir a la ayuda de la Electrónica, lo cual en último término pasa por semiconductores optimizados, capaces de aportar las prestaciones necesarias para lograr los objetivos más ambiciosos en cuanto a rendimiento y consumo. Algunos expertos reconocen que las arquitecturas actuales están llegando a su límite, más aún ante las exigencias que presentan numerosas aplicaciones, como las comunicaciones móviles de última generación (3G/4G) o los centros de datos. Surgen entonces nuevos planteamientos en los cuales hay una mayor participación del software así como una mayor flexibilidad, que asigna recursos en función de las necesidades de suministro. El control de potencia cobra un mayor protagonismo ante las condiciones cambiantes de la carga y de los estrechos márgenes de precisión. Esta misma precisión es la que exige en última instancia introducir nuevos encapsulados cuya misión es doble principalmente: por un lado, mejorar la respuesta térmica del dispositivo y aumentar la densidad de potencia, y por tanto reducir el tamaño del sistema en su conjunto. Dispositivos como los MOSFET desempeñan un papel clave en este sentido, y en concreto los esfuerzos de los fabricantes se centran en minimizar las pérdidas de conmutación y conducción, reducir la resistencia en conducción y la carga de puerta, y recurrir a métodos de control más avanzados. En concreto los encapsulados más recientes para montaje superficial (SMD) logran una disipación mucho más eficiente del calor, lo cual a su vez juega a favor de la fiabilidad. La introducción de nuevos compuestos más allá del silicio es otra de las tendencias que se van consolidando. Así, el carburo de silicio (SiC) presenta mejoras como la banda prohibida (band gap) y el coeficiente térmico, de ahí que resulte especialmente indicado para entornos con altas temperaturas. En concreto dispositivos como los diodos Schottky se están viendo beneficiados por recurrir al SiC, sobre todo en el ámbito del automóvil con los vehículos eléctricos e híbridos. La indudable pujanza de los semiconductores de potencia se está viendo influida negativamente por la escasez de suministros, que se traduce en unos plazos de entrega más prolongados. La dinámica del mercado mundial de semiconductores, con sus ya tradicionales altibajos, está llamada a marcar la evolución de la demanda en 2011.

Los colaboradores de Mundo Electrónico pueden desarrollar libremente sus temas, sin que ello implique la solidaridad de la revista con su contenido. Los autores son los únicos responsablesde sus artículos. Los anunciantes son los únicos responsables de sus anuncios. Se prohíbe la reproducción total o parcial de ningún artículo de Mundo Electrónico, ni el almacenamiento en un sistema de informática ni transmisión en cualquier forma o por cualquier medio, electrónico, mecánico, fotográfico, registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los editores. Reservados todos los derechos de reproducción, publicación, préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión del uso delejemplar para todos los países e idiomas. © Grupo Tecnipublicaciones, S.L. Impresión: Sayn. Printed in Spain. Dep. Legal: B. 24928-71 - ISSN-0300-3787

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sumario

La portada FADISEL

Nº 424 / DICIEMBRE 10

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03 Editorial

Semiconductores para ahorrar

06 Actualidad

Europa apuesta por los dispositivos de bajo consumo - España redujo sus inversiones en I+D durante 2009 - Se consolidan los navegadores para la red en los vehículos - Disponible la especificación PCIe Base 3.0 - Renesas anuncia microcontroladores de 4ª generación - Surge una alternativa a las unidades de disco duro - Monitor de potencia en una carga que mejora las medidas de corriente en rama alta

6

16 Dossier: Semiconductores de Potencia

■ Donde acaba la eficiencia y empiezan las alternativas por Richard F. Zarr ■ Los avances en el encapsulado y el silicio para MOSFET elevan la eficiencia y la densidad de potencia por Sian Cummings ■ Nuevos dispositivos basados en SiC para el automóvil y la industria por Masanori Tanimura ■ Topología de anillo de potencia para inversor de módulos IGBT por José Luis Learte

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30 Tendencias Electrónica de Potencia. ■ Soluciones altamente integradas en sistemas fotovoltaicos por Andreas Mangler Diseño. ■ Diferencias entre diseño analógico y diseño digital por Bonnie C. Baker

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Telecomunicaciones. ■ Retos de los sistemas E/S en comunicaciones por Jim David Electrónica de Potencia. ■ Sensor de luz ambiental para equipos portátiles por Marc Frochte

52 Optrónica 50

Estándar para LED de alto brillo - Avago presenta un optoacoplador para coches eléctricos e híbridos - Avance en transceptores ópticos - La tecnología OLED une a TEL y Epson - UDC se diversifica

54 Productos y servicios

La solución: Generadores y analizadores de última generación de Agilent

58 Índices y avance

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actualidad 6

EMPRESAS

La electrónica para la automoción se beneficia de las subvenciones gubernamentales

Iniciativa ENIAC

■ Las ventas de pantallas TFT y LCD para aplicaciones en la automoción (sistemas de navegación y monitores incorporados al cuadro de mandos del vehículo) han aumentado durante el segundo semestre del 2009 y el primero del presente año. Este repunte en las ventas está directamente relacionado con las reducciones de impuestos a la compra de coches y los subsidios gubernamentales. De esta manera, las ventas de estos dispositivos durante el segundo semestre de 2010 han aumentado más del doble con respecto a los primeros seis meses de 2009. Según el Quarterly Small/Medium Shipment and Forecast Report de DisplaySearch, empresa dedicada a estudios de mercado, las previsiones para el segundo semestre del presente año son aún mejores que la realidad vista en el primero. Y es que sus previsiones anuncian un aumento de más del 150% con respecto al mismo periodo del año anterior. De acuerdo con los números de DisplaySearch, Japón y Taiwán son los países más beneficiados por esta subida, ya que el primero produce más del 70% de las pantallas de TFT y LCD mundiales y el segundo produce el 60% del total de dispositivos de navegación fabricados.

■ La Unión Europea, a través de la iniciativa ENIAC (European Nanoelectronics Initiative Advisory Council), se ha marcado como meta lograr una independencia estratégica en el ámbito de los semiconductores WBG (Wide Band Gap) y para ello ha puesto en marcha el proyecto Last Power (Large Area silicon carbide Substrates and heTeroepitaxial GaN for POWER device applications). El objetivo es lograr un desarrollo de sistemas de alta eficiencia energética para todas las aplicaciones que requieran alimentación, desde las telecomunicaciones a automoción, pasando por electrónica de consumo y los electrodomésticos, sin dejar de lado las aplicaciones industriales. El consorcio desarrollará una tecnología europea para toda la cadena de producción basada en tecnología de carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN) heteroepitexial sobre obleas de silicio. Dos materiales que ofrecen elevada velocidad y capacidad de corriente, así como buenas características para soportan tensiones y temperatura.

Los 50 primeros subcontratistas en Europa acaparan el 76% del negocio ■ Reed Electronics Research, empresa dedicada a la investigación de mercados, ha realizado un estudio en el que se presenta la fotografía de las empresas de subcontratación en Europa. Una de sus principales conclusiones es que las 50 empresas que figuran por Reed Electronics representan el 76% de la facturación total de la subcontratación electrónica en Europa, valorada en 17.500 M€. Los tres primeros representan el 42% de esta cantidad, y son por este orden la taiwanesa Hon Hai Precision, que también es líder mundial; Flextronics, décima mundial; y Jabil Circuit. Entre las tres empresas manufacturaron más de 7.350 M€ en Europa. DIC 10 | Mundo Electrónico

Europa apuesta por dispositivos de bajo consumo UN SEGMENTO POTENTE El mercado de semiconductores de potencia representa alrededor del 30% del total del mercado y se ajusta a los cambios de forma significativa para responder al incremento de la demanda de dispositivos más eficientes, por lo que es un mercado con futuro. Los objetivos a trabajar en estos momentos son: crecimiento de SiC de gran área (150 mm) sobre obleas de silicio; desarrollo de nuevos y específicos equipos para la fabricación y caracterización; desarrollo de procesos eficientes y fiables para los dispositivos de SiC y GaN sobre obleas de 150 mm; producción de dispositivos MOSFET y JFET en estas tecnologías capaces de trabajar a temperaturas de hasta 250ºC y dispositivos HEMT de GaN para conmutación; y desarrollo de los encapsulados de última generación. El consorcio lo encabeza la compañía STMicroelectronics como coordinadora del proyecto.

Colaboración entre WiFi y HomePlug Powerline ■ La asociación WiFi, junto con la asociación HomePlug Powerline, han llegado a un acuerdo para facilitar y promover la adopción de sus tecnologías en las aplicaciones de redes de alimentación inteligentes. Según el acuerdo, ambas asociaciones van a juntar los esfuerzos para redactar las especificaciones y estándares para facilitar su interoperatividad en aplicaciones inteligentes. Las dos asociaciones participan en el SGIP (Smart Grid Interoperability Panel), que reúne a fabricantes y al NIST (National Institute of Standards and Technology) norteamericano, que están coordinando el desarrollo de estándares para redes de alimentación inteligentes. El SEP 2.0 (Smart Energy 2 applications Profile) ya ha seleccionado los primeros estándares en EE.UU. para el desarrollo de dispositivos de red domésticos que, ahora, en colaboración con las asociaciones WiFi y HomePlug Poweline deberían fun-

cionar tanto en redes inalámbricas como cableadas. En el año 2000 la asociación WiFi presentó su programa de certificación que proporcionaba la normativa y reglas para la interoperatividad y calidad de sus productos. En estos momentos ya cuentan con más de 8.000 productos certificados que se amplían cada día. ESPECIFICACIONES PARA BANDA ANCHA La asociación HomePlug, por su parte, cuenta también con toda una serie de especificaciones de red que incluyen HomePlug AV para aplicaciones en banda ancha, así como HomePlug GP (Green PHY) para aplicaciones en redes de energía inteligentes. La unión de ambas normativas dará como resultado una serie de productos que permitirán sacar mayor partido a las redes de alimentación inteligentes que se están poniendo en marcha en estos momentos a ambos lados del Atlántico.


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La mayor caída correspondió a pymes

España redujo su gasto en I+D durante 2009 ■ A pesar de la evolución positiva del gasto en I+D durante la última década, la crisis económica ha afectado esta tendencia durante el pasado ejercicio, ya que se contrajo un 0,8% respecto a 2008 para situarse en 14.582 M€. De esta manera, el gasto total representa un 1,38% del PIB nacional. No obstante, tal y como recogen los datos presentado por el Instituto Nacional de Estadística (INE), la reducción de inversión en I+D proviene del sector privado. Fernando Cortina, Subdirector General de Estadísticas de Empresas del INE, ha puntualizado que el recorte en inversión por parte del sector privado proviene de las pymes. No en vano, éstas han recortado un 17% el gasto destinado a estos fines. Mientras que la administración pública aumentaba su gasto un 9,6%, las empresas lo reducían en un 6,8%. De todos modos, el sector privado continúa siendo el sector que más potencia el I+D, y es que el 51,9% del gasto total proviene de ellos. De lejos, le sigue la enseñanza superior; que representó un 27,8%. El gasto al que el INE hace referencia señala al valor de los proyectos impulsados por las diferentes instituciones, ya sean privadas o públicas. PROTAGONISMO PÚBLICO Para llevar a cabo estos proyectos se requiere el capital necesario. En este aspecto, la administración pública invierte 6.868 M€, que representa un 47,1% del total, dedica más recursos que el sector privado, el cual destina 6.322 M€. Mientras tanto, las inversiones en I+D que provienen del extranjero no alcanzan el 6%. Desde un punto de vista territorial, la Comunidad de Madrid, Cataluña, el País Vasco y la Comunidad Foral de Navarra fueron las que realizaron un mayor esfuerzo para impulsar proyectos de I+D. Así, dedicaron el 1,68% de su PIB en Cataluña hasta el 2,13% en el País Vasco. Estas cuatro comunidades fueron las únicas que superaron la media española.

El móvil gana terreno en Internet para empresas ■ Las empresas españolas confían en la tecnología. Ésta es la conclusión que se extrae del estudio “Las tecnologías de la Información y las Comunicaciones en la Empresa Española, 2010”, elaborado por la Asociación Multisectorial de Empresas de la Electrónica, las Tecnologías de la Información y la Comunicación, de las Telecomunicaciones y de los contenidos digitales (AMETIC) y everis, consultora de negocio, estrategia, desarrollo de aplicaciones tecnológicas y outsourcing, con la colaboración de la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Información, a través de red.es (ONTSI). No en vano, el 23,5% de las empresas navegan por Internet a través del móvil y el 92% tiene ordenador. El uso de teléfonos móviles también se ha extendido entre las empresas: el 83% dispone de estos dispositivos, siendo las empresas de más de 50 trabajadores y las que se dedican a la informática, investigación y desarrollo y construcción las que componen, en su mayoría, esta proporción. Mundo Electrónico | DIC 10


actualidad

Mercado

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China, primer productor de LED en 2012 ■ 2012 será el año en el que según IMS Research el país asiático se convertirá en el mayor productor mundial de LED. El avance ha sido espectacular ya que en el año 2009 el país asiático copaba la cuarta posición mundial. Ross Young, analista de la IMS Research, recuerda que este avance está impulsado por los estímulos económicos provenientes del gobierno de Hu Jintao que subvenciona más del 80% del valor de herramientas de tecnología MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition). En 2011, advierte Young, China contará con el 64% del total de herramientas MOCVD instaladas en el mundo. Esta tecnología es indispensable para la fabricación de LED de alto brillo en masa.

Las ventas de NAND crecerán un 16% ■ Hasta situarse en un valor total de 21.500 M€ en el presente año, el mercado de las memoria flash NAND aumentará un 16% durante 2010. Este dato ha sido facilitado por DRAMexchange, el departamento de investigación de mercado de la firma Trendforce. Sin embargo, el precio de cada unidad irá descendiendo un 35% durante el próximo ejercicio, a medida que disminuye el tamaño de las células de almacenamiento y aumenta su capacidad de almacenamiento. Así, en 2011 se prevé que se vendan un total de 9.326 millones de unidades, por los 5.232 millones del año en curso. Uno de los sectores con mejores perspectivas de crecimiento está formado por los teléfonos inteligentes y los ordenadores de tableta; en el presente año este mercado llegará a los 15 millones de unidades y en 2011 se disparará hasta los 50.

Llegan las pantallas enrollables en color ■ Las pantallas enrollables en color tienen interés por los pujantes mercados de teléfonos inteligentes y ordenadores de tableta. Según fuentes de la industria taiwanesa las primeras pantallas enrollables estarán en el mercado antes de 2015. En la actualidad los dispositivos no están preparados para salir a la venta ya que, aunque en el laboratorio hayan resistido pruebas de más de 15.000 ciclos de apertura y cierre, presentan daños en sus componentes. DIC 10 | Mundo Electrónico

Crecimiento interanual algo inferior al 10%

La telefonía móvil sigue sumando gran parte del consumo de silicio ■ Los circuitos de silicio y los restantes componentes que se incluyen en los terminales móviles alcanzarán un mercado de 50.000 M$ este año y la previsión realizada por la consultora Forward Concepts indica que se alcanzarán los 71.000 M$ en 2014, lo que representa un crecimiento interanual medio un poco por debajo del 10%. Entre los innumerables componentes que componen un teléfono móvil, el que representa un mayor coste y por tanto supone la mayor cuota de mercado del anterior pastel es el visualizador que representa más del 30% de todo el negocio indicado, o lo que es lo mismo, alrededor de 15.000 M$ en 2010. En segundo lugar ya más retrasado, están los componentes de la banda base digital que suponen el 14% del total, seguido del sensor de imagen con un 8%, siguen el sistema de RF y el procesador de comunica-

ciones con un 7% cada uno, los dispositivos MEMS suponen un 6% y los circuitos de gestión de energía que suponen el 5%. QUALCOMM ES LÍDER Por fabricantes y con datos de 2009, el mayor contribuyente en cuanto a facturación es Qualcomm que suponía el 20% del mercado, seguido de Texas Instruments con un 14%, STEricsson con un 10% e Infineon con un 9%. Con porcentajes inferiores al 5% hay casi una docena de proveedores de los que se pueden remarcar MediaTek, Broadcom, Samsung, RFMD o Aptina. Desde el punto de vista de los terminales, las previsiones indican que los terminales inteligentes han incrementado sus ventas en un 42% en un año. También se ha remarcado que los teléfonos táctiles han pasado del 14% del total en 2009 a un 27% este año.

Los navegadores conectados a la red para vehículos se consolidan ■ iSuppli asegura que el 20% de un total de 9 millones de dispositivos de navegación para vehículos que se venderán durante 2010 tendrán conexión a la red. No en vano, las previsiones de iSuppli auguran un crecimiento aún mayor para el año 2017, cuando se prevé que se vendan 27 millones de aparatos GPS para vehículos con conexión a la red, lo que representará más de un 90% del total. Los sistemas de navegación con conexión a la red comenzaron a desarrollarse hace varios años. Antiguamente, los GPS almacenaban la información en memorias internas o bien mediante memorias periféricas; los nuevos sistemas usarán la red para actualizar la información: mapas, climatología, puntos de interés, etc. Para Phil Magney, vicepresidente de investigación en automoción para iSuppli, los sistemas con conexión a la red darán a los conductores mejores prestaciones ya que podrán consultar las bases de datos de tráfico, carreteras, el tiempo o puntos de interés más actualizadas del mundo. Por su parte, Egil Juliussen, principal

analista del automóvil para iSuppli, considera que las bases de datos estáticas desaparecerán en un plazo de 10 años. MÁS DE 100 MILLONES DE UNIDADES El mercado de sistemas de navegación alcanzará este año más de 100 millones de unidades en ventas. En esta cantidad se engloba también los teléfonos inteligentes y los sistemas de navegación portátiles, que acaparan la gran mayoría de la demanda. Y es que, según iSuppli, los teléfonos inteligentes serán los aparatos que integran sistemas de navegación que aumentarán más sus ventas, hasta llegar a más de 330 millones de unidades en 2017. Cada vez más se está usando los teléfonos inteligentes para la navegación en los vehículos, aunque la peatonal está empezando a emerger. Para 2017, algunas de soluciones de navegación basadas en teléfonos inteligentes se integrarán en el sistema de los vehículos; la guía de voz y la entrada de la misma se efectuará a través de un interfaz (HMI).


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En colaboración con la firma Nomor

Agilent avanza en la validación de LTE

■ Agilent Technologies, en colaboración con la firma alemana Nomor Research, ha desarrollado una solución de validación de sistemas móviles LTE (Long Term Evolution) que ajusta el coste de este tipo de medidas, proporcionando una emulación realista de las interferencias entre células generada en la subida de las redes LTE multicelular de forma que permite proporcionar una elevado nivel de simulación de sistema que está conforme con la metodología de simulación 3GPP y NGMN. La solución de test se utiliza ya en muchas infraestructuras y se basa en la generación de una señal física por el generador MXG de Agilent que puede acoplarse al camino del receptor en la estación base. Cuenta asimismo con un amplio paquete de archivos de interferencia para desplegar escenarios alternativos y adaptar la configuración de los parámetros a la demanda. NUEVO MÉTODO DE RUIDO GAUSSIANO Este nuevo método, cercano a un entorno de interferencia equivalente, puede crearse en la representación de la estación base, la combinación de la interferencias de cientos de terminales móviles adyacentes. Este punto es importante puesto que las características de interferencia del sistema LTE han cambiado debido a que el acceso de conexión ortogonal varía la forma de las interferencias de tal forma que los métodos de ruido gaussiano utilizados hasta ahora para su emulación, dejan de ser válidos. Las interferencias en las rede LTE son altamente variables respecto al tiempo y la frecuencia y están dominadas por un pequeño número de interferencias por bloque que causan problemas de comportamiento en los algoritmos adaptativos que responden a dichas interferencias.

Llega la especificación PCIe Base 3.0 ■ La asociación PCI-SIG, responsable del desarrollo y definición del estándar PCIe, ha terminado los trabajos de definición del estándar PCIe Base 3.0, una arquitectura de E/S que incluye un esquema de codificación de 128/130 bit y una velocidad de transmisión de datos de 8 GS/s, lo que implica duplicar el ancho de banda de interconexión sobre la especificación PCIe 2.0 manteniendo, no obstante, la compatibilidad con las arquitecturas PCIe previas. La nueva arquitectura tiene utilidad en servidores, estaciones de trabajo, sistemas de sobremesa y ordenadores personales, así como en sistemas embebidos y en dispositivos periféricos. La nueva arquitectura logra un ancho de banda de cerca de 1 GB/s en una dirección y en un plano que puede incrementarse hasta los 32 GB/s en una configuración de comunicaciones de 16 planos. La nueva especificación es una evolución que incluye diferentes mejoras de protocolo y capas de software. Estas mejoras tienen relación con la dinámica de datos y los mecanismos de ajuste de consumo de energía, tolerancias y transacciones de pérdidas, así como diferentes mecanismos de soporte a fallos y mejora de la eficiencia de consumo energético. Mundo Electrónico | DIC 10


actualidad

Tecnología

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El futuro de las aplicaciones móviles WiMAX o LTE ■ Según un análisis realizado por la consultora Future Horizons, los próximos años mostrarán una fuerte competencia entre las tecnologías WiMAX y LTE para hacerse con el control de las comunicaciones móviles de banda ancha. Cuando todo parecía indicar que la tecnología LTE sería el siguiente paso evolutivo para las aplicaciones móviles de banda ancha, la tecnología WiMAX se está haciendo un hueco y, en estos momentos, no está claro quién conseguirá hacerse con el mercado a medida que aparecen nuevos operadores que ofrecen servicios WiMAX en mercados tan importantes como EE.UU., Reino Unido u Holanda. Si la teoría indicaba que la puesta en marcha de las estaciones LTE iba a ser imparable, la realidad, un retraso inicial en la tecnología y que los nuevos servicios no acaban de ser atractivos, están demostrando que la tecnología 2G/3G con parches avanzados están dando el suficiente servicio como para que los operadores sigan retrasando la puesta en marcha de LTE. Este retraso está haciendo que otras tecnologías como WiMAX estén poniéndose a punto para ofrecer el mismo tipo de servicios. CÉLULAS DE MENOR TAMAÑO El retraso de puesta en marcha de las redes viene del hecho de su diseño en células más pequeñas, de forma que si una estación base 3G soportaba 4.000 usuarios la estación LTE ha sido diseñada para unos 600 usuarios, lo que implica un despliegue de más estaciones base que encarece la infraestructura. Por otro lado, la mejora en los servicios con tecnología GPRS y EDGE ha permitido que la necesidad de los usuarios no sea tan perentoria, lo cual implica una demanda por parte de los abonados inferior, lo que, a la larga retrasa las inversiones de las operadoras y la puesta en servicio de la tecnología. El último punto a considerar es que el retardo está permitiendo que otras tecnologías competitivas se sitúen a la par; en este caso, la mejor situada es la tecnología WiMAX inicialmente no concebida para competir con la tecnología LTE pero que, todos los estudios indican que supondrá una competencia verdadera a corto plazo. DIC 10 | Mundo Electrónico

Alcanzan 2,5 DMIPS/MHz hasta 160 MHz

Renesas anuncia la 4ª generación de sus µC basados en MONOS ■ Renesas Electronics ha anunciado el desarrollo de su 4ª generación de microcontroladores con la familia V850, especialmente destinada a las nuevas necesidades del mercado de automoción. La nueva generación, que estará disponible en el segundo trimestre de 2011, aporta inicialmente cuatro series de productos destinadas a aplicaciones de salpicadero, aplicaciones de cuerpo, sistemas de audio y sistemas de seguridad. Esta nueva generación se basa en una tecnología MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Silicon) de 90 nm que utiliza un núcleo procesador V850E2 de 32 bit con una potencia de cálculo de 2,5 DMIPS/MHz y capaz de trabajar a 48, 80 y 160 MHz. Cada serie de productos es escalable tanto en tamaño de memoria, periféricos y prestaciones de forma que se puede adaptar perfectamente a la demanda, en particular, el software puede reutilizarse debido a que las cuatro series mantienen la mima localización de registro para cada periférico. SEGURIDAD FUNCIONAL La serie P se destina a aplicaciones de seguridad funcional como es el caso de sistema motor, control de motores en vehículos eléctricos, gestión de baterías, etc. Incluye una memoria de 384 KB a 1 MB y se encuentra disponible en encapsulados de 80 a 144 patillas. Son dispositivos totalmente ho-

mologados según los estándares IEC61508 e ISO-26262. La serie D se destina a aplicaciones de salpicadero con 11 modelos diferentes que aportan opciones de visualización para dispositivos LCD-TFT, controladores, sistemas de gráficos y memoria RAM para vídeo integrada, incluyendo al mismo tiempo un motor en 3D y trabajando con memoria DDR3 con velocidades de hasta 4,3 GB/s. Integra memoria entre 256 KB y 3 MB y la CPU trabaja a frecuencias entre 40 y 120 MHz, con una procesador 3D dedicado de hasta 400 MHz. La serie F incluye 54 microcontroladores especializados en el amplio segmento del confort; de este modo se oferta una gran escalabilidad y compatibilidad con todo tipo de funcionalidades periféricas que incluyen todo tipo de soluciones para aplicaciones como las ventanas eléctricas, módulos de acondicionamiento de aire, pasarelas, etc. Esta serie trabaja con frecuencias de 48 a 160 MHz e incluye una memoria flash de entre 256 KB y 4 MB y se suministra en un encapsulado de 64 a 256 patillas según modelo, incluyendo diferentes opciones como FlexRay, Ethernet, MOST, PWM, etc. Finalmente se encuentra la serie S, que aporta una elevada flexibilidad para las aplicaciones de audio para automoción y, como el resto de la familia, cuenta con modelos adaptables a cualquier necesidad específica.

Solución táctil de Atmel con software asociado ■ Coincidiendo con la presentación de la nueva versión del microcontrolador SAM3N basado en el núcleo ARM Cortex-M3, Atmel también ha presentado su solución de software destinado a los sistemas táctiles capacitivos basados en el procesador antes indicado. La biblioteca de Atmel anterior sólo soportaba los micros basados en núcleos AVR que, no obstante, no fijaba el hardware por lo que podría utilizarse sobre cualquier plataforma. El SAM3N sacrifica algunas de las funcionalidades de su predecesor, SAM3S, para lograr un dispositivo más ajustado en coste y sus patillas

son compatibles con la oferta SAM7S basada en ARM7TDMI ofreciendo ahora mayor potencia procesadora. El SAM3N es una solución de aplicación general que puede utilizarse en cualquier aplicación típica de microcontrolador en la que el software está muy relacionado con el hardware y donde la necesidad para un soporte de cálculo basado en sistemas operativo en tiempo real (RTOS) es menos necesaria. Ofrece una capacidad de cálculo de hasta 60 MIPS y se ofrece en versiones de 64 a 256 KB de memoria flash y con hasta 16 temporizadores y 4 UART.


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Basada en nanohilos de níquel-hierro

Nace la alternativa al disco duro ■ Uno de los inconvenientes de los ordenadores actuales, basados en un almacenamiento sobre disco duro, es el tiempo necesario para la carga del sistema operativo y el intercambio de datos. Los discos duros son baratos y almacenan grandes cantidades de datos pero son lentos, sobre todo cuando arranca el ordenador para transferir los datos a la RAM. Investigadores del Laboratory of Nanomagnetism and Spin Dynamics y del SwissFEL han propuesta una alternativa que funciona de forma similar a una cinta de vídeo VHS, grabando los datos en la cinta. La diferencia es que el compuesto magnético consiste en nanohilos de níquel-hierro, que son un millón de veces más pequeños que los compuestos magnéticos tradicionales.

Además, al contrario que la cinta de vídeo, este sistema no contiene piezas móviles. Los bit de información se almacenan en los hilos y simplemente circulan alrededor de la cinta utilizando una corriente de espín polarizada, es el equivalente de leer toda una cinta VHS en menos de un segundo. Cada bit de información debe separarse claramente del siguiente; este problema se soluciona utilizando paredes de dominio con vórtices magnéticos que delinean los dos bit adyacentes. Para estimar la velocidad máxima a la que se pueden mover los bits los investigadores han realizado medidas de los vórtices y han determinado que el mecanismo físico alcanzarían mayores velocidades de accesos que las esperadas.

100.000 VECES MÁS RÁPIDO QUE EL DISCO DURO Los resultados se han publicado en Physical Review Letters y científicos del centro de I+D de IBM de Zurich ya están desarrollando la memoria que en un plazo entre 5 y 7 años permitiría dotar de un sistema de almacenamiento 100.000 más rápido que un disco duro y que soporta choques además de consumir menos energía. Un ordenador consume unos 300 mW sólo en mantener los datos en la RAM, mientras que el nuevo sistema elimina esa restricción por lo que el consumo se reduciría a unos pocos milivatios, aspecto crucial en los sistemas de almacenamiento del futuro, que en general son grandes consumidores de recursos energéticos.

e-Ink ultima el desarrollo de la versión en color del papel electrónico ■ La compañía e-Ink ha anunciado que ya tiene casi lista su versión en color de su papel electrónico, al que ha denominado Trition Imaging Film. Esta tecnología se utilizará en libros electrónicos, reproductores y cualquier tipo de dispositivo que requiera el uso de color con una pantalla en formato de papel electrónico. Del mismo modo que el papel electrónico monocromo, la nueva película refleja la luz de forma que permite una lectura sencilla como si fuera papel, incluso en el exterior con luz solar. El visualizador también ofrece muy bajo consumo: sólo cuando la página está iluminada. El color se logra añadiendo subpuntos con filtros de color por encima de ellos, de esta forma se logran 16 niveles de escala de grises para cada subpuntos que, juntos, son capaces de visualizar miles de colores. Además, e-Ink ha señalado que el nuevo visualizador es un 20% más rápido que la película monocromo, de forma que podrían visualizarse animaciones, si bien no está preparada para ofrecer imágenes de vídeo. Mundo Electrónico | DIC 10


actualidad

Tecnología

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Monitor de potencia en una carga para medir corriente en rama alta Maurizio Gavardoni Maxim integrated Products

■ El siguiente circuito integrado MAX2411 combina un amplificador sensor de corriente en rama alta con un multiplicador de tensión analógico, con lo que puede fácilmente medir la potencia disipada en una carga. Una de las entradas del multiplicador se conecta a la tensión de la carga, mientras que la otra está conectada a una corriente espejo de la corriente de carga. Esta última es proporcional a una tensión producida por el amplificador sensor de corriente interno. La salida del multiplicador (VL IL) es por tanto una tensión proporcional a la potencia en la carga. El multiplicador interno también permite obtener una precisión extra en medidas de corriente en rama alta en aplicaciones en las que la señal de corriente está digitalizada por un convertidor A/D (ADC). La exactitud de la medida de corriente digitalizada depende en gran medida de la exactitud y estabilidad de la tensión de referencia del ADC, ya sea esta interna o externa. MENOR DEPENDENCIA RESPECTO A VREF Para minimizar esta dependencia de la precisión de la tensión de referencia se conecta la entrada externa del multiplicador a la tensión de referencia a través de un divisor resistivo (figura 1). La medida de corriente es entonces ratiométrica: cualquier error o deriva en la tensión de referencia tiene un efecto proporcional en la entrada del ADC, y por tanto realiza una cancelación de primer orden del error de fondo de escala causado por la referencia. El circuito mostrado puede medir las corrientes de carga y descarga de una batería en un amplio rango de aplicaciones, y funciona igualmente bien con una referencia de tensión interna al ADC, que excita el divisor R1-R2. La salida multiplicadora del CI (Pout) alimenta un convertidor A/D de 16 bit, cuyo margen de tensiones de entrada va de 0 a Vref. La Vref en esta aplicación proviene de un regulador de tensión externo, y debería estar entre 1,2 V y 3,8 V (en este caso 3,8 V). La entrada Figura 3. POUT/VIN e IOUT/VIN respecto a la temperatura para el circuito de la figura 1 con VSENSE = 100 mV. DIC 10 | Mundo Electrónico

Figura 1. Este circuito utiliza un monitor de corriente/potencia en rama alta (MAX4211) y un ADC con referencia de tensión externa para medir corrientes de carga de una batería.

Figura 2. VIN respecto a la temperatura para el circuito de la figura 1.


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del multiplicador se debe limitar al margen entre 0 y 1 V, que se consigue dividiendo la tensión de 3,8 V a través del divisor R1-R2. Asumiendo que R2 = 1 kΩ y R1 = 2,8 kΩ, Vin = 1 V. Este CI tiene una ganancia de 25 entre VSENSE e IOUT, y un margen de tensión sensada (VSENSE) entre 0 y 150 mV, lo que produce (en POUT e IOUT) una salida entre 0 y 3,75 V. Por tanto, la utilización de POUT (en lugar de IOUT) presenta la siguiente ventaja: la señal que alimenta el ADC, que es proporcional a la corriente en la carga, se ve escalada por Vref. La siguiente ecuación relaciona el cociente POUT/VREF a ILOAD, RSENSE, y los valores de R1 y R2: POUT/VREF = ILOAD × RSENSE × 25 × VREF × R2/(R1 + R2)/VREF = ILOAD × RSENSE × 25 × R2/(R1 + R2) Nótese que el cociente de la entrada del ADC al fondo de escala del ADC (POUT/VREF) no depende de la precisión de VREF. La exactitud total de la medida de corriente depende de varios factores: tolerancia de las resistencias, error de ganancia del amplificador, tensión de offset, corriente de polarización, precisión de la tensión de referencia, errores del ADC y la deriva en temperatura de todos los anteriores.Este circuito mejora la exactitud eliminando una sola de las causas anteriores: la imprecisión de la tensión de referencia. VREF se ve afectada por al menos tres fuentes de error: errores CC iniciales como porcentaje del valor nominal, cambios de VREF con la carga y cambios de VREF con la temperatura. La gráfica de la entrada del multiplicador (IN) respecto a la temperatura, con VCC = 5 V y VSENSE constante a 100 mV, muestra los efectos de la temperatura sobre la referencia de tensión (figura 2). Para comprobar las ventajas de la salida ratiométrica en POUT se compara el cociente POUT/ VIN y su ideal lineal con el cociente IOUT/VIN y su ideal lineal, a medida que varían con la temperatura (figura 3). Nótese que la salida ratiométrica POUT output (arriba) no se desvía del ideal.

IBM acelera el acceso en cálculo masivo ■ En la última conferencia sobre supercomputación, científicos de IBM han mostrado un nuevo diseño de arquitectura de almacenamiento que permitirá convertir terabytes de información en una tecnología que duplicará la velocidad de acceso a los datos, un sistema perfectamente ajustable a las aplicaciones de computación en la nube, así como para las aplicaciones que requieran redes de datos masivas como las aplicaciones multimedia, la minería de datos y los análisis financieros. La gran ventaja de la nueva arquitectura es que se puede adaptar a las redes existentes sin grandes inversiones. Los sistemas de análisis actuales requieren grandes cantidades de datos, pero el almacenamientos de dichos datos consume muchos recursos y está tratando de optimizar estos recursos manteniendo el flujo de información y el crecimiento de los datos. Para responder a estas necesidades la arquitectura GPFS-SNC (General Parallel File System Shared Nothing Cluster) se ha diseñado para proporcionar una elevada disponibilidad de datos a través de tecnologías en agrupación avanzadas, una gestión de archivos inteligentes y técnicas de replicación de datos optimizadas. Mundo Electrónico | DIC 10


actualidad

Tecnología

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RS potencia su oferta de fuentes de alimentación ■ RS impulsa su apoyo a diseñadores de aplicaciones de energía con la introducción de 960 nuevas fuentes de alimentación en su oferta, disponible a través de un micrositio web dedicado. El nuevo portal de fuentes de alimentación disponible a través de rsonline.es/electronica contiene enlaces a los detalles de la gama completa de productos, así como recursos de soporte de los principales fabricantes de fuentes de alimentación. Entre las nuevas incorporaciones se encuentran de fuentes de alimentación, incluyendo 124 nuevos productos de la marca RS ofrecidos, según la propia empresa, a precios competitivos. La gama también incluye la serie EDA de fuentes de alimentación integradas de ahorro energético, con productos de bajo consumo y eficiencia energética de hasta el 87%. El micrositio web contiene recursos de diseño de fabricantes como Emerson Network Power, Murata Power Solutions y Traco Power, así como la gama de la marca RS. Permite que los usuarios realicen búsquedas por tecnología y encuentren notas de aplicación y fichas técnicas relativas a los fabricantes de los productos clave.

Tecnología para captación de energía ■ La alimentación de los sensores es un aspecto fundamental para su crecimiento en el futuro. Los implantes médicos, por ejemplo, podrían alimentarse mediante la energía mecánica existente en el flujo sanguíneo. Otros campos también pueden beneficiarse de las nuevas tendencias y materiales de la electrónica que podrían alimentarse a partir del propio sustrato semiconductor. Una buena prueba de las nuevas tendencias en alimentación ha sido la investigación liderada por el profesor Yong Shi del Instituto de Tecnología Stevens (EE.UU.) que ha utilizado un nanomaterial de titanato circonato de plomo (PZT) que permitiría superar considerablemente en cuanto a la salida frente a las soluciones actuales de dispositivos piezoeléctricos basados en óxido de zinc. Según han anunciado, su captador de energía ha podido general una tensión de 1,6 V con 30 nA de corriente. DIC 10 | Mundo Electrónico

Basado en una tecnología del propio fabricante

IDT crea un oscilador de silicio de alta precisión ■ Integrated Device Technology (IDT) ha presentado un oscilador CMOS de silicio de alta precisión, con un error de frecuencia total de 100 ppm sobre temperatura, tensión y otros factores externos. Utilizando una tecnología propietaria del fabricante, el oscilador IDT3C02 reemplaza a los osciladores basados en cristal de cuarzo con un dispositivo CMOS monolítico con una precisión en frecuencia superior a 100 ppm y en un formato muy reducido. Esta familia se ha diseñado específicamente para trabajar con la siguiente generación de interfaces de almacenamiento, comunicación de datos y conectividad tales como 1 Gbps Ethernet, SAS, SAS, SuperSpeed USB (USB 3.0) y PCI Express. Además, es un dispositivo de bajo consumo y reducido jitter, por lo que se adapta a cualquier tipo de aplicación que requiera una señal de reloj. Se ha diseñado con un único núcleo

analógico que consume menos de 2,5 mA (típico sin carga) por lo que ofrece una alternativa de bajo consumo a los osciladores de cuarzo o a los basados en PLL, manteniendo una relación de ruido de fase de -140 dBc/Hz a 1 MHz de offset de la portadora. MENOR CONSUMO El oscilador se ha integrado en un encapsulado compatible con el estándar de cuarzo y unas dimensiones de 5x3,2 mm, pero elimina la necesidad de sellado hermético dentro de un encapsulado cerámico y se suministra en un formato MSL1 plástico. Además ofrece un consumo de potencia en espera de 200 nA y un tiempo de arranque de 100 µs. Finalmente, al no tener elementos móviles y generar las frecuencias de forma electrónica ofrece una excelente respuesta ante choques y vibraciones.

Mentor y R&S unen sus fuerzas en una plataforma para SoC ■ Mentor Graphics y Rohde & Schwarz han firmado un acuerdo de colaboración para el desarrollo de una plataforma de depuración para la verificación de SoC (Systems on chip) de comunicaciones inalámbricas. El objetivo es mejorar los diseños y el tiempo de comercialización de SoC para comunicaciones. La plataforma de depuración hardware acelerada combina la tecnología de emulación hardware Veloce de Mentor con la última generación de sistemas de medida y test de Rohde & Schwarz, por lo que se proporciona un entorno de altas prestaciones

y gran productividad para manejar la verificación de los sistemas de comunicaciones inalámbricos. La familia de productos Veloce reduce la planificación del proyecto y el coste al proporcionar una aceleración de la simulación de altas prestaciones, además de una comprobación de SoC reales en emulación de circuito. La plataforma escalable tiene capacidad para verificación entre 8 y 512 millones de puertas, configuración común y software de depuración, además de un entorno de depuración parecido al simulador. Todo ello en un sistema accesible por red y multiusuario.


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Incorpora tecnología VIPower de última generación

Nuevo conmutador inteligente de STMicroelectronics ■ El nuevo conmutador eléctrico inteligente (IPS) de STMicroelectronics se destina a controles industriales y ofrece mayor precisión para minimizar las pérdidas de energía y prevenir errores de sistema al producirse un fallo. Estas ventajas, aportadas por la tecnología VIPower de última generación de ST, permiten disminuir el límite de corriente de sobrecarga en comparación con el resto de dispositivos del mercado para mantener las condiciones eléctricas estables mientras el sistema se recupera. Al dotar de una solución integrada para dos canales de salida, el VNI2140J también la fiabilidad y ahorra espacio en la tarjeta de PC en múltiples equipos, como PLC (controladores de lógica programable), E/S periféricas, control industrial, robótica, máquinas expendedoras, alarmas y sistemas de seguridad, y maquinaria textil. Este circuito integrado de dos canales es una nueva incorporación al catálogo VIPower, que ya incluía dispositivos de canal único, cuádruple y óctuple. El VNI2140J tiene unas dimen-

siones de 6x5 mm e integra todas las funciones necesarias de lógica, circuitería de control, fase de potencia, protección y diagnóstico. Las entradas del dispositivo son compatibles con TTL/CMOS de 3,3 V, mientras que las salidas están conectadas en la configuración del lado de alto potencial (high-side). FUNCIONES DE PROTECCIÓN Además es posible dirigir dos cargas resistivas, inductivas o capacitivas independientes. La protección integrada con limitación de corriente activa para cada canal previene ante fallos de carga que pueden provocar cortes de alimentación en el sistema. Si un canal se sobrecarga queda inoperativa de forma independiente, mientras que el otro continúa trabajando normalmente. El canal “sobrecargado” vuelve a funcionar automáticamente cuando la temperatura de la unión vuelve a los valores establecidos. Si ambos canales se sobrecargan se reinician de manera separada para evitar picos de corriente en el suministro.

Omron introduce sus MEMS en los dispositivos de consumo ■ Omron ha cambiado de estrategia para pasar de sus tradicionales mercados industrial y médico en los que incorpora su tecnología MEMS para llevarla a una nueva gama de dispositivos de consumo y energía. La nueva tecnología se incorporará a los sensores de presión, conmutadores de radiofrecuencia y matrices de medida térmica por infrarrojos a los diseños de teléfonos inteligentes, sistemas de navegación y automatización de edificios. El mercado tradicional de los sensores de presión de Omron son los comprobadores de presión sanguínea o las aplicaciones industriales de control. Sin embargo, al unir un sensor piezorresistivo con una tecnología de silicio a silicio, la empresa ha recompuesto el dispositivo de media para poder comprobar los niveles de presión atmosférica e, incluso, para la medida de presiones absolutas. Esta medida de presión absoluta se utiliza en los teléfonos

inteligentes o en los sistemas de navegación de forma que proporciona información sobre la planta del edificio en la que se sitúa el usuario. Del mismo modo que ha hecho con sus sensores de presión, Omron ha reformulado los conmutadores de RF utilizando contactos óhmicos de forma que ahora pueden manejar señales desde CC a 3 GHz, permitiendo aplicaciones tales como la conmutación de entrada y salida de filtros de antena para diferentes bandas. Asimismo, también ha variado su tecnología de sensores térmicos desarrollados con una matriz de 8 detectores de proximidad que ahora pueden determinar el número de personas que hay en una habitación independientemente si se están moviendo o no, permitiendo una mejor automatización de edificios para conectar los sistemas de acondicionamiento de aire en las habitaciones desocupadas.

Líneas de metalización de menos de 7 nm ■ Científicos del Instituto de Investigación de Materiales e Ingeniería (IMRE) STAR de Singapur, la Universidad de Cambridge y la Universidad de Sungkynkwan (Corea del Sur) han logrado crear líneas metálicas con unas características marcadas por una anchura de 7 nm y un grosor de 2,9 nm, que está cerca del objetivo marcado para el grosor de las pistas marcado por el ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) para el año 2011. Lograr la miniaturización de líneas y máscaras por debajo de la escala de los 10 nm es esencial para seguir miniaturizando los componentes electrónicos en el futuro. Si no se logran máscaras y líneas lo suficientemente definidas, los dispositivos no lograrán una eficiencia energética suficiente. El proceso es muy delicado y preciso debido a la escala a la que se trabaja. REDUCCIÓN DEL CONSUMO El equipo de investigación ha señalado que sigue trabajando para seguir avanzando en la reducción de las pistas y considera que es realista alcanzar líneas de 4 nm. Además estas pistas se pueden utilizar potencialmente para realizar interconexiones entre circuitos o transportar diferentes señales.

Dispositivos lógicos de alto nivel con TMR ■ Un equipo de investigación japonés ha anunciado que ha logrado un proceso magnetorresistivo de efecto túnel (TMR) de altas prestaciones para la fabricación de dispositivos lógicos no volátiles que permitiría lograr con un dispositivo de 40 nm una memoria no volátil de 8 Gb. La clave de la tecnología es la utilización de transistores verticales, como ha indicado el profesor Hideo Ohno de la Tokohu University, y que desarrolla el proyecto junto con la compañía Hitachi. Con su tecnología logran acomodar hasta 8 Gb de memoria en un circuito de 100 mm2. El efecto túnel magnetorresisitivo es una extensión del efecto de magnetorresistencia gigante de válvula espín que se utiliza para almacenar datos en los discos duros. Utilizado como una válvula espín, los espines del electrón se orientan verticalmente en una fina barrera túnel aislante. Mundo Electrónico | DIC 10


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Donde acaba la eficiencia y empiezan las alternativas Los diseñadores de sistemas están reconociendo que las baterías no van a cubrir la demanda de unas mayores prestaciones móviles o de un tiempo de funcionamiento más prolongado. Los límites de las fuentes de alimentación conmutadas se acercan a su fin, donde las ganancias añadidas ofrecerán grandes mejoras. Corresponde a los arquitectos pensar en la potencia del mismo modo que piensan en las prestaciones. A lo largo de este artículo examinaremos algunos de los métodos que se están empleando actualmente para mejorar las prestaciones y la satisfacción del cliente en los dispositivos móviles y sus redes de soporte.

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on la evolución de los sistemas electrónicos hacia una mayor portabilidad se ha activado una marcha inacabable con el fin de reducir su consumo de energía eléctrica. Existen muchas razones que impulsan este cambio: principalmente es un esfuerzo por controlar el calor, prolongar la vida de la batería y, en tiempos más recientes, conservar recursos y reducir el coste de propiedad. Diseñadores de sistemas e ingenieros eléctricos se han concentrado tradicionalmente en las fuentes de energía como ámbito principal para lograr avances. Se incluyen en este apartado la conversión y regulación de la energía así como la forma que tienen los diseñadores de distribuir la energía dentro de un sistema. Sin embargo, los diseñadores de sistemas se están dando cuenta de que la fuente de alimentación es tan sólo una pieza del puzzle de la eficiencia y los diseñadores están mirando más allá de los reguladores para obtener mayores ganancias. UN POCO DE HISTORIA Para ver hacia dónde se dirigen los sistemas a menudo resulta provechoso señalar su evolución. Por ejemplo, el sector de la informática y las redes ha ido basculando entre grandes sistemas centralizados (primero los sistemas mainframe y ahora grandes centros de datos) y sistemas más pequeños y distribuidos (miniordenadores, PC, equipos ‘thin client’, etc.). Los principales factores a tener en cuenta han sido el coste, la disponibilidad de servicios y el control central (mantenimiento, actualizaciones, etc.). A día de hoy, no obstante, los ordena-

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Figura 1.

Richard F. Zarr Tecnólogo de National Semiconductor

dores y sus redes de soporte no existen como un “sistema centralizado” sino que se están convirtiendo en un modelo virtualizado o “nube” (“cloud”). La ubicación del ordenador es inmaterial en numerosas aplicaciones (pensemos en los servidores web o la elaboración de modelos climáticos) ya que la aplicación se distribuye en un mundo virtualizado. Cuando los sistemas están virtualizados su carga determinística se complica porque la aplicación se puede ejecutar en cualquier lugar y en cualquier momento. La carga puede va-

“Los diseñadores están mirando más allá de los reguladores para obtener mayores ganancias”

riar debido a varios factores; ésta es por sí misma una de las ventajas de la virtualización, que proporciona sistemas capaces de ofrecer una potencia de proceso adicional a medida que se necesite. En el ejemplo de un servidor web, esta variación de la carga se puede dar sencillamente debido a eventos de ámbito mundial: cuando se producen eventos en algún lugar del mundo, las personas quieren estar informadas y esto puede aumentar la carga enormemente. En este modelo, las máquinas pueden pasar del estado inactivo a la carga máxima de trabajo en cuestión de segundos, lo cual introduce a su vez variaciones de carga sobre las fuentes de alimentación e incrementa el tráfico en la red. A una menor escala, la tecnología portátil está ofreciendo incluso mayores niveles de funcionalidad y conectividad. Cisco Systems acaba de realizar un estudio según el cual en 2013 el 65% del tráfico de datos en redes


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MÉTODOS ALTERNATIVOS Los diseñadores de fuentes de alimentación lo tienen complicado en la actualidad. En el pasado tenían referencias como la tensión de entrada, la tensión de salida y la corriente de carga. En muchos casos la carga no variaba demasiado y se sabía bien cómo ajustar la fuente de alimentación para obtener la máxima eficiencia para un volumen determinado. De hecho, herramientas on-line como WEBENCH de National Semiconductor pueden diseñar fácilmente este tipo de fuente de alimentación incluso para un ingeniero novato. Pero si analizamos el ejemplo de la computación en nube, surge inmediatamente el problema de la falta de carga determinística. Las fuentes de alimentación pueden pasar de no tener carga alguna (un estado potencialmente inestable) hasta carga completa y de nuevo a no tener carga durante todo el día dependiendo de lo que se exija a la nube (figura 1). Las fuentes de alta potencia como las de los servidores de bandeja (blade servers) están adoptando sistemas de alimentación digital que monitoricen activamente la carga y repartan dinámicamente las fases de salida para mantener unas mayores eficiencias para un amplio conjunto de condiciones. Pero esto podría no ser suficiente cuando se analiza la red por completo. Ahora hay que valorar no sólo la arquitectura del sistema de gestión de la alimentación sino también la forma de utilizar el sistema. Los servidores

Figura 2.

móviles corresponderá a vídeo. El ancho de banda necesario para proporcionar este nivel de medios así como para cumplir los requisitos en cuanto a almacenamiento y red principal es gigantesco, sobre todo si se tiene en cuenta el número de usuarios móviles. Con todo el tráfico adicional, las radios se están utilizando de manera constante, al contrario de las generaciones anteriores de teléfonos móviles, que se empleaban principalmente para comunicación de voz y envío de mensajes sencillos. Además, los propios dispositivos móviles se están miniaturizando, lo cual deja un espacio limitado a las baterías. La tecnología de almacenamiento de energía ha estado tratando de cubrir la demanda desde la década de 1960 y está a la zaga de la industria electrónica. Por tanto si los diseñadores no pueden disponer de un almacenamiento de energía con una mayor densidad el sistema debe consumir menos para que el sistema sea más pequeño.

no sólo necesitan bandejas libres con cargas pequeñas, sino que las interconexiones de la red necesitan disponer también de alguna inteligencia. Se añadieron ampliaciones de la red Ethernet 802.3 para incluir mecanismos para detectar tráfico y poner las interconexiones en modos de menor consumo. Tradicionalmente, siempre que haya pulsos de enlace presentes, la capa física y los controladores de acceso a medios asociados estaban completamente alimentados. En tiempos más recientes se empleaban tecnologías como Wake on LAN (WoL) para activar de forma remota la alimentación ordenadores, pero la capa física de Ethernet exigía que el conmutador permaneciera conectado; el puerto del conmutador siempre estaba activado. La próxima generación de Ethernet será más inteligente y permitirá que la capa física pase a un estado de consumo mucho más bajo cuando esté inactivo o el tráfico sea escaso. Puede que un único enlace no parezca

importante, pero pensemos en el número de interconexiones en un centro de datos que puede albergar diez mil bandejas de ordenadores y miles de conmutadores. A escala mundial esta metodología es muy relevante y puede ayudar a reducir el coste ya que también influye sobre el calor generado: la energía de climatización puede igualar a la energía consumida por el equipamiento. Una red más inteligente no deja de ser uno de los aspectos. Lo que es interesante en los centros de datos actuales es que la mayoría del tráfico se produce en los sistemas locales o entre éstos, y dentro de las instalaciones. Esto se debe en parte a la evolución que ha seguido Internet al ofrecer banca on-line e interacción transaccional con los usuarios (p.ej. cotización bursátil, pago de facturas, compras on-line, etc.). Para cada simple transacción externa como la cotización bursátil existe una multitud de transacciones añadidas para el registro o verificación de la inMundo Electrónico | DIC 10


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Figura 3.

“Cuando los sistemas están virtualizados su carga determinística se complica porque la aplicación se puede ejecutar en cualquier lugar y en cualquier momento”

formación, así como para adquirir estadísticas. Esto está impulsando las velocidades de interconexión hasta 40 Gbps e incluso 100 Gbps. A medida que aumentan las velocidades lo hace la energía necesaria para transportar los bits sin errores. Esta tendencia no va detenerse y las velocidades no dejarán de verse incrementadas. Lo que solía funcionar con un único cable pasivo de cobre ahora necesita un costoso transporte por fibra óptica que consume mucha energía incluso a distancias cortas. Está surgiendo una nueva generación de cables activos que puede disminuir el coste (utiliza cable de cobre en lugar de fibra y láseres) y reducir el consumo de energía cuando la longitud de interconexión es inferior a 10 – 20 m. Estos cables activos contienen la circuitería de control y ecualización para permitir que el cable de cobre alcance mayores velocidades de transmisión sin errores y mediante cables de menor diámetro, lo cual es importante cuando hay miles de cables (figura 2). Una ventaja añadida del cable de cobre es que también funciona como disipador, por lo que elimina calor lejos del equipamiento. LA PARTE MÓVIL Aproximadamente cada 18 meses los suministradores de procesadores anuncian un nodo de geometría más reducida o un proceso de menor consumo para construir los microcontroladores utilizados en dispositivos y teléfonos móviles. Los suministradores de reguladores de potencia también están trabajando para miniaturizar la huella de la fuente de alimentación manteniendo eficiencias superiores al 90%. Lo que pasa inadvertido (no para los diseñadores de sistemas) es la baja eficiencia del amplificador de DIC 10 | Mundo Electrónico

potencia (power amplifier, PA), que suele representar hasta el 50% de la energía consumida durante la comunicación. Se está aplicando una nueva técnica, denominada AET (Adaptive Envelope Tracking o Seguimiento Adaptativo de Envolvente), no sólo al PA de la parte portátil sino también al PA de la estación base, que consume mucha más energía. La tecnología AET cierra dinámicamente el lazo entre la fuente de alimentación que alimenta al PA y el subsistema transmisor. Lo lleva a cabo mediante el seguimiento del envolvente de transmisión y manteniendo los carriles de alimentación del PA justo por encima del nivel mínimo necesario para mantener una adecuada potencia de salida de RF. Es una tarea complicada porque el ancho de banda de la fuente de alimentación debe ser extremadamente alto para seguir con precisión el envolvente del transmisor (figura 3). La mejora de la eficiencia del PA se está convirtiendo en un aspecto cada vez más importante para la parte móvil por el aumento del tráfico de datos que se dirige hacia los dispositivos portátiles. Con el mayor número de usuarios que exigen anchos de banda más elevados, tecnologías como 4G LTE (Long Term Evolution) encuentran su hueco en los teléfonos de próxima generación. Esta tecnología ofrece el potencial de descargas a 100 Mbps y cargas a 50 Mbps. Imaginemos a millones de personas interconectados con este tipo de ancho de banda: los requisitos de la infraestructura celular y los centros de datos se dispararán y los diseñadores de sistemas tendrán que plantear una vez más la arquitectura para reducir el consumo de energía del sistema en su conjunto y pro-

“La mejora de la eficiencia del PA se está convirtiendo en un aspecto cada vez más importante para la parte móvil por el aumento del tráfico de datos que se dirige hacia los dispositivos portátiles” longar la vida de la batería en los dispositivos móviles. Sin duda alguna a medida que evoluciona la tecnología y se ofrecen unas mayores prestaciones a los usuarios, más ventajas pueden obtener de ello. Sólo hay que ver la explosión de la descargas de música y vídeo (p.ej. iTunes), comunicación con potentes medios añadidos (p.ej. Facebook, Youtube) y la abundancia de dispositivos móviles multimedia para comprender que la tendencia no se está ralentizando sino que de hecho está en aumento, y de forma exponencial. Los diseñadores ya no pueden pensar simplemente en proporcionar fuentes de alimentación de mayor eficiencia para reducir el consumo de energía de sistemas complejos; los propios sistemas necesitan ser rediseñados con nuevas arquitecturas energéticamente eficientes que tengan más en cuenta la energía y puedan adaptarse dinámicamente a las condiciones cambiantes. Sin cambios, se estima que hacia el año 2050 será necesario construir 300 nuevas centrales eléctricas del orden de gigavatios para hacer frente a este crecimiento. Muchas de ellas tendrían que quemar carbón, lo cual ya es a día de hoy extremadamente impopular. ■


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Los avances en el encapsulado y el silicio para MOSFET elevan eficiencia y densidad de potencia Las iniciativas de diseño ecológico tienen como meta disminuir la cantidad de energía que consumen las diversas cargas eléctricas, como sistemas de iluminación, electrodomésticos y equipamiento industrial, con el fin de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, pese a la reducción de los niveles de consumo de energía en general, aumentan los retos que se presentan a los diseñadores de fuentes de alimentación. El usuario final exige generalmente unos dispositivos eléctricos más pequeños y capaces de igualar o mejorar las prestaciones de sus predecesores, lo cual exige introducir nuevas mejoras en los componentes de potencia para lograr una mayor densidad de potencia en las sucesivas nuevas generaciones de productos. Sian Cummings International Rectifier

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os diseñadores de módulos de alimentación están respondiendo a estas exigencias mediante la utilización de topologías más eficientes y técnicas de conmutación como la rectificación síncrona, que gestiona el MOSFET principal de control de potencia con mayor eficiencia que una combinación de MOSFET/diodo. Los rectificadores síncronos están encontrando su aplicación en un amplio rango de potencias, desde reguladores en el punto de carga (point of load, POL) hasta convertidores CC/CC por encima de 200 W. Para maximizar la eficiencia del rectificador síncrono, los MOSFET se optimizan de manera individual para su uso como FET síncrono o como FET de control. Dicho de manera genérica, el FET de control está optimizado para bajas pérdidas de conmutación ya que el dispositivo habitualmente pasa a conducción mediante un ciclo de trabajo relativamente corto y la mayoría de las pérdidas en el dispositivo se producen bajo unas condiciones de conmutación dura. En cambio la mayoría de las pérdidas en un FET síncrono se producen cuando el dispositivo está en conducción, lo cual implica ne-

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“En aplicaciones de control de motores de baja tensión, las pérdidas de conmutación relativamente que se producen en el MOSFET hacen que estos dispositivos sean la mejor opción frente a alternativas como los IGBT”

cesariamente una baja resistencia en conducción (RDS(ON)). No obstante, el diseño de cada MOSFET también ha de tener en cuenta otros mecanismos que originan pérdidas como el paso a conducción provocado por Cdv/dt en el FET síncrono y los efectos inductivos en la puerta del FET de control, especialmente para las frecuencias de trabajo más elevadas. Asimismo, dado que toda la corriente

de carga atraviesa el diodo estructural del FET síncrono al inicio de cada ciclo de paso a conducción, estas pérdidas se pueden reducir mediante la integración de un diodo Schottky de recuperación inversa con el FET síncrono. Los dispositivos FETky de IR integran un diodo de este tipo. La figura 1 muestra la variación de la eficiencia de un rectificador síncrono respecto a la corriente de carga, para unos valores determinados de la tensión de entrada y salida y de la frecuencia de conmutación. El pico de eficiencia se puede aumentar reduciendo la carga de puerta (Qg) del FET de control, su resistencia de puerta (Rg) y RDS(ON). Por otro lado, la eficiencia a carga completa se aumenta al reducir los valores de QG y RDS(ON) del FET síncrono y mediante técnicas como la integración de FETky para contrarrestar las pérdidas en el diodo estructural. En aplicaciones de control de motores de baja tensión, las pérdidas de conmutación relativamente que se producen en el MOSFET hacen que estos dispositivos sean la mejor opción frente a alternativas como los IGBT. Aunque los IGBT conservan su do-


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Figura 1. Optimización de los parámetros del MOSFET para maximizar la eficiencia del rectificador síncrono.

minio para tensiones más elevadas, los MOSFET diseñados con una baja RDS(ON) ofrecen ahora una alternativa más eficiente en muchos casos. Resulta crítico lograr una baja RDS(ON) ya que las pérdidas de conducción vienen determinadas por I2 x RDS(ON). En aplicaciones de conversión de potencia como éstas, la demanda de miniaturización conlleva un deseo general de especificar frecuencias más altas de conmutación, que permiten a los diseñadores especificar valores pequeños para los componentes externos inductivos y capacitivos para filtrado. Para ofrecer una conmutación rápida y con bajas pérdidas, el MOSFET debe tener una baja carga almacenada y es necesario gestionar cuidadosamente la capacidad del MOSFET. En los circuitos ORing de alimentación es preferible muchas veces recu-

rrir a los MOSFET y no a diodos sencillos con el fin de aumentar la eficiencia y ofrecer un control más versátil de la potencia. El ORing de alimentación que utiliza MOSFET (figura 2) protege los sistemas de alimentación en los que se pueden emplear múltiples fuentes para lograr un nivel de redundancia o bien cuando se necesita más de una fuente para alimentar el sistema. Un ejemplo lo constituyen los PC portátiles, que pueden conmutar de la alimentación de la red a la batería instantáneamente sin que intervenga el usuario. También se emplean ORing en sistemas que necesiten capacidad de conexión en pleno funcionamiento (hot-plug), como un equipo de telecomunicaciones de alta disponibilidad. En este caso la circuitería del ORing protege las unidades individuales sustituibles en línea frente a las fluctuaciones del suministro y se pueden

Figura 2. Conexión de INN, INP y Gnd cuando el MOSFET está situado en la ruta del carril positivo de alimentación.

utilizar para ayudar a asegurar la secuencia correcta de alimentación a las tarjetas que se acaban de introducir, o bien cuando se sustituye una fuente de alimentación. Una vez más, una baja MOSFET RDS(ON) es un requisito previo para minimizar las pérdidas de potencia. Dependiendo del margen de seguridad establecido por el cliente, los equipos que trabajen a partir de una fuente de 12 VCC, como los convertidores POL al nivel de la placa, algunos rectificadores síncronos y redes ORing de alimentación necesitarán MOSFET de 25 V o 30 V. Para ORing de alimentación de tensiones más altas y otras aplicaciones como controladores de motores industriales, rectificadores síncronos y fuentes de alimentación para telecomunicaciones, se pueden necesitar tensiones de 40 V a 100 V, 150 V o 200 V. MEJORAS EN EL SILICIO DEL MOSFET Como es obvio, incrementar la superficie de silicio del MOSFET sirve para reducir RDS(ON). No obstante, el tamaño del dispositivo también se verá incrementado. Una superficie más grande de silicio también da como resultado una mayor carga almacenada, lo cual conlleva unas malas prestaciones de conmutación y un nivel sustancial de pérdidas en el controlador de puerta. Innovaciones como la tecnología de zanja (Trench) logran una combinación favorable de baja RDS(ON) sin almacenar una carga excesiva. Esto puede proporcionar unos valiosos aumentos de la eficiencia, pero los diseñadores de circuitos también han de tener en cuenta los requisitos específicos de su aplicación. En un rectificador síncrono, por ejemplo, el FET síncrono también ha de tener una baja carga entre puerta y drenador (Qgd) y una baja relación de carga (Qgd/Qgs1) para evitar señales espurias que pongan el dispositivo en conducción y generen pérdidas asociadas a Cdv/dt. Otras técnicas para limitar las pérdidas de conmutación, especialmente en aplicaciones de conmutación dura como el FET de control del rectificador síncrono, son la optimización de las dimensiones de la puerta y la tecnología de proceso para minimizar la resistencia de puerta (Rg). ENCAPSULADO DE POTENCIA PARA MONTAJE SUPERFICIAL Los avances en el silicio de los MOSFET han aportado mejoras sustanciales a las prestaciones del dispositivo. Sin embargo, para proporcionar mayoMundo Electrónico | DIC 10


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Figura 3. El gran drenador expuesto del encapsulado PQFN y sus múltiples conexiones de fuente mejoran las prestaciones térmicas y la DFPR.

res mejoras a las prestaciones y al mismo tiempo aumentos de la eficiencia como soporte a la continua miniaturización del producto, deben combinarse el silicio y las mejores prestaciones e innovaciones en el encapsulado que puedan minimizar con éxito las pérdidas, maximizar la disipación de calor y reducir la huella resultante. La evolución de los encapsulados de potencia ha dado prioridad durante mucho tiempo a la reducción de la resistencia del encapsulado sin la pastilla de semiconductor (Die-Free Package Resistance, DFPR) y la mejora de las prestaciones desde un punto de vista térmico. Los encapsulados de potencia avanzados que se adaptan al conocido formato SO-8 han empleado ya técnicas como el incremento de la superficie transversal de las conexiones de drenador y fuente, así como ofrecer mecanismos eficientes para conducir el calor lejos de la pastilla de semiconductor y hacia la placa de circuito impreso. Un ejemplo de ello es el PowerPak, que expone el terminal del drenador para permitir su soldadura directa a la placa de circuito impreso. Otra tecnología de encap-

Figura 4. Estructura interna del encapsulado PQFN. DIC 10 | Mundo Electrónico

sulado de potencia de altas prestaciones, DirectFET, le da la vuelta a la pastilla de semiconductor y permite soldar la puerta, la fuente y el drenador a dispersores de calor sobre la placa. IR dispone de dispositivos DirectFET con una resistencia del encapsulado sin la pastilla de semiconductor a partir de tan sólo 0,15 m�, una inductancia inferior a 0,1 mH y una resistencia térmica entre unión y carcasa inferior a 1°C/W para las conexiones de puerta y fuente, y de 1,4°C/W para el drenador. Para incrementar la eficiencia y la densidad de potencia todavía más se necesitan formatos de encapsulado para montaje superficial que sean más pequeños y que ofrezcan unas mayores prestaciones desde un punto de vista térmico y eléctrico. EL PASO AL SIGUIENTE NIVEL El encapsulado PQFN (Power Quad Flat No-lead) se ha desarrollado para cubrir estas exigencias. Los contactos eléctricos se implementan en la cara inferior del encapsulado para minimizar la huella respecto al tamaño de la pastilla de semiconductor del

MOSFET. La conexión del drenador se implementa como un gran terminal térmico que maximiza la transferencia de calor a la placa de circuito impreso. Este drenador de gran tamaño también ayuda a minimizar la DFPR del encapsulado junto con los múltiples contactos de la fuente (figura 3). Internamente, una gruesa área de terminales de cobre y las uniones de hilos de aluminio proporcionan las principales interconexiones, tal como muestra la figura 4. El encapsulado se monta utilizando un proceso de soldadura para fijar la pastilla de semiconductor junto con una fijación mediante abrazadera que consiste en una abrazadera optimizada de cobre. De forma conjunta, estos elementos maximizan las prestaciones eléctricas y térmicas en el interior de formatos pequeños para montaje superficial. PQFN fue diseñado para permitir su adaptación a una amplia variedad de tamaños entre 2 mm x 2 mm y 12 mm x 12 mm. Esta tecnología de encapsulado sirve para maximizar las ventajas de las innovaciones al nivel de silicio que tienen como meta mejorar la densidad de potencia, la eficiencia y la fiabilidad. PARÁMETROS DE PRESTACIONES DE PRÓXIMA GENERACIÓN IR anunció recientemente una serie de MOSFET en encapsulado PQFN para tensiones de 25 V y 30 V y dirigidos a la regulación en el punto de carga mediante dispositivos de 150 V y 200 V para aplicaciones de mayor potencia de rectificación síncrona, ORing y control de motores. Entre ellos se encuentra el IRFH5250DTRPBF de 25 V con una RDS(ON) de 1,7 mΩ (a Vgs = 4,5 V) y una carga de puerta de 39 nC, e integra asimismo un diodo Schottky de recuperación inversa (dispositivo FETky) por lo que resulta adecuado para funcionar como FET síncrono en módulos rectificadores síncronos. Se suministra en un encapsulado PQFN de 5 mm x 6 mm x 0,2 mm. Para su utilización como FET de control con el mismo nivel de tensión, el IRFH5255TRPBF está optimizado para una Qg aún más baja de 7 nC, tiene 8,8 mΩ de RDS(ON) y una baja resistencia de puerta. Además de contribuir a mejorar los parámetros que determinan las prestaciones eléctricas de los dispositivos, el encapsulado PQFN también representa el factor más importante para una resistencia térmica entre unión y carcasa mejor de 0,5°C/W que permite eliminar el calor de manera eficiente y elevar la fiabilidad. ■


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Nuevos dispositivos basados en SiC para diseños en el automóvil y la industria El sector de la Electrónica de potencia experimenta un fuerte crecimiento, gracias sobre todo a la introducción de vehículos híbridos (VH) y eléctricos (VE). El mejor factor de conversión de la energía eléctrica a energía mecánica durante el funcionamiento (conducción) se ha convertido en un aspecto cada vez más importante o, en otras palabras, las pérdidas de conversión generadas en los dispositivos semiconductores convencionales basados en silicio (Si) suponen un problema en aumento, lo cual promueve la búsqueda de una alternativa viable al silicio.

E

Masanori Tanimura Rohm Semiconductor

l carburo de silicio (SiC) ha surgido como el candidato más prometedor gracias a las mejores propiedades del material, y en especial su bajo nivel de pérdidas. Este compuesto semiconductor presenta unas características superiores al silicio, entre ellas un hueco de banda (band gap) unas tres veces mayor, un campo de ruptura die-

DIC 10 | Mundo Electrónico

léctrica diez veces más grande y un coeficiente térmico tres veces mayor. Todo ello hace que sea ideal para aplicaciones en dispositivos de potencia y funcionamiento a alta temperatura. No obstante, hasta ahora su gran inconveniente ha sido la elevada inversión necesaria para fabricar y procesar el material base en fase de producción.

Rohm Semiconductor ha estado trabajando durante años en I+D para SiC, empezando por el exitoso desarrollo de un prototipo de MOSFET basado en SiC en 2004, seguido de módulos de potencia y diodos de barrera Schottky (Schottky barrier diodes, SBD). Esto condujo al desarrollo de un sistema uniforme de producción para


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dispositivos SiC y la adquisición de la empresa alemana SiCrystal con el fin de asegurarse un suministro estable de obleas cristalinas de SiC de alta calidad. En su informe titulado “SiC & GaN Power — Quarterly Market Watch”, realizado en abril de 2010, IMS Research anunció como previsión que el mercado de diodos Schottky basados en SiC aumentará más de un 50% en 2010 y creció un 25% en 2009 respecto al año anterior. Además prevé un crecimiento para el mercado de semiconductores discretos y módulos de potencia basados en SiC hasta alcanzar los 110 M$ en 2012. COMPARACIÓN SIC/SI Desde un punto de vista técnico, la comparación con los SBD tradicionales basados en silicio ha demos-

trado que el tiempo de recuperación inversa ultrarreducido del SiC (imposible de lograr con silicio) permite una conmutación de alta velocidad. Esto minimiza la carga de recuperación inversa (reverse recovery charge, Qrr) y reduce notablemente las pérdidas de conmutación, contribuyendo así a miniaturizar el producto final. Además, los dispositivos de SiC mantienen constante el tiempo de recuperación inversa (reverse recovery time, trr), el tiempo durante el cual existe un flujo instantáneo de la corriente inversa cuando ha variado la dirección de la tensión directa en dirección inversa, con independencia de la temperatura y al contrario de los diodos convencionales de silicio de recuperación rápida, donde el trr aumenta con la temperatura. Esta estabilidad permite un control a alta temperatura sin incrementar las pérdidas de conmutación. Los diodos de SiC, que ofrecen unas características estables frente a la temperatura (p.ej. la tensión directa) respecto al silicio, también simplifican la/s conexión/conexiones y el embalamiento térmico, al contrario de los diodos de silicio. La nueva serie SCS110A de SBD de SiC de Rohm se caracteriza por un trr de 15ns, mucho más bajo que los 35 ns a 50 ns de los diodos convencionales basados en silicio. Como resultado de ello, las pérdidas de recuperación se reducen hasta en 2/3, disminuyendo asimismo el calor generado. Además, estos productos aseguran un funcionamiento más estable ante cambios de temperatura que los diodos de silicio, contribuyendo así a miniaturizar los disipadores. Respecto a los otros SBD de SiC, esta serie mejora el trr y reduce el tamaño del chip en un 15%, así como la resistencia operativa, las características de temperatura y la tensión directa (VF=1,5 V a 10 A), obteniendo como resultado una mayor eficiencia. Rohm también ha superado los problemas relacionados con la producción masiva de dispositivos SBD de SiC, como la uniformidad de la barrera de contacto Schottky y la formación de una capa de anillo de protección de alta resistencia que no necesita un proceso de alta temperatura, posibilitando así una producción uniforme y propia. NUEVA GENERACIÓN DE SBD Como resultado de ello la próxima generación de la serie de SBD basados en SiC SCS110A de Rohm presenta menos pérdidas y una mayor tensión, al tiempo que ofrece ventajas incluso

“El SiC es ideal para aplicaciones en dispositivos de potencia y funcionamiento a alta temperatura”

“Hasta ahora el gran inconveniente del SiC ha sido la elevada inversión necesaria para fabricar y procesar el material base en fase de producción”

respecto a otros SBD de SiC existentes en el mercado por lo que se refiere a la tensión directa y la resistencia operativa. La densidad de potencia se ve incrementada y aumenta en un elemento con control de temperatura, abriendo así la posibilidad de disipar calor no sólo desde la parte trasera sino también en la parte frontal, mejorando así la eficiencia y la fiabilidad del sistema y permitiendo una reducción del tamaño. Su capacidad para trabajar con una alta temperatura, junto con su bajo nivel de pérdidas para elevadas velocidades de conmutación, convierte a los módulos SiC de Rohm en la elección ideal para aplicaciones expuestas a altas temperaturas así como en equipos que exijan bajas pérdidas de conmutación, incluyendo circuitos de corrección del factor de potencia, convertidores e inversores para conversión de potencia como los utilizados en VH, VE y aparatos de aire acondicionado. Finalmente, la introducción de dispositivos avanzados de potencia basados en SiC con un precio económico en el mercado y en sistemas electrónicos de potencia promoverá nuevos desarrollos en el ámbito del encapsulado de dispositivos, los componentes pasivos, diseños térmicos, diseños de circuitos y sistemas, así como mejoras en la construcción y el funcionamiento de motores y accionamientos. ■ Mundo Electrónico | DIC 10


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Topología de anillo de potencia para inversor trifásico de módulos IGBT La topología en anillo de potencia ofrece considerables ventajas en las aplicaciones de electrónica de potencia, tales como una extremadamente baja impedancia interna (tanto en su componente resistiva como inductiva), una elevada vida útil en funcionamiento en pulsos, una muy alta densidad capacitiva, elevados valores de corriente y unas prestaciones térmicas optimizadas. José Luis Learte Aicox Soluciones

A

partir de un proceso de modelización y pruebas termoeléctricas del condensador de película “power ring” (anillo de potencia) de SB Electronics se pueden obtener informaciones exactas de estos dispositivos. Por este motivo, SB Electronics ha realizado un análisis de diversas topologías en forma de anillo. De este análisis, se obtiene cómo se pueden colocar pares termoeléctricos en la película del propio condensador para detectar el aumento de la temperatura en lugares críticos. También se utilizan estos datos para comparar la densidad volumétrica en el inversor tradicional frente a la que es posible utilizando la topología de anillo de potencia, suponiendo que para cualquier trise la fiabilidad resultante del condensador de film sea la misma.

Módulos alrededor de un anillo (topología en anillo estándar) La compañía ha utilizado formas innovadoras para popularizar los módulos de IGBT alrededor del “condensador en anillo”. Gracias a la posición de las distintas ramas alrededor del anillo se consigue una mayor densidad de potencia, baja inductancia (que reduce o elimina los condensadores de amortiguación) y una densidad de corriente simétrica en el anillo para el punto más bajo de trise. Módulo dentro del anillo central (topología en anillo bajo desarrollo) Otra forma sería un único módulo trifásico que se insertan dentro del anillo, esta topología ofrece retos y ventajas que pueden ser una vía para encontrar la solución a una mayor densidad de potencia. Existe la posibilidad para la com-

Figura 1. Simulación durante 5000 segundos indicando la predicción de un punto caliente. DIC 10 | Mundo Electrónico

pañía SBE de variar el tamaño del hueco central, además cabe destacar que el volumen del condensador cercano al centro es comparativamente pequeño. DETALLES DE LA INTERCONEXIÓN: VENTAJAS Y PUNTOS CRÍTICOS Las ventajas en la interconexión resultan extraordinariamente atractivas, ya que las pestañas de conexión presentan recorridos cortos en ambas caras. Y ofrece la distancia más corta posible desde el silicio hasta el condensador DC Link. La menor inductancia y la mejor distribución de corriente redundan en la utilización de módulos con mejores rendimientos o menor dimensionados. Si el diseñador no tiene que preocuparse por el calor irradiado por el condensador, cabe la posibilidad de utili-


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zar configuraciones más ajustadas. En este caso la mínima distancia desde la conexión del IGBT al condensador DC Link es el objetivo. El resultado es una mayor densidad de energía, reducción o eliminación de los condensadores amortiguadores y una mayor eficiencia en la refrigeración. La corriente del condensador para un inversor trifásico es una función compleja de la propia carga del inversor, la impedancia del bus de continua y del algoritmo de tiempo del gobierno de puerta. En este caso resulta muy complicado calcular el valor mínimo de capacidad, por tanto en esta topología se utilizarán valores “razonables”. Veamos un ejemplo: un inversor de entrada 256 A CC con carga que presenta alto picos (motor de 70-100 kW), con una tensión de rizado máxima de 10 Vpp y una frecuencia de conmutación de 20 kHz. Supongamos el peor de los casos, para un convertidor donde el condensador tiene que suministrar la corriente la mitad de tiempo. Donde la forma de onda del rizado en el condensador es triangular.

Si: V = It/ C. C=I*t/V El período P = 50 µs [fs = 20 kHz, t = 25 µs] C = 260 * 25e-6 * / 10 = 650 µF Esto establecería el límite superior de la capacidad necesaria. La fórmula más común de capacidad es: C = Irms / (2 * pi * fsw * Vrms(rizado)) presuponiendo que el rizado de tensión en el condensador es triangular, y aproximadamente tiene el mismo valor RMS que una onda senoidal. Y que esta corriente de rizado es la misma que la carga en corriente continua. Vrms de rizado  3,54 V El valor calculado sería C = 584 µF. ¿Se necesitan 584 µF para mantener una rizado menor de 10 Vp-p? No. El inversor trifásico nunca requerirá de un condensador para suministrar toda la corriente de carga a mitad de

tiempo. Y la corriente rms en el condensador será significativamente menor que la del bus de corriente CC, donde 500 µF será más que suficiente incluso se puede considerar un valor más bajo. Entonces, ¿por qué se utilizan valores de 1000-2600 µF? Los índices de corriente de los condensadores son el factor que limita la reducción de la capacidad: típicamente de 5–10 µF/Arms para condensadores de film y de 20 –40 µF/Arms para condensadores electrolíticos. Sin embargo, en forma de anillo el valor de la corriente en el condensador es de 1,2–2 µF/Arms. El índice depende del grosor del anillo y la distribución de corriente dentro del anillo (busbar o conectorizado). ANÁLISIS COMPARADO Para la capacidad necesaria para el ejemplo del Dc Link de 260 Arms. Para un electrolítico de 2600 µF, un condensador de película de 2098 µF y un SBE estándar del anillo de potencia de 500 µF. E incluso es posible utilizar una capacidad de 300 µF si se optimiza el diseño del anillo y el IGBT de Mitsubishi.

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Figura 2. Ejemplo del módulo IGBT estándar.

Figura 3. Ejemplo de módulo IGBT de bajo perfil.

En el test realizado todos los condensadores presentan aproximadamente el mismo Trise, incluso el diseño optimizado de 300 µF. Se puede analizar la densidad de potencia en el IGBT y el condensador de DC Link (sin refrigeración). Estos son para un condensador electrolítico de 2600 µF, 37 W/cc; para un condensador de película de 2098 µF, 27 W/cc; un SBE estándar en anillo de potencia de 500 µF, 70 W/cc; un SBE de 300 µF en un diseño del anillo optimizado, 87 W/cc. DIC 10 | Mundo Electrónico

De esta manera se produce un incremento del 80-130% en la densidad de potencia frente a los diseños tradicionales. La solución optimizada de 300 µF se supone que es la configuración "apilada" para este análisis. El "anillo de potencia alrededor del módulo” requeriría nuevos análisis para implementar el efecto de la eficacia de las conexiones y la distribución de corriente. CONCLUSIONES Mediante la combinación de los

módulos IGBT de Mitsubishi Electric, y el anillo de potencia de la empresa SBE es posible diseñar con nuevos conceptos los inversores de potencia sin sacrificar la fiabilidad del dispositivo. El reto para el desarrollador de sistemas es decidir qué hacer con esta densidad de energía avanzada. Se reduce el tamaño del inversor y los requisitos de refrigeración del condensador y como consecuencia se incrementa la potencia disponible y se mejora la fiabilidad. ■


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Sistemas fotovoltaicos

Soluciones altamente integradas El suministro de energía del futuro precisará tecnologías y sistemas innovadores que garanticen una gestión eficiente de la red y de la carga a todos los niveles. Para lograr este objetivo, la industria ofrece hoy soluciones de eficacia probada para la tecnología del mañana. Andreas Mangler Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH

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racias a la continua reducción de los costes y al aumento de la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos, llegar a cubrir con ellos el 12% del total de producción energética de Europa ya se puede considerar una posibilidad factible y económicamente rentable. Sin embargo, para alcanzar esta marca se debe lograr en primer lugar un crecimiento considerable de la potencia de los sistemas fotovoltaicos instalados: sólo en Alemania, el mayor mercado europeo de sistemas fotovoltaicos, sería preciso pasar de los aproximadamente 5,5 GW que se obtienen en la actualidad a unos 80 GW en 2020. El Instituto de Tecnología de Suministro de Energía Solar (ISET, por sus siglas en alemán), ha realizado un estudio sobre la integración en red de energía fotovoltaica de hasta 50 GW en el que queda claramente demostrado que existe una excelente corre-

lación entre la potencia fotovoltaica y la carga de la red: el consumo y la generación de energía coinciden temporalmente con tal precisión que la corriente solar en esta escala se puede inyectar a la red sin necesidad de tomar medidas adicionales. En el futuro, los consumidores y los productores deberán conectarse para formar un sistema de suministro de energía inteligente. Y es que se tenderá cada vez más a la generación de energía descentralizada y en todos los niveles de tensión, para lo que será necesario emplear sistemas de gestión de red que incluyan todos los niveles. Rutronik se adelanta al futuro y ofrece hoy tecnologías innovadoras para satisfacer las necesidades de suministro energético del mañana y para diversificar las posibilidades de las soluciones de sistema específicas de cada aplicación. Para ello, la compañía se apoya en el amplio know-how

Figura 1. Solución aislada (off grid) típica (imagen: SMA Technology AG). DIC 10 | Mundo Electrónico

técnico y en el conocimiento del mercado que reúnen dos empresas: la distribuidora Rutronik y la firma Rusol, especialista en energía fotovoltaica y filial de la primera. GESTIÓN DE LA RED A TODOS LOS NIVELES DE TENSIÓN Una serie de innovadores sistemas de reserva diseñados para el mercado de las soluciones aisladas de la red (off grid), que experimentará un enorme crecimiento en el futuro, proporcionan un suministro de energía absolutamente seguro, e incluyen importantes funciones para la gestión inteligente de la red y de la carga. La gestión de la red comienza en el panel solar y en los distintos componentes del sistema integrados en la instalación, y concluye en el almacenamiento inteligente de la energía. Pero también la gestión optimizada de la carga por parte de los consumidores contribuye a garantizar un abastecimiento seguro en todo tipo de situaciones y a cualquier hora del día. Hoy día se utilizan inversores solares de última generación para compensar la potencia reactiva en la red. Con ayuda de la potencia reactiva, se estabiliza, por un lado, la tensión de red, y se compensan, por otro, los desfases del punto de conexión. La compensación de la potencia reactiva alivia la carga de la infraestructura de la red, y cumple así una función importante en la red de baja tensión, sometida a menudo a esfuerzos elevados. Además, la inyección de potencia reactiva inductiva se puede aprovechar también para reducir la carga de la red de baja tensión: a causa de una mayor carga resistiva óhmica, la inyec-


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ción de potencia efectiva a la red de baja tensión provoca un aumento de tensión. La característica resistiva en ohmios mitiga el efecto reductor de la tensión propio de la potencia reactiva, pero entre un 20% y un 50% del crecimiento se puede compensar, de forma que en total es posible inyectar una mayor cantidad de potencia efectiva de origen fotovoltaico. SUMINISTRO MÁS SEGURO EN LA RED DE INTERCONEXIÓN Otro aspecto importante de la regulación de la red es el equilibrio constante entre la generación y el consumo de energía, puesto que la red (a no ser que se trate de soluciones aisladas o de estructuras parcialmente independientes), no tiene capacidad para almacenar la energía por sí misma. Si bien un fallo de alimentación en la red de baja tensión local no afecta en demasía a la frecuencia, no hay que olvidar que en la red de interconexión en su conjunto la frecuencia es una magnitud decisiva: cualquier desequilibrio entre la energía generada y la energía consumida se manifiesta en forma de una desviación de la frecuencia que deben compensar las centrales de gran tamaño convencionales. Para estos casos, la red europea UCTE prevé actualmente una reserva de regulación primaria de 3 GW, una potencia que bastaría para compensar el fallo simultáneo de dos centrales nucleares de gran tamaño. Sin embargo, si la red de interconexión se interrumpe en varias zonas de regulación, ya no se compensa la carga, sino que se crean zonas de red con sobrefrecuencia o subfrecuencia, circunstancias ambas en las que, según la normativa vigente, deberían desconectarse de golpe todas las instalaciones fotovoltaicas. Por esta razón, para garantizar un suministro seguro en la red de interconexión es imprescindible que también los inversores fotovoltaicos que inyectan energía a la red de baja tensión reduzcan su potencia de inyección si aumenta la frecuencia de la red. CONTROL INTELIGENTE DE CARGA PARA GESTIONAR LA RED Y LA CARGA Sea cual sea la razón que lleve a reducir la potencia fotovoltaica, ésta no es la solución más idónea, puesto que en último término, exige no aprovechar una energía muy valiosa. Las alternativas: hacer buen uso de la energía sobrante o almacenarla para poder utilizarla más adelante. Para ello es preciso aliviar la carga de las redes re-

“La compensación de la potencia reactiva alivia la carga de la infraestructura de la red y cumple así una función importante en la red de baja tensión, sometida a menudo a esfuerzos elevados”

“Para garantizar un suministro seguro en la red de interconexión es imprescindible que también los inversores fotovoltaicos que inyectan energía a la red de baja tensión reduzcan su potencia de inyección si aumenta la frecuencia de la red”

gionales de baja y media tensión, por lo menos hasta que se avance lo suficiente en el proceso de modernización y estas redes acaben formando parte de una red de interconexión en la que se puedan distribuir en todas las direcciones y sin pérdidas cantidades de energía variables. Una de las soluciones pasa por el consumo propio, que redunda por partida doble en un alivio de la carga: por un lado, si la energía se utiliza directamente en el lugar en que se genera, ya no es necesario transportarla a través de la red eléctrica; por otro, se ahorra la energía necesaria para este consumo, que de otro modo se tomaría de la red. Además, el consumo propio permite aprovechar una de las ventajas más características de los sistemas fotovoltaicos: la excelente relación temporal entre la generación y el consumo de energía. Al mediodía, cuando las instalaciones de corriente solar suministran su aporte energético máximo, es también, por lo general, el momento del

día en que se registra una mayor demanda. Además de ser una solución útil para aliviar la carga de la red, el consumo propio es, desde un punto de vista general, un tema fundamental de cara al futuro, sobre todo si tenemos en cuenta el nivel de paridad de red que se ha alcanzado en Alemania en sólo pocos años. Y es que cuando llegue el día en que la corriente solar cueste lo mismo o incluso menos que la electricidad convencional, a todos aquellos que tengan una instalación fotovoltaica les resultará rentable consumir la mayor parte posible de la energía que genere su instalación. Pero también es posible crear soluciones automatizadas para aumentar el consumo propio añadiendo al sistema de control de la potencia de la instalación fotovoltaica un dispositivo de conmutación eléctrico. A este tipo de soluciones se aplican las mismas normas básicas: los consumidores se activarán sólo si la energía necesaria para la generación está disponible y no se está utilizando con otros fines. De lo contrario, los consumidores se conectarán más tarde o uno tras otro. Para ello, el sistema debe conocer tanto la potencia de generación como el consumo actual de energía. De lo contrario, existe el riesgo de que no se tengan en cuenta los consumidores que ya están en funcionamiento, utilizando parte o la totalidad de la energía fotovoltaica disponible. En el peor de los casos, una situación de este tipo podría generar un pico de carga superior a la capacidad energética de la instalación solar, y el consumidor conectado tendría que tomar la energía que necesita, por lo menos en parte, de la red. Por tanto, una solución técnica eficaz debe registrar la potencia fotovoltaica y controlar además el contador de la energía inyectada, que mide con exactitud la parte de la energía generada que no se destina a cubrir la demanda energética de la vivienda. Si se está inyectando energía y la potencia fotovoltaica disponible es superior a la energía consumida, se pueden conectar más consumidores. EL ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA COMO ALTERNATIVA A LA REDUCCIÓN DE LA POTENCIA A medio plazo resultan interesantes también los sistemas de batería y los supercondensadores para el almacenamiento temporal de la energía fotovoltaica: la posibilidad de elegir libremente el momento en que se Mundo Electrónico | DIC 10


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va a consumir permite aumentar aún más el porcentaje de energía generada destinado al consumo propio. En este contexto, se prevé que en el futuro ganen cada vez más importancia los procedimientos de desplazamiento de cargas. Nos referimos, por ejemplo, a sistemas de control inteligentes que conformen lo que se ha dado en llamar "smart grids" en el lado de los consumidores: estas redes conectan o desconectan los distintos consumidores de corriente en función de la energía disponible, teniendo en cuenta tanto la energía que necesita cada uno de los equipos como la cantidad que se prevé producir. Sin embargo, según el panorama energético que la EPIA (European Photovoltaic Industry Association) anuncia para el año 2020, en el futuro no bastará con sincronizar el consumo y la generación de energía para compensar todo el excedente de energía producido. Esto se debe a que, si la potencia de los generadores instalados de acuerdo con la LER (Ley de Energías Renovables) es mayor que la carga de consumo mínima de la red, no es posible utilizar por completo toda la energía generada en cualquier momento. Otras limitaciones vienen dadas por la infraestructura de la red de baja tensión, que está concebida para potencias medias de aproximadamente 1 kW por vivienda conectada. Si la instalación fotovoltaica produce, pongamos por ejemplo, una potencia de 40 GW, la red podría llegar al límite de su capacidad en periodos en los que se combina una elevada radiación solar con una carga reducida. En lugar de reducir la producción, en estos casos se puede recurrir a un mecanismo de almacenamiento in-

termedio como complemento de la gestión de la carga. La tecnología disponible en la actualidad permite instalarlo sin problemas; se puede ajustar y ampliar fácilmente, y proporciona fiabilidad y eficacia probadas. Este mecanismo atenúa las oscilaciones en la potencia generada a la vez que permite una utilización continua de la energía, independientemente del momento en que se produzca. Sin embargo, para que el almacenamiento de energía sea adecuado y alivie realmente la carga de la red es imprescindible que se realice vinculado al consumo y a la generación de energía. Además, es recomendable almacenar sólo la energía sobrante generada durante los picos de producción, puesto que el almacenamiento también conlleva gastos. Para aprovechar la energía que hasta ahora se "regalaba" a consecuencia de la reducción de la potencia, ya hoy resulta rentable recurrir al almacenamiento de energía: con la tecnología de batería actual, los costes se reducen a entre 10 y 20 céntimos de euro por kilovatio, menos que el precio utilizado como referencia para los clientes particulares. Las primeras soluciones para el almacenamiento de energía solar ya han salido a la venta, y experimentarán un desarrollo tecnológico considerable en los próximos años. Con ayuda de los sistemas de almacenamiento intermedio se pueden cumplir también los requisitos que se plantean en relación con la gestión de la red y de la carga. En este sentido deben destacarse principalmente tres funciones: en primer lugar, se trata de sistemas de suministro de energía ininterrumpido que en caso de fallo de la red pueden conectar en cuestión de milisegundos la alimentación

Figura 2. Los supercondensadores ofrecen enormes ventajas en lo que respecta a la provisión de potencias máximas en soluciones aisladas. DIC 10 | Mundo Electrónico

de corriente de batería con apoyo solar y garantizar, así, que los consumidores más importantes continúen en funcionamiento. En segundo lugar, el sistema de almacenamiento intermedio de la energía fotovoltaica permite elegir libremente el momento en que se va a consumir dicha energía. Con ayuda de este desplazamiento de cargas es posible aumentar aún más el porcentaje de energía consumida directamente en el lugar en que se genera. Actualmente, las limitaciones en este aspecto vienen impuestas por la capacidad de las baterías y por la potencia del inversor de reserva. La instalación de una cantidad adecuada de sistemas de reserva podría ser la solución para regular la potencia efectiva y/o la frecuencia de la red de interconexión, más allá de los límites de la red de baja tensión y durante las 24 horas del día. Este tipo de combinación de regulación primaria y secundaria descentralizada resulta tan fiable como económica. Por último, el almacenamiento intermedio descentralizado de la energía de los paneles fotovoltaicos sobre el tejado, para compensar posibles pérdidas en zonas de sombra y poder mantener el panel prácticamente al punto de funcionamiento máximo a pesar de todo. ULTRACONDENSADORES PARA CUBRIR PICOS DE DEMANDA ENERGÉTICA Con una densidad energética de 5 a 20 kW/kg y capacidad para alcanzar potencias de hasta 10 kW, estos modernos condensadores resultan idóneos para almacenar corriente eléctrica. Tienen una vida útil equivalente a cerca de un millón de ciclos, y una eficiencia energética de aproximadamente el 95 %. Los ultracondensadores se cargan en un tiempo de entre tres y cinco minutos, y pueden suministrar una gran cantidad de energía en poco tiempo. A diferencia de las baterías convencionales, no funcionan a partir de procesos químicos, sino puramente físicos, y sufren así un desgaste mucho menor. La pieza fundamental de estos supercondensadores desarrollados por Maxwell Technologies es un electrodo de aluminio cubierto por una capa de carbón activo. Si se aplica tensión a los electrodos, las cargas eléctricas se adhieren a los mismos y permanecen almacenadas allí (por efecto de la atracción mutua) durante un tiempo, incluso aunque se retire la fuente de corriente. Cuanto menor


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Figura 3. Reducción de la cantidad de ciclos en los sistemas en batería (imagen: Universidad técnica de Chemnitz, Alemania).

Tabla 1. Desviaciones de la potencia fotovoltaica real tomando como referencia el promedio de 1/4h en un día ejemplar Desviación de Menos de 50 W Entre 50 W y 100 W Entre 100 W y 200 W Entre 200 W y 300 W Entre 300 W y 400 W Entre 400 W y 500 W Más de 500 W

Número de cambios 244 57 86 76 55 28 17

Total

563

Fuente: Universidad Técnica de Chemnitz (Alemania)

sea la distancia entre los electrodos y mayor la superficie de los mismos, mayor será su capacidad de almacenar cargas eléctricas. El polvo de carbón que recubre un sólo electrodo puede cubrir una superficie equivalente a aproximadamente 130 campos de fútbol. Ya a mediados del año 2006, Maxwell se dio a conocer con sus supercondensadores de 2,7 V con capacidades de 5 a 3000 F. Con un condensador de 10 F se puede mantener encendido un LED rojo durante más de una hora. La energía se almacena con una densidad de más de 3 Wh/kg, valor que se espera aumentar hasta aproximadamente 15 Wh en los próximos años. Sin embargo, para la utilización de los condensadores en vehículos eléctricos, se necesitaría una densidad de almacenamiento de más de 100 Wh/kg. En los sistemas aislados se utilizan actualmente acumuladores de plomo. Estos dispositivos están técnicamente muy avanzados y proporcionan por lo general un funcionamiento fiable, pero precisan a menudo de mucho mantenimiento y tienen una vida útil relativamente corta. Recien-

temente se ha llegado a la conclusión de que una de las razones principales del elevado esfuerzo a que se ven sometidos estos acumuladores radica en el elevadísimo número de ciclos de carga y de descarga consecutivos que deben realizar en intervalos de tiempo muy breves, incluso en días con niveles de radiación solar favorables, pero con muchas fluctuaciones. Ésta es la razón por la que muchos acumuladores presentan un elevado grado de desgaste y deben cambiarse a los pocos años de instalarse. La solución a este problema pasa por combinar un acumulador a corto plazo (un supercondensador con capacidad para realizar más de 1.000.000 de ciclos de carga y de descarga) y un acumulador a largo plazo (una batería) con un sistema de gestión de carga electrónico de potencia debidamente adaptado. En la figura 3 se reproduce, a modo de ejemplo, en una curva de alta resolución temporal, la evolución de la radiación solar a lo largo de un día. Los valores de desviación de esta curva figuran en la tabla 1. A ello se debe añadir que el consumidor toma energía de forma aleatoria para cubrir las ne-

cesidades energéticas reales de una vivienda a lo largo de un día. Así, los procesos de carga y de descarga del sistema de almacenamiento están sujetos a grandes variaciones. En las dos curvas centrales se puede apreciar que el supercondensador puede compensar estas fluctuaciones mientras un acumulador de batería se encarga del almacenamiento de energía a largo plazo. Si el sistema de almacenamiento consta de una única batería, es muy probable que la suma de los cambios lleve a esta batería al límite de su capacidad de carga en sólo pocos años. Además, gracias a su capacidad de reducir la carga dinámica del sistema, el supercondensador podrá contribuir a alargar la vida útil y compensar variaciones elevadas de la carga en los acumuladores a largo plazo compuestos por un electrolizador y una celda de combustible que se empleen en el futuro. Las dos curvas inferiores muestran la energía que contienen los dos componentes del sistema de almacenamiento en cada momento. El acumulador a largo plazo no debe hacerse cargo de toda la energía, por lo que puede ser de menores dimensiones. En el futuro, los supercondensadores se utilizarán sin duda cada vez más como componentes electrónicos de potencia de los módulos inteligentes de almacenamiento de energía. Su aplicación en los sistemas fotovoltaicos (tanto en red como aislados), mejora considerablemente las propiedades energéticas de estos sistemas y, en consecuencia, su acogida en el mercado. Los ultracaps han demostrado ser idóneos para mejorar el funcionamiento de la red en condiciones variables, tanto en lo que respecta a la fluctuación de suministro como desde el punto de vista del comportamiento de los consumidores. Si tenemos en cuenta que se encuentran aún en una fase de desarrollo inicial, podemos concluir sin miedo a equivocarnos que su potencial es enorme. LA COMUNICACIÓN DE SISTEMAS SE CONVIERTE EN COMUNICACIÓN EN RED En un futuro, los componentes de comunicación de cada instalación formarán parte de una red de comunicación integral con la que se gestionará la energía de forma inteligente y en función de la carga. Gracias a la tecnología Bluetooth, resulta muy sencillo diseñar soluciones para controlar la instalación: los Mundo Electrónico | DIC 10


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Figura 4. La red de comunicación inteligente del futuro en su totalidad.

Figura 5. Solución de sistema completa basada en tecnología Bluetooth para el terminal de conexión inteligente para paneles fotovoltaicos. DIC 10 | Mundo Electrónico


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Terminal de conexión inteligente para paneles fotovoltaicos: análisis del rendimiento de los paneles solares con espectroscopía de impedancias La impedancia de una célula solar define la reacción de la corriente de la célula a una tensión parásita reducida modulada periódicamente en función de la frecuencia residual f. Para calcular la impedancia, se aplica a la célula solar, en condiciones de funcionamiento específicas y estacionarias (y en cualquier punto de la curva característica) una tensión alterna reducida y sinusoidal de la frecuencia residual f, y se mide la CA resultante. Este proceso tiene lugar en un margen de frecuencia relativamente amplio (en este caso, de entre 100 mHz y 100 kHz). De este modo se calculan los cambios de amplitud y el desfase entre la corriente alterna medida y la tensión alterna aplicada. La espectroscopía de impedancias permite caracterizar con mayor precisión el estado estacionario de la célula solar. La dependencia entre la impedancia y la frecuencia arroja, además, información adicional. Los distintos procesos que tienen lugar en la célula solar pueden tener distintas constantes de tiempo y manifestarse, por tanto, en distintos márgenes de frecuencia. La figura 6 muestra un ejemplo de medición.

Figura 6. Impedancias medidas (diagrama de Bode) con variación de la tensión previa. Fuente: Centro de Investigación de Materiales de Friburgo (FMF).

“A medio plazo resultan interesantes también los sistemas de batería y los supercondensadores para el almacenamiento temporal de la energía fotovoltaica: la posibilidad de elegir libremente el momento en que se va a consumir permite aumentar aún más el porcentaje de energía generada destinado al consumo propio”

equipos compatibles con Bluetooth se conectan rápidamente y de forma automática a una red inalámbrica fiable. Para separar entre sí instalaciones cercanas es preciso establecer en primer lugar el mismo código de identificación de red para todos los inversores de una instalación, que forman así una red por radiofrecuencia común. Una vez hecho esto, es muy sencillo configurar el control de la instalación a distancia a través de cualquier teléfono inteligente. Un conjunto de módulos Bluetooth con batería garantizan el funcionamiento correcto de la función de control y/o del indicador de aporte energético tanto durante el día como durante la noche (figura 4). Para estas aplicaciones, Rutronik ha desarrollado en una colaboración exclusiva con la compañía Infineon una solución de red integrada en un único chip, que incluye además puerto USB y numerosas funciones de análisis. Los elementos fundamentales de esta solución son los siguientes:  Sistema de comunicación de la instalación integrado  Sistema de comunicación entre los distintos módulos  Posibilidad de conexión con un te-

léfono inteligente o smartphone por medio de Bluetooth  Interface analógico para funciones de medición y de análisis  Caracterización de los distintos paneles solares por medio de una espectroscopia de impedancias y de una espectroscopia de modulación de la intensidad de la corriente fotoeléctrica  Curva de tensión de la corriente fotoeléctrica  Corriente de cortocircuito (Isc)  Tensión de circuito abierto (Voc)  Punto de máxima potencia (MPP) de cada panel  Factor de llenado (fill factor) para determinar la relación entre el punto MPP y los parámetros de circuito abierto y de cortocircuito  Medición del grado de envejecimiento o deterioro de los paneles individuales o integrados en una misma cadena  Medición de temperatura  Sistema de detección de robos y/o de cambios en la red Con este sistema, Rutronik e Infineon han conseguido desarrollar la primera solución de red integral y monolítica que reúne en un solo chip la mayor Mundo Electrónico | DIC 10


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Combinación de la espectroscopía de impedancia electroquímica y de la espectroscopía de modulación de la intensidad de la corriente fotoeléctrica: el mejor método de análisis del sistema Las características cinéticas de las reacciones electroquímicas que se dan en los semiconductores o en los metales recubiertos por capas de óxido son, por lo general, muy complejas. Las reacciones pueden variar, sobre todo, según el dopaje del semiconductor o a consecuencia de las capas de adsorción o de los efectos fotoeléctricos. Las separaciones metálicas, la evolución del hidrógeno y los procesos de corrosión de los semiconductores son especialmente sensibles en este sentido y se pueden ver afectados por las más mínimas variaciones. La espectroscopía de impedancia electroquímica es un método muy eficaz también para analizar las características cinéticas de problemas complejos. La nueva solución de sistema integrada en un chip de Infineon es idónea para esta aplicación. Para realizar la espectroscopía de impedancia electroquímica se superpone al potencial de corriente continua una tensión alterna de amplitud reducida y se mide por fases la reacción de la corriente alterna del sistema. La frecuencia de la tensión alterna superpuesta se puede variar entre 10 µHz y 500 kHz, para que se aprecien las constantes de tiempo características del sistema. Observando el espectro de impedancia de la evolución del hidrógeno en los electrodos semiconductores de GaAs (arseniuro de galio), por ejemplo, se aprecia la respuesta de frecuencia típica de los procesos de difusión (impedancia de Warburg), condicionada por el transporte de los iones de hidrógeno en el electrolito,

“En el futuro, los supercondensadores se utilizarán sin duda cada vez más como componentes electrónicos de potencia de los módulos inteligentes de almacenamiento de energía” “En un futuro, los componentes de comunicación de cada instalación formarán parte de una red de comunicación integral con la que se gestionará la energía de forma inteligente y en función de la carga”

así como dos constantes de tiempo que la reacción en dos etapas del electrodo de la evolución del hidrógeno marca con hidrógeno atómico adsorbido en la superficie. Con esta técnica de medición se puede realizar simultáneamente una medición de capacidad-tensión (C-V) para determinar el dopaje y el potencial de banda plana, o para calcular la posición energética de la banda de conducción y de la banda de valencias del semiconductor en el electrolito. El análisis de la cinética electroquímica de los electrodos semiconductores es mucho más complicado que el de la de los electrodos metálicos, sobre todo porque en los primeros los electrones se pueden transferir tanto por la banda de conducción como por la banda de valencias. En los conductores con un dopaje alto se pueden dar también túneles eléctricos. Como complemento de la espectroscopía de impedancia se puede realizar también una espectroscopía de modulación de la intensidad de la corriente fotoeléctrica (IMPS, por sus siglas en inglés). En este método, en lugar de una tensión alterna se utilizan LED para modular periódicamente la intensidad de la luz sinusoidalmente, y para medir la corriente alterna por fases. Combinando los dos métodos se obtiene información muy útil sobre la contribución de los portadores minoritarios y mayoritarios en las llamadas reacciones redox que se producen en las células de silicio.

parte de las funciones de análisis de células individuales o de paneles solares completos. CONCLUSIÓN Las nuevas tecnologías, como los supercondensadores, supondrán un enorme avance para las soluciones aisladas autárquicas, pero también para el aprovechamiento de la corriente solar generada para el consumo propio. El terminal de conexión inteligente para paneles fotovoltaicos combinará una tecnología de análisis muy avanzada con resultados de medición muy precisos, y podrá enviar información en línea a la siguiente cadena de señales en cualquier momento. Con él se podrán analizar incluso el grado de envejecimiento o de deterioro de los paneles fotovoltaicos. Todo ello, a un precio más que razonable. FUENTES CONSULTADAS [1] Reacciones de cinética electroquímica. Universidad Leibniz de Hanóver, 2010

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[2] Modelo analítico para el cálculo de curvas e impedancias estacionarias características. Facultad de Física de la Universidad Alberto-Ludoviciana de Friburgo, 1999 [3] Documentación sobre aplicaciones de la empresa SMA Solar Technology AG [4] Centro de Investigación de Materiales de Friburgo (FMF) [5] Análisis de comportamiento de múltiples células solares en condiciones de uso reales. Departamento de Física de la Universidad de Constanza [6] Caracterización de dispositivo de conversión de energía fotovoltaica por CC y técnicas de resolución de frecuencias (IMPS/IMVS), Autolab Instruments (Holanda) [7] Espectroscopia de impedancia. Hojas de aplicaciones. Andreas Mangler, Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH [8] Supercaps ya integrados en sistemas fotovoltaicos. - Dipl. Ing. M. Bodach, Universidad Técnica de Chemnitz ●


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En aspectos como precisión, tiempo y hardware/software

Diferencias entre diseño analógico y diseño digital La diferencia básica entre la mentalidad digital y la analógica está arraigada en las definiciones de precisión, tiempo y de hardware frente a software. Cuando se trata de precisión, los aspectos que deben preocuparnos son la idoneidad de los dispositivos analógicos para la tarea y la eficacia con la que el software se encarga de ejecutar el código. Los ingenieros analógicos aprenden enseguida que las modificaciones en la circuitería son complicadas, mientras que los ingenieros digitales pueden hacer cambios en el software con tan sólo apretar unas teclas. Y además está el asunto del tiempo: en el diseño analógico, la frecuencia predomina en las decisiones del diseñador, mientras que para un diseñador digital lo que importa es el tiempo transcurrido. Bonnie C. Baker Texas Instruments

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n 2001, hace casi diez años, en la Embedded Systems Conference (ESC) de San Francisco, se me acercó un candidato a ingeniero recién licenciado. En cuanto se enteró de que era directora me contó que estaba buscando trabajo. Currículo en ristre, me dijo que conocía la empresa de microcontroladores en la que yo trabajaba y que le gustaría trabajar con nosotros. Yo, por mi parte, le facilité unos cuantos detalles sobre mi función en la empresa, que por aquel entonces era dirigir el grupo de señal mixta y aplicaciones lineales. En mi departamento nos encargábamos de las definiciones de producto, de la redacción técnica, de la formación del cliente y de las visitas a los clientes, tareas que nos hacían viajar por todo el mundo. Cuando acabé la "presentación comercial", me dijo con orgullo que le parecía un trabajo estupendo. Volví a destacar que desempeñaba mi actividad en la división analógica de la empresa. El aspirante estaba convencido de conocer el tema y me dijo, muy orgulloso, que lo analógico no tenía futuro y que al final acabaría imponiéndose lo digital, y que cualquiera que supiese algo de ingeniería eléctrica estaría de acuerdo, ¿verdad? A lo largo de mi carrera laboral he trabajado con los más diversos diseñadores analógicos y digitales, y todos ellos tienen sus razones para explicar por qué no pueden hacerlo todo. Los

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“El ruido en electrónica puede ser aleatorio. Si se trata de un suceso aleatorio en el espectro de frecuencias, carece de frecuencias coherentes. El ruido aparece en todos los dispositivos analógicos, tanto en los activos como en los pasivos”

diseñadores digitales encontrarán en este artículo algunos consejos prácticos para adentrarse en las "tinieblas" analógicas del diseño de circuitos, o a mi modo de ver, para salir a la luz. PRECISIÓN ¿Cómo se define la precisión necesaria en un circuito electrónico? Esta cuestión se puede responder de tres maneras. Una de ellas es: "toda la que haga falta". En algunos circuitos basta con una precisión de uno o dos milivoltios, mientras que en otros será necesario afinar por debajo del microvoltio. Esta diferencia en los requisitos del sistema hace que en algunos sistemas el enfoque aplicado sea del

tipo "así ya está bien", y que en otros sea del tipo "a ver qué más se puede hacer para mejorarlo". El segundo método para obtener precisión implica entender verdaderamente los componentes y dispositivos con los que se trabaja. En lo que respecta a los componentes, una resistencia de 1 kΩ un condensador de 20 pF o cualquier otra resistencia o condensador no equivalen siempre a los valores absolutos anunciados. La temperatura, por ejemplo, puede alterar de forma notable el comportamiento de estos componentes. Es más, en los cajones de componentes del laboratorio, los parámetros varían de una unidad a otra. Estos dos factores, si no se tienen en cuenta, pueden alterar notablemente el comportamiento de un circuito. Por lo que respecta a los dispositivos, nos encontramos con que las fichas técnicas de los productos muestran valores máximos y mínimos garantizados y valores nominales. No es necesario explicar el significado de los valores garantizados: los dispositivos no superarán estos valores siempre que se cumplan las condiciones de las especificaciones y que no se sometan a temperaturas o tensiones excesivas. Los valores nominales de la ficha técnica de un producto son otra cosa. Existen varios métodos para determinar estos valores y cada fabricante


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tiene su propia manera de calcularlos y su justificación para hacerlo así. Algunos fabricantes toman la media de una gran muestra de unidades antes del lanzamiento del producto. El tamaño y las características de las muestras pueden variar considerablemente. Otros fabricantes se afanan por ser concienzudos y seleccionan cientos de muestras de tres o más lotes de producción, mientras otros se limitan a una pequeña muestra (entre 15 y 30 unidades) de un lote y calculan los valores nominales a partir de ella. Como es de suponer, este último método no ofrece una imagen fiel del comportamiento del dispositivo a lo largo del tiempo. Además del tamaño de la muestra, el método de cálculo de los valores nominales también varía. Algunos fabricantes definen los valores nominales como el equivalente a la desviación estándar más la media, otros simplemente toman la media y la utilizan como valor nominal en las especificaciones, y otros utilizan la simulación SPICE como guía final para obtener los valores nominales. Aquí hay que tener cuidado. Sea cual sea el método utilizado por el fabricante para determinar los valores nominales publicados en las especificaciones o en la ficha técnica, no debemos diseñar un circuito basándonos en los valores nominales, hay que utilizar siempre los valores máximos y mínimos. El tercer aspecto de la precisión es el ruido, y aquí serán necesarios algunos conocimientos de estadística con grandes muestras. El ruido en electrónica puede ser aleatorio. Si se trata de un suceso aleatorio en el espectro de frecuencias, carece de frecuencias coherentes. El ruido aparece en todos los dispositivos analógicos, tanto en los activos como en los pasivos. Si muestreamos los sucesos de ruido de nuestro circuito, con el tiempo obtendremos una distribución normal. Si las muestras de ruido caen dentro de una distribución normal, las repetidas muestras se reparten en torno a un valor central. La distribución es más o menos simétrica en torno a este valor central. La distribución forma una curva con su punto máximo en el punto central que tiende a cero en ambas direcciones. Dado que la distribución es coherente con el teorema central del límite, se pueden utilizar cálculos estándar como la desviación media y la desviación estándar para predecir la magnitud general de futuras incidencias respecto a la curva normal. Para obtener más información sobre

el ruido en electrónica se puede consultar la completa serie de artículos publicados en www.en-genius.com [1]. HARDWARE CONTRA SOFTWARE A la hora de adentrarse en el mundo analógico, hay enfoques bastante prácticos. Piense en sus diseños de hardware como una forma de aprender los aspectos básicos de los componentes y del comportamiento de los bloques constructivos elementales, y ejecute siempre en primer lugar una evaluación a alto nivel. Tenga en cuenta que a pesar de que la disposición de la placa de circuito también merece atención, en este artículo no trataremos ese tema. La precisión en el mundo digital tiene más que ver con la exactitud con la que se haya creado el código a la hora de gestionar las interacciones dentro del propio código y con sucesos externos, como las interrupciones. Conozca los fundamentos de los componentes Hay que conocer como mínimo los fundamentos de las resistencias, condensadores e inductancias. Si al inicio de nuestra actividad no tuvimos mucho contacto con estos componentes, nos queda mucho por hacer. La pregunta que debemos hacernos es: ¿qué necesita saber un ingeniero de circuitos analógicos? Las resistencias son componentes simples. A la hora de utilizarlas en los diseños, hay varios aspectos que debemos tener en cuenta. La idea básica de las resistencias es que influyen en las tensiones y las corrientes del

diseño. La fórmula de Thevenin la define de la siguiente manera:

V =1 R ´I donde V es la tensión, R es la resistencia en ohmios e I es la corriente en amperios. Para recordar la fórmula suelo recurrir a la geografía: Vermont siempre queda encima de Rhode Island. Ésta es la descripción de primer nivel de la función de la resistencia en un circuito. A efectos prácticos se trata de una ecuación en corriente continua (CC), no en corriente alterna (CA). Si queremos ir más allá de esta fórmula, hay que tener en cuenta las características parásitas de la resistencia, a saber, la capacidad parásita en paralelo y la inductancia parásita en serie con el elemento resistivo. Estos componentes son efectos del dispositivo físico. En la figura 1 se muestra un esquema de la resistencia con sus componentes parásitos. La verdad es que nunca me preocupé por la capacidad parásita de las resistencias hasta que comencé a diseñar circuitos de transimpedancia para sensores con fotodiodos. La figura 2 muestra un ejemplo de este tipo de circuito. Si se diseña este circuito fotosensible sin tener en cuenta CP, es fácil que la salida se ponga a cantar como un pájaro, esto es, a oscilar. Esta oscilación viene provocada generalmente por una inapropiada elección de CF, pero también puede deberse a la capacidad parásita CP. Estas capacidades, junto con la capacidad parásita del fotodiodo y la capa-

Figura 1. Modelización de una resistencia típica. Los elementos parásitos de una resistencia son su capacidad en paralelo (CP) y su inductancia en serie (LS). Mundo Electrónico | DIC 10


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del condensador que utilizo con frecuencia en los diseños:

I = C´

Figura 2. Ignorar la capacidad parásita de la resistencia de realimentación puede provocar que el amplificador de transimpedancia de un circuito fotodetector se vuelva inestable [2].

cidad de entrada del amplificador, interactúan para alcanzar la estabilidad, pero puede que no lo consigan. El circuito del ejemplo es uno de esos casos en los que la capacidad parásita de la resistencia puede jugarnos una mala pasada. La idea se puede extrapolar a otros circuitos en los que se utilicen condensadores discretos de pequeño valor en serie o en paralelo con resistencias discretas. La inductancia parásita de la resistencia puede afectar a sistemas de alta velocidad en los que normalmente se utilizan resistencias de

pequeño valor. Por lo general, la impedancia de las resistencias de gran valor se ve más afectada por la capacidad parásita y la impedancia de las resistencias de pequeño valor se ve más afectada por la inductancia parásita. La figura 3 ilustra este comportamiento. En CC, los condensadores se comportan ante las tensiones y las corrientes como un muro. En nuestros diseños, hay que tener en cuenta el comportamiento y el efecto de los condensadores en el dominio del tiempo y en el de la frecuencia. Esta es la fórmula

¶V ¶t

donde C es la capacidad en faradios, dV es la variación de tensión en voltios y dt es la variación de tiempo en segundos. También sabemos que los condensadores se utilizan en el ámbito de las frecuencias para crear filtros de paso bajo o de paso alto. El condensador viene acompañado de una resistencia parásita (RESR) y una inductancia parásita en serie (LESL). El esquema de estos componentes parásitos se muestra en la figura 4. Al comenzar a estudiar los condensadores puede parecer que este componente es en esencia un elemento capacitivo que interactúa con resistencias ideales e inductancias ideales en un circuito, pero esto no tiene por qué ser cierto. La resistencia y la inductancia parásita de un condensador modifican la impedancia del condensador con la frecuencia (figura 5). En la figura 5 la resistencia en serie del condensador (RESR) provoca que la impedancia del condensador disminuya a medida que la frecuencia aumenta. La inductancia en serie (LESL) provoca que la impedancia del condensador aumente a altas frecuencias. Los condensadores son muy prácticos a la hora de desacoplar fuentes de alimentación, estabilizar circuitos, como carga en reguladores de baja caída y como carga en tensiones de referencia. No obstante, los condensadores se utilizan en todos los casos para modificar frecuencias en CA, no para tensiones en CC. Conozca el comportamiento general de los principales bloques constructivos Considere estos bloques básicos de diseño de circuitos como si fuesen las instrucciones de un microcontrolador. Comience por utilizarlos en las configuraciones circuitales más habituales o según el procedimiento clásico. Los bloques básicos en electrónica analógica son los siguientes:  Resistencias  Condensadores  Inductancias  Convertidores A/D  Amplificadores operacionales

Figura 3. La impedancia de la resistencia varía desde el valor de resistencia definido en CC a otros valores según la frecuencia. Estos cambios se ven influidos por la capacidad y la inductancia parásitas. DIC 10 | Mundo Electrónico

Piense en líneas generales ¿Le dan miedo las matemáticas? No se deje dominar por el temor. Con-


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es muy semejante a la de escribir el código antes de definir el diagrama de estados del programa. Si nos detenemos a contemplar el diseño con tranquilidad, podemos encontrarnos con que el análisis detallado está totalmente desencaminado. Si el análisis es correcto, es probable que se trate solamente de una parte del problema. Voy a poner un ejemplo que explica a la perfección lo que pretendo decir: Problema ¿Cuál es la frecuencia de corte del filtro de paso bajo R|C de un polo mostrado en la figura 6?

Figura 4. Modelización de un condensador cerámico típico. Los elementos parásitos de un condensador estándar son la resistencia en paralelo (RS), también conocida como resistencia eficaz en serie (ESR), y la inductancia en serie (LS), también conocida como impedancia eficaz en serie.

céntrese en el aspecto práctico de las aplicaciones analógicas y apréndase las reglas generales. Muchos de no-

sotros comenzamos por trabajar en el problema antes de identificar las dificultades principales. Esta actitud

Respuesta Solución "de cajón": Un momento... esto no es un filtro de paso bajo, sino un filtro de paso alto. Esta conclusión resulta evidente en cuanto se estudia el problema, pero es sorprendente la cantidad de gente que no cae en ella. Si damos por sentado que el autor se equivocó e intercambió las posiciones de la resistencia y del condensador, la frecuencia de corte será 1/2πxR1C1 o

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Tiempo (frente a frecuencia) Las estrategias de diseño digital se encuentran a sus anchas en el dominio del tiempo. Aunque parezca que los microcontroladores o los integrados DSP crean sucesos simultáneos, este efecto se consigue mediante la multitarea de código, una técnica que se utiliza entre bastidores. Por otro lado, las estrategias de diseño puramente analógico medran en el dominio de la frecuencia. Los convertidores A/D y D/A son algunos de los dispositivos fundamentales que corresponden tanto al dominio del tiempo como al dominio de la frecuencia.

Figura 5. La respuesta en frecuencia de un condensador varía a bajas frecuencias debido a la resistencia en serie, y a altas frecuencias debido a la inductancia en serie.

aproximadamente 167 Hz. ¿Cómo he llegado a este resultado? Pues aplicando que 2π vale aproximadamente 6. A bote pronto podría aceptar este error, ya que la variación de un condensador a otro del mismo valor oscila entre ±10 y ±20%. Si se calculan los valores exactos, el polo está a 159,1549 Hz. Solución calculada (insistiendo en el error):

(V OUT -V IN ) V OUT = R1 (1 / sC1 ) V OUT (R1 -1 / sC1 ) = V IN ´ R1 V OUT sR1C1 = s ´ R1 ´C1 -1 V IN

Según estos cálculos hay un cero en CC y un polo en 159,1549 Hz. Las dos soluciones no concuerdan, y la simulación de SPICE dará seguramente el mismo resultado que los cálculos. Para realizar la simulación se puede utilizar TINATM [3], el software SPICE gratuito de Texas Instruments. La moraleja de esta historia es que primero hay que encontrar la solución al problema, y después utilizar SPICE para verificar el análisis. En este tipo de análisis, hay que tener en cuenta la precisión, o ausencia de la misma, de los diversos componentes y dispositivos del sistema. Antes de ponerse manos a la obra con las matemáticas y SPICE, es imprescindible entender el funcionamiento general del circuito y saber cómo responde el sistema.

“Los condensadores son muy prácticos a la hora de desacoplar fuentes de alimentación, estabilizar circuitos, como carga en reguladores de baja caída y como carga en tensiones de referencia” CONCLUSIÓN Es cierto que existen diferencias entre la mentalidad analógica y la mentalidad digital. He oído muchas veces que el que es diseñador analógico lo es para siempre (y viceversa), pero creo que la tendencia está cambiando. En mi opinión, todos los ingenieros y diseñadores deberían volver a la mesa de trabajo y dominar ambos campos en lo tocante a precisión, dependencia entre hardware y software, y tiempo. ● REFERENCIAS [1] Kay, Art, "Analysis and Measurement of Intrinsic Noise in Op Amp Circuits Part 8: Popcorn Noise", (Análisis y medida del ruido intrínseco en circuitos con amplificadores operacionales, capítulo 8: ruido ráfaga), www. en-genius.net, (http://www.en-genius.net/site/zones/audiovideoZONE/technical_notes/avt_022508). [2] TINATM: Programa de simulación analógica basado en SPICE. Texas Instruments: www.ti.com/tinati-ca [3] Para descargar las fichas técnicas y documentos relacionados, visite: www.ti.com/opa381-ca

Figura 6. Circuito de ejemplo. DIC 10 | Mundo Electrónico


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Telecomunicaciones

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Ampliación del ancho de banda

Retos de los sistemas E/S en comunicaciones El mundo de hoy ansía recibir noticias y datos en tiempo real, ricos en información y en períodos muy cortos de tiempo. Ya sea transmisión de vídeo en un sitio como YouTube, comunicación a través de redes sociales como Facebook o MySpace, descargar archivos digitales en formato MP3 o archivos de vídeo para entretenimiento instantáneo, o actualizaciones de Twitter en tiempo real, estas actividades de Internet que ahora forman parte de la vida cotidiana no existían hace cinco años. Jim David FCI

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sta necesidad aparentemente insaciable por obtener más datos y un ancho de banda en la red proporcionado seguirá creciendo en el futuro próximo, impulsada por nuevas aplicaciones que hacen uso intensivo del vídeo como la IPTV, las redes de pares, el vídeo bajo demanda y los vídeos de Internet en televisores y ordenadores. Se espera que la demanda de contenido de vídeo experimente un crecimiento medio interanual del 52% entre 2008 y 2011 (figura 1). En vista de este crecimiento previsto, las empresas líderes, las organizaciones del sector y las asociaciones de comercio han estado trabajando activamente para asegurarse de que las especificaciones y los productos estén preparados para afrontar estas necesidades de capacidad previstas. Se han desarrollado varias especificaciones del sector para asegurar la uniformidad, la compatibilidad y la funcionalidad de red de las conexiones de hardware, de señal y de las comunicaciones de software. Entre estas normas industriales se incluyen aquellas para tecnologías de interconexión para centros de datos, como Infiniband, Fibre Channel, Ethernet, Ethernet, Serial Attach SCSI (SAS) y Serial ATA (SATA). Mientras tanto, organizaciones como la Infiniband Trade Association y varios subcomités de IEEE 802.3 están inmersas en el proceso de ultimar especificaciones que respondan al deseo del sector de sistemas capaces de albergar anchos de banda de 40 Gbps y 100 Gbps y conexiones de E/S. Para reforzar aún más estas tendencias, se han publicado una hoja de ruta que apunta a an-

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Figura 1. Estimación del tráfico IP global - 2006-2012. Fuente: Índice de Conectividad Visual de Cisco, 16 de junio de 2008 [1].

chos de banda de enlace que superan con creces de 100 Gbps en el rango de ancho de banda de 100 Gbps. No siempre resulta fácil satisfacer estas necesidades de ancho de banda ya que los proveedores de servicios deben equilibrar las demandas de los clientes para una entrega de servicios puntual, fiable y rentable, con costes de energía y de equipo, la utilización de equipos y la eficacia y productividad general de los centros de datos. Es evidente que estos retos seguirán afectando prácticamente a todos los centros de datos y a las plataformas de equipos de comunicación, ya sean conmutadores, enrutadores, servidores o sistemas de almacenamiento.

El crecimiento y la proliferación del número de conexiones de servidor de 10 Gbps durante los próximos cinco o seis años vendrán seguidos de un ciclo de crecimiento similar en las conexiones de 40 Gbps que comenzarán en torno al año 2015


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El progreso del desarrollo de productos de E/S continúa con los recientes desarrollos de interfaces estándar del sector como QSFP+, mini-SAS/ SATA, mini-SAS HD, CXP y CFP

Figura 2. Hoja de ruta de la Infiniband Trade Association [2].

NUEVO CICLO DE CRECIMIENTO El crecimiento y la proliferación del número de conexiones de servidor de 10 Gbps durante los próximos cinco o seis años vendrán seguidos de un ciclo de crecimiento similar en las conexiones de 40 Gbps que comenzarán en torno al año 2015. Para conectar estos servidores a la red, los analistas del sector esperan que los conmutadores de Ethernet experimenten un crecimiento medio interanual del 143% entre 2008 y 2012, y que la demanda de servidores de alto rendimiento para puertos de 10G tendrá un crecimiento medio del 31% durante el mismo periodo de tiempo. Para favorecer la progresión de este sector existen especificaciones de interfaces de E/S y conexiones con cable nuevas y en evolución como SFP+, QSFP+, CXP, mini-SAS HD y CFP que proporcionarán las conexiones de cable de alta velocidad externas e internas necesarias para gestionar este gran crecimiento. ¿En qué lugar dejan esta evolución del producto y los avances tecnológicos a los suministradores de las soluciones de conexión actuales de E/S basadas en cobre? La respuesta más corta es que hacer un conjunto de cables para estos sistemas no es tan sencillo como lo era antes. Hay varios retos que cualquier suministrador de conjunto de cables viable debe afrontar para asegurarse de que está suministrando a sus clientes un enlace de interconexión compatible y de alta calidad. DISEÑO DE SISTEMAS Y DE EQUIPOS Los diseñadores de sistemas y de

equipos se enfrentan a varios retos al intentar adaptarse a las crecientes demandas de ancho de banda. Las tecnologías como los procesadores multinúcleo, la virtualización, la consolidación, la creciente velocidad de los buses del equipo principal y el rendimiento de la memoria han ayudado a aumentar la capacidad disponible que un diseñador puede integrar en el diseño de un sistema, pero estas tecnologías fuerzan la capacidad de ancho de banda, el consumo de energía y la gestión de la energía y la temperatura. La migración a mayores velocidades conservando una integridad adecuada de la señal, dificultan cada vez más el uso continuado de materiales de circuito impreso habituales y rentables como el FR-4 y cables con aislamientos utilizados normalmente, así como los procesos de fabricación. Tomemos como ejemplo del reto de gestión de energía una búsqueda en Google. Con las capacidades y tecnologías de chips actuales, se estima que una búsqueda en Google requiere 3 W de potencia para completar la consulta. Pero para un enfriamiento y disipación adecuados del calor generado por la búsqueda se necesitan 3 W más. Esta necesidad de potencia están llevando a los diseñadores a utilizar técnicas "ecológicas" como la funcionalidad de gestión de energía del puerto, que pasa automáticamente el puerto a un modo "en espera" cuando no está siendo utilizado. Con esto se intenta reducir el consumo de energía mediante una gestión más eficiente de la misma. Esto no es más que un ejemplo de las múltiples y, a veces, conflictivas consideraciones que deben intentar

sopesar los diseñadores de sistemas y los usuarios en los diseños de equipos de nueva generación. La integridad de la señal a mayores velocidades y consumo de energía no son las únicas cuestiones que deben tener en cuenta los diseñadores y los usuarios. Otros factores, como la gestión y la disipación adecuada del calor del sistema, un flujo de aire suficiente, el enrutamiento de cables y las protecciones EMC/EMI, la densidad de puertos y la instalación, extracción y conexión de conjuntos de cables, también han de ser tenidos muy en cuenta. Los fabricantes de equipos y los usuarios están buscando sistemas de interconexión flexibles y adaptables a los futuros cambios tecnológicos que sean fáciles de instalar, de mantener y que proporcionen una capacidad potencial de rendimiento compatible con futuras actualizaciones del sistema. Mientras que el requisito mínimo consiste en mantener la densidad de puertos del sistema actual, existe preferencia por aumentar la densidad del ancho de banda del puerto de E/S en el borde de una tarjeta de línea para proporcionar una mayor capacidad. Lo que se busca es la posibilidad de diseñar o configurar libremente cualquier puerto del sistema disponible con cableado de fibra o de cobre, según el entorno de instalación específico, con los mínimos problemas y costes posibles. Todas estas necesidades han contribuido a que se sea necesaria una relación laboral más estrecha entre los diseñadores de sistemas y los suministradores de sistemas de E/S de alta velocidad. En el pasado, estas dos disciplinas no colaboraban demasiado, pero con la llegada de mayores velociMundo Electrónico | DIC 10


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Telecomunicaciones

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dades de señal, se hizo evidente la necesidad de aumentar la colaboración entre los diseñadores de sistemas y los diseñadores de sistemas de E/S, para alcanzar los objetivos indicados anteriormente. Esto también requiere que ambas partes aprecien y comprendan mejor las capacidades específicas funcionales y de diseño que puede aportar cada una de ellas al diseño general del sistema sin añadir costes y gastos de fabricación excesivos. Esta nueva dinámica se ilustra mejor con la colaboración entre organismos de normalización del sector, comités y subcomités, así como entre grupos ad hoc del sector, como el comité Small Form Factor (SFF), en el que tiene lugar una gran cantidad de debates y colaboración. Esta interacción se ha convertido en una necesidad para los suministradores de equipos que, en último lugar, son los que les dan a sus clientes lo que piden. El suministrador de sistemas de E/S debe proporcionar al diseñador de equipos tanta flexibilidad y funcionalidad como le sea posible. SOLUCIONES DE SISTEMAS DE E/S La buena noticia es que los sistemas de E/S que han sido desarrollados solucionan muchos de los requisitos. Los sistemas de E/S XFP y SFP basados en cobre y en fibra óptica ya llevan un tiempo en el mercado. Han sido claves para llevar los anchos de banda de los puertos de E/S a los 5 a 6+ Gbps por nivel de capacidad de canal. Estos sistemas también son más compactos para minimizar la línea de contacto de la placa longitudinal necesaria. El sistema SFP redujo notablemente la línea de contacto y el diseño del módulo requeridos por sistemas anteriores como GBIC y XENPAK. Una necesidad que no conseguía solucionar el sistema SFP era la capacidad de canal de 10 Gbps, cuya demanda existe en la actualidad. Esto llevó al desarrollo del sistema SFP+, con capacidad para soportar correctamente una capacidad de canal de 10 Gbps. Aunque que los sistemas SFP y SFP+ DIC 10 | Mundo Electrónico

comparten el mismo espacio de placa, conectores y unidades, sólo los sistemas SFP+ pueden soportar un ancho de banda de canal de 10 Gbps. El progreso del desarrollo de productos de E/S continúa con los recientes desarrollos de interfaces estándar del sector como QSFP+, mini-SAS/SATA, mini-SAS HD, CXP y CFP. El sistema QSFP+ ha sido creado para suplir la necesidad de un sistema de E/ S capaz de soportar un ancho de banda total de 40 Gbps en cada puerto. De manera similar, el sistema CXP está siendo desarrollado para soportar sistemas que buscan un ancho de banda total de entre 100 y 120 Gbps por puerto. Ambos sistemas están siendo desarrollados, ofrecidos y alineados con varias tecnologías de interconexión, como Infiniband y Ethernet, y están siendo adoptados en varias especificaciones del sector. Ambos ofrecen también unidades y conectores compatibles tanto con una solución de cables de cobre pasivos, utilizada normalmente para cables relativamente cortos (de 5 a 7 m o más largos, según los criterios de aceptación); una solución de cables de cobre con ecualización activa para longitudes mayores (hasta 15 m o más, según los criterios de aceptación); un módulo de transceptor óptico insertable con un conector E/S óptico en la parte posterior del módulo; o un conjunto de cables ópticos activos (AOC) con terminación de la fibra óptica dentro de la carcasa posterior del cable. El enfoque arquitectónico les proporciona al instalador y al usuario del sistema flexibilidad para definir y cambiar la configuración de puertos y las funciones según sea necesario. El sistema CFP, anunciado a principios de 2009 como MSA (Multi-Source Agreement o acuerdo de suministro múltiple) adopta un enfoque similar al del interface CXP en que tiene capacidad para soportar un ancho de banda de 100 Gbps. El sistema CFP, tal y como está configurado actualmente, siempre tendrá el transceptor alojado en el módulo y utiliza un interface de

conector estándar de dos piezas entre el módulo y el puerto del equipo. La sección de E/S del módulo permite múltiples opciones de configuración de puertos (SFP+, QSFP+, CXP o combinaciones de interface óptica simplex o multifibra), que se pueden personalizar según la distribución de datos y el interface E/S deseada por el cliente. En contraste con el módulo CXP, más compacto, el módulo transceptor CFP, más grande, está optimizado para aplicaciones de fibra monomodo de mayor alcance. La demanda de ancho de banda y de velocidades de transmisión de señal se ve impulsada por aplicaciones de redes sociales y un uso intensivo del vídeo que, previsiblemente, experimentarán un gran aumento en el futuro. Existe un nivel de colaboración notablemente mayor entre los diseñadores de equipos, los suministradores de cables en bruto, de componentes, y suministradores de sistemas E/S de alta velocidad que es necesario para responder adecuadamente a estas demandas de mercado, y que se verá reflejado en productos que ofrecen una mayor flexibilidad y densidad de puerto en la configuración de los puertos. A la luz de la funcionalidad añadida y de las mayores velocidades de señal, la fabricación de estos conjuntos de cables es un reto mucho mayor en la actualidad. Las consideraciones de calidad para los cables en bruto, para el diseño de circuitos impresos y para la gestión, el pelado, la terminación y alivio de tensión de los cables, deben ser gestionadas y controladas adecuadamente a medida que estos sistemas y componentes vayan evolucionando. ● REFERENCIAS [1] Índice de Conectividad Visual de Cisco: previsión y metodología, 2007-2012, 16 de junio de 2008 Comunicado de prensa de Cisco. [2] Infiniband Trade Association Roadmap, 2005-2011+.


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El reto de una vida más prolongada de la batería

Sensor de luz ambiental para equipos portátiles En los productos de electrónica portátil la reducción del consumo para ofrecer al usuario una vida más prolongada de la batería constituye actualmente uno de los factores más importantes del diseño. La pantalla de cristal líquido y su retroiluminación asociada se encuentran entre las cargas (a menudo es la primera) que consumen más energía en los productos portátiles. Como resultado de ello está en auge el uso del sensor de luz ambiental (ambient light sensor, ALS) para optimizar el funcionamiento de los LED de retroiluminación bajo diversas situaciones de luz ambiental y, al mismo tiempo, las opciones tecnológicas que se encuentran al alcance de los diseñadores para el sensado han evolucionado hacia soluciones más integradas. Marc Frochte Rohm Semiconductor [www.rohmeurope.com]

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os sensores de luz ambiental también se denominan sensores de luminancia o de iluminación, sensores ópticos, sensores de brillo o sencillamente sensores de luz. Una aplicación muy importante de la tecnología ALS la constituyen los teléfonos móviles. En un teléfono móvil, el ALS permite el control automático del brillo de retroiluminación del visualizador para un amplio margen de condiciones de iluminación, desde un entorno oscuro hasta la luz solar directa. Con la incorporación del ALS, un microcontrolador o un procesador de banda base aumenta o disminuye el brillo del visualizador en función del entorno. Este control mejora enormemente la visibilidad y reduce el consumo de energía dado que la retroiluminación

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del LCD puede absorber hasta el 51% de la potencia en modo de espera a la entrada. Además, la señal del ALS se puede emplear para controlar los LED del teclado minimizando su retroiluminación, reduciendo de este modo hasta el 30% la energía consumida en el modo de espera. En un entorno de alto brillo, el brillo de los LED se reduce para que el consumo de energía sea mínimo. Además de los teléfonos móviles, los sensores de luz ambiental se pueden emplear en una amplia variedad de productos portátiles equipados con LCD, como PDA, PC portátiles, cámaras digitales, reproductores de vídeo, sistemas de navegación basados en GPS y muchos más. Cualquier producto portátil que incorpore un LCD

es un candidato para la tecnología ALS para reducir el consumo de energía. Entre ellos se incluyen los automóviles, en los cuales el uso de LCD está aumentando para sistemas de navegación, entretenimiento y confort, así como para la monitorización de control y los espejos retrovisores. Todo producto con un LCD que necesite una luz suplementaria para obtener una visión adecuada puede aprovechar las ventajas de un ALS para reducir el consumo de energía y mejorar la visibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. Esto incluye a televisores y electrodomésticos, especialmente aquellos dotados de un mayor control electrónico y de menús manejados por el usuario que necesiten pantallas LCD de mayor tamaño.


La firma analista de mercados Databeans estima que actualmente el mercado total disponible para los ALS equivale a un 7% del volumen de negocio de los LED, es decir, unos 327 M$ para el mercado mundial. Según Susie Inouye, Directora de Investigación y Jefa de Análisis en Databeans, “Debido al gran número de teléfonos que incorporan un gran número de funciones que van a impulsar la demanda, esperamos que esta facturación experimente un crecimiento medio interanual del 21% durante los cinco próximos años hasta alcanzar cerca de 860 M$ en 2014”. TIPOS DE TECNOLOGÍAS ALS Los diseñadores tienen actualmente a su disposición más tecnologías para los sensores de luz ambiental, como las células fotoeléctricas, fotodiodos, fototransistores y fotocircuitos integrados. Cada tecnología presenta ventajas e inconvenientes. Uno de los principales criterios para la selección de un ALS es su capacidad para detectar longitudes de onda visibles para el ojo humano dentro del rango de 380 a 780 nm. Si bien las células fotoeléctricas de sulfuro de cadmio (CdS) presentan ventajas por su respuesta similar al ojo humano, también contienen cadmio, un material prohibido por la Directiva RoHS (Restriction of Hazardous Substances) por lo que no se pueden introducir en el mercado de consumo. Desde julio 2006, todo producto que contenga materiales restringidos por RoHS no se puede vender en determinados mercados con el fin de reducir el impacto medioambiental

“Todo producto con un LCD que necesite una luz suplementaria para obtener una visión adecuada puede aprovechar las ventajas de un ALS para reducir el consumo de energía y mejorar la visibilidad bajo diversas condiciones de iluminación”

de los residuos de los equipos electrónicos. Los fotodiodos tienen una dispersión relativamente baja entre unidades individuales pero generan poca luz, por lo que necesitan un circuito externo de amplificación. Los fototransistores tienen una corriente de salida fácil de generar pero presentan malas características frente a la temperatura y una gran dispersión entre unidades individuales, por lo que se precisan pasos de calibración adicionales en los productos finales. Los fotocircuitos integrados, también denominados CI ALS, son la tecnología más novedosa, y fue desarrollada para solucionar las deficiencias de otras técnicas de ALS. Junto con el mayor número de funciones que posibilita la integración, entre ellas la amplificación, control lógico y capacidad de apagado, el sensado con fotodiodo presenta una dispersión re-

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lativamente baja. Hay fotocircuitos integrados analógicos y digitales, cada uno con sus ventajas dependiendo de la aplicación. El fotocircuito integrado tiene una funcionalidad integrada que elimina la necesidad de una circuitería adicional que ocupa espacio en la placa y aumenta el coste. Como resultado de ello, muchos diseñadores están llevando a cabo la transición a los fotocircuitos integrados desde los dispositivos discretos. TOPOLOGÍA DE LOS CI ALS Tanto los dispositivos ALS analógicos como digitales son circuitos monolíticos de silicio con un fotodiodo semiconductor con sensor de luz integrado, una unión PN que convierte la luz en una señal eléctrica. Ambas tecnologías se suministran en pequeños encapsulados para montaje superficial. Es fundamental conocer la diferencia entre los fotocircuitos integrados analógicos y digitales para seleccionar la solución ALS adecuada. CI analógicos El CI sensor de luz ambiental analógico tiene una corriente de salida proporcional al nivel de luz incidente. El CI combina el fotodiodo, amplificación de señal y lógica de control. La salida de la fuente de corriente se convierte generalmente en una tensión por medio de una sencilla resistencia de carga. Esta tensión de salida se aplica generalmente a la entrada del interface del convertidor A/D (ADC) en un microcontrolador o directamente como una entrada a un CI controlador de LED equipado con control automático de luminosidad.

Figura 1. Los gráficos de sensibilidad espectral (a) y luminosidad respecto a la corriente de salida Iout (b) para el BH1603FVC demuestran las ventajas en cuanto a prestaciones que debieran tener en cuenta los ingenieros para la selección de un ALS. Mundo Electrónico | DIC 10


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Figura 2. a) La luminosidad tiene un mínimo impacto sobre la corriente de alimentación del sensor de luz digital (ICC), lo cual mejora el consumo de energía. b) Luminosidad respecto a los resultados de las medidas de datos serie a la salida para los modos de alta y de baja resolución.

Entre las principales ventajas de los ALS analógicos cabe destacar que la corriente de salida es proporcional al brillo del entorno y la sensibilidad espectral es similar al ojo humano. CI digitales El típico sensor de luz ambiental con salida digital tiene una salida I2C digital de 16 bit. Además de la amplificación para el fotodiodo, el ADC integrado en el CI convierte la salida del fotosensor en una señal I2C para la conexión directa al bus de comunicación I2C de un microcontrolador o procesador de banda base. El interface I2C simplifica la circuitería en la aplicación al suprimir el ADC externo y el tamaño de placa necesario. El ALS digital incluye más integración que un ALS analógico y puede proporcionar ahorros de coste y de espacio en la placa de circuito impreso. SELECCIÓN DE LA TOPOLOGÍA APROPIADA PARA LA APLICACIÓN Para decidirse por un ALS de tipo analógico o digital como solución más apropiada es preciso responder a unas sencillas preguntas acerca de la aplicación. 1. ¿Qué opciones de bus/interface de comunicaciones hay disponibles? (Ejemplo: ¿I2C o GPIO?) 2. ¿Hay una entrada de convertidor A/ D disponible? 3. ¿Qué nivel de control de la iluminación se necesita? DIC 10 | Mundo Electrónico

4. ¿Qué consideraciones generales son importantes? a. ¿Temperaturas de trabajo? b. ¿Fuentes de luz/niveles de luz variables? 5. ¿Cuál es la importancia del consumo de energía? Por lo que respecta al consumo de energía, es de prever que un ALS digital necesita más energía tanto en modo activo (por ejemplo 190 µA para el BH1750FVI de Rohm Semiconductor) como en modo suspendido o power down (1,0 µA para el mismo ALS digital) gracias a la integración del ADC si se compara con un ALS analógico (97 µA y 0,4 µA, respectivamente, para el BH1620FVC de Rohm Semiconductor). No obstante, el consumo total de energía puede ser comparable cuando se tiene en cuenta un ADC + microcontrolador por separado o un controlador de banda ancha. En ambos casos estos valores son bastante bajos si se comparan con el ahorro de energía logrado gracias a la capacidad de controlar el consumo de energía del LED. SOLUCIONES Rohm ofrece CI sensores de luz ambiental analógicos y digitales caracterizados por una sensibilidad espectral similar al ojo humano. Ambos se suministran en encapsulados compactos para montaje superficial: el encapsulado WSOF5 (1,6 x 1,6 x 0,55 mm) y el encapsulado WSOF6 (3,0 x 1,6 x 0,7 mm).

Todos los sensores de luz ambiental de Rohm trabajan a temperaturas comprendidas entre -40 y +85°C para asegurar un funcionamiento estable bajo condiciones extremas. La salida del fotodiodo es muy estable con independencia de la fuente de luz; ambas características proporcionan un


consumo reducido de energía ofreciendo una mejora en las prestaciones del equipo. Soluciones analógicas Los CI ALS de Rohm tienen una corriente de salida proporcional a la luz (fuente de corriente) con un margen de medida de 0 a 100.000+ lux (lx). Estos CI se caracterizan por una precisión para el sensado de la luz del ±15% gracias a la exclusiva tecnología de ajuste láser que también garantiza una elevada sensibilidad de salida. Cada uno de estos dispositivos presenta un margen de tensiones de alimentación a la entrada de 2,4 a ~5,5 V. Una resistencia conectada a la patilla de la corriente de salida (Iout) convierte la corriente de salida en una tensión lineal entre 0 V y el nivel de la tensión de alimentación para un funcionamiento muy eficiente del componente. En la figura 1 se muestra la respuesta espectral relativa del ALS analógico de Rohm Semiconductor y la luminosidad respecto a la corriente de salida. Múltiples fotodiodos con diferentes profundidades de la unión proporcionan una salida estable con una pequeña variación entre varias fuentes de luz. Dado que las longitudes de onda situadas fuera del rango de la visión humana, como las ultravioletas e

“En el entorno de funcionamiento es importante que un sensor de luz genere una salida coherente con independencia de la fuente de luz”

infrarrojas, pueden provocar unas lecturas imprecisas del sensor de luz, es importante escoger un sensor de luz cuya sensibilidad espectral sea similar al ojo humano. Si bien los datos de la figura se refieren en concreto a un ALS analógico, estas mismas prestaciones son inherentes a los diseños digitales. Además de una Iout proporcional a la luminosidad en lux, los productos ALS analógicos de Rohm disponen de modos seleccionables de alta ganancia, media ganancia y baja ganancia, una función propia. Estos modos de control de ganancia permiten el control directo de la ganancia del amplificador interno por medio de las patillas de entrada GC1 y GC2. Tal como ilustra la figura estos tres modos de ganancia proporcionan a los diseñadores mayores posibilidades de diseño para lograr el equilibrio entre prestaciones y consumo de energía.

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Soluciones digitales Rohm fue una de las primeras compañías en ofrecer un sensor de luz digital, demostrando de este modo su liderazgo en la tecnología de sensores de luz ambiental. Los CI ALS digitales miden el brillo y generan una señal digital de 16 bit por medio de un interface de bus I2C, con soporte a modo FAST (400 kHz) e interface de lógica de 1,8 V. Los CI ALS digitales pueden detectar un amplio rango de intensidades (0 a ~65.535 lx). Una función exclusiva de apagado interno permite un bajo consumo de corriente. Todo un conjunto de funciones adicionales distingue a estos CI fotosensores digitales tal como se describe a continuación. En el entorno de funcionamiento, es importante que un sensor de luz genere una salida coherente con independencia de la fuente de luz. Una solución de un competidor genera diferentes valores en función de la fuente de luz, lo cual puede provocar que el sistema active la retroiluminación sin que sea necesario. Esto acorta la vida de la batería y puede afectar negativamente las prestaciones del equipo. El modo de alta resolución presenta la resolución más elevada (incrementos de 1 lux) y está indicado para medir niveles muy bajos de lux, pero necesita el tiempo más largo para medir una muestra de luz. La ventaja del funcionamiento en este modo es una muestra de luz de mayor precisión y un rechazo superior de ruido óptico dado que esta capacidad mejora con el tiempo de medida mayor. El funcionamiento en modo de alta resolución elimina el ruido óptico a 50 Hz/60 Hz. El modo de baja resolución muestrea con incrementos de 4 lux y necesita el tiempo más corto para medir una muestra de luz. Obsérvese que, a diferencia de los ALS analógicos, los diferentes modos de funcionamiento no afectan al consumo de energía en los dispositivos digitales. La corriente ICC es independiente de la luminosidad para las soluciones ALS digitales de Rohm Semiconductor tal como demuestran las prestaciones del BH1715FVC. Al mismo tiempo, estos dispositivos son compatibles con un amplio rango de intensidades (0 a ~65.535 lux). La salida de luz fluorescente fluctúa un ±25%, sincronizada con la fuente CA. Mediante la detección de luz fluctuante sincronizada con la fuente CA (50/60 Hz), el ALS digital BH1715FVC genera valores estables dentro de un ±1%. ● Mundo Electrónico | DIC 10


optrónica 52

ACTUALIDAD

El proyecto HELIOS pone en funcionamiento un láser y modulador de silicio de 10 Gbps ■ CEA-Leti, como coordinador del proyecto europeo HELIOS, ha anunciado que ya se ha puesto en funcionamiento un láser y un modulador de silicio de 10 Gbps utilizando un proceso que es compatible con el procesado CMOS complementario. La fotónica de silicio es una tecnología emergente desarrollada para solventar los problemas de conexiones eléctricas que se producen en los sistemas fotónicos al integrar funciones eléctricas y ópticas en la misma pastilla. La tecnología debería aportar soluciones de bajo coste para todo tipo de aplicaciones tales como comunicaciones ópticas, conexiones circuito a circuito o bastidor a bastidor, cableado de centros de datos, procesado de señal óptica, sensores ópticos y aplicaciones biomédicas. El proyecto, que está en su segundo año de ejecución, está desarrollando los bloques de construcción y procesos para acelerar la adopción de la fotónica de silicio. El láser que ha mostrado su eficiencia se fabricó utilizando materiales de tipo III-V (fosfuro de indio, InP) sobre una oblea CMOS.

Se demuestra la validez de los compresores de pulso fotónico de silicio ■ La Universidad de California (UCSD) ha demostrado la viabilidad de los compresores de pulso fotónico de silicio sobre circuitos CMOS. El compresor de pulso ha sido ideado para la fotónica de silicio del futuro en multiplexación por división de tiempo óptico (OTDM) y, en este caso, utiliza un degradado óptico dispersivo para generar pulsos de comunicaciones cortos y de alta potencia sobre un circuito CMOS. De esta forma se abre el camino a que los circuitos CMOS puedan comunicarse mediante interconexiones ópticas utilizando compresores de pulso y otros componentes fotónicos integrados para añadir canales de datos individuales a las señales ópticas de alta velocidad. Este tipo de comunicaciones, además de acelerar las interconexiones sobre hilos de cobre, también reducen el consumo de potencia y producen menos radiación térmica que las señales eléctricas. DIC 10 | Mundo Electrónico

Nace un comité impulsado por SEMI

Estándar para LED de alto brillo ■ La asociación de fabricantes SEMI ha anunciado la formación de un nuevo comité para el desarrollo de estándares para LED de alto brillo. El comité ha empezado a trabajar en el apartado de obleas, portadores, ensamblaje y automatización como respuesta a un potencial crecimiento del mercado valorado en el 68% de crecimiento este año para alcanzar los 9.100 M$ y con una proyección de duplicarse en un plazo de tres años para alcanzar más de 18.000 M$ en 2014 (con datos de Strategies in Light). La reunión inicial del comité ha puesto en marcha los cuatro grupos que estudiarán las diferentes áreas de trabajo, empezando por las obleas puesto que en estos momentos se están utilizando diferentes geometrías, características de superficie, identificadores, orientación, etc. La idea es unificar todas las características de la forma más optimizada de cara al crecimiento de la industria y a la reducción de costes de fabricación de cara al salto a la fabricación masiva. Desde el punto de vista de las porta-

doras se busca rebajar el coste, así como incrementar la precisión de las portadoras de obleas en aspectos fundamentales como el manipulado, envío y procesado. Aspectos muy ligados también a la automatización, que es el objetivo de todos los fabricantes partiendo del análisis y el desarrollo de estándares industriales que permitan reducir el coste y utilizar herramientas y software unificado. ENSAMBLAJE ESTANDARIZADO El último aspecto a tener en cuenta es el ensamblaje; actualmente el conexionado y otros pasos de ensamblaje suponen una gran variedad de estándares dependiendo de las características ópticas, térmicas y eléctricas de las aplicaciones de iluminación avanzadas. Estos aspectos encarecen considerablemente el producto y la idea es lograr un compromiso que permita unificar criterios de forma que se reduzcan los costes finales de ensamblaje manteniendo la diversidad de los tipos de componentes que se requieren en el segmento HB-LED.

Avago presenta un optoacoplador para coches eléctricos e híbridos ■ Avago Technologies ha presentado un optoacoplador para el automóvil que trabaja en un margen ampliado de temperaturas para su uso en vehículos híbridos y eléctricos. El optoacoplador ACPL-38JT de 2,5 A cuenta con la homologación AECQ100 Grado 1 para los requisitos de prueba de esfuerzo y ofrece un aislamiento seguro de la señal eléctrica entre -40 y +125°C. El dispositivo altamente integrado para control de potencia ACPL-38JT incorpora un controlador de IGBT completo para conmutación de señal, así como detección de desaturación y sistemas de realimentación en caso de fallo para una protección constante de la señal. Este dispositivo forma parte de la familia R2Coupler de Avago, formada por optoacopladores con aislamiento reforzado para un aislamiento fiable de la señal, un factor crítico en aplicaciones del automóvil e industriales a altas temperaturas como controladores de puerta para IGBT aislados/ transistores MOSFET de potencia, inversores industriales, accionamien-

tos para motores CA y CC sin escobillas y SAI. Durante la conexión a la alimentación, la función de protección de bloqueo por subtensión del optoacoplador ACPL-38JT protege el IGBT en caso de recibir una tensión de puerta insuficiente, forzándole a disminuir la salida. El controlador de puerta IGBT integrado está diseñado para aumentar las prestaciones y la fiabilidad de un motor sin el coste, tamaño y complejidad de un diseño discreto. El dispositivo, disponible en un pequeño encapsulado para montaje superficial SO-16 de 16 terminales, es conforme a los estándares de seguridad industrial UL 1577, IEC/EN/DIN EN 60747-5-2 y CSA.


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Acoplamiento entre luz y vibraciones

La tecnología OLED une a TEL y Epson

■ El control y la modulación del flujo de luz es esencia en las telecomunicaciones actuales, y en este problema trabaja el Laboratory of Photonics and Quantum Measurements del EPFL, que han anunciado un nuevo método para acoplar luz y vibraciones. Este descubrimiento permite construir un dispositivo en el que un haz de luz viaja a través de un microrresonador óptico que puede limitarse a través de un segundo haz de luz más fuerte. El efecto sería el que se espera de un transistor óptico, en el que un haz de luz influye sobre la intensidad de otro. El microrresonador óptico desarrollado tiene dos características, por un lado es una trampa de luz en una delgada estructura de cristal que guía el haz óptico en una figura circular y, por otro lado, la estructura vibra, como el vino de una copa, a unas frecuencias muy definidas. Dado que la estructura es lo suficientemente fina (una fracción del diámetro de un pelo humano), las frecuencias son 10.000 veces más elevada que la vibración de un vaso de vino. Cuando se inyecta luz en el dispositivo, los fotones ejercen una fuerza denominada presión de radiación, que se ve incrementada por el resonador. La presión de radiación deforma la cavidad, acoplando la luz en vibraciones mecánicas. Si se utilizan dos haces

■ Tokio Electron Limited (TEL) y Seiko Epson han firmado un acuerdo de colaboración para el desarrollo de una tecnología de fabricación de visualizadores OLED. La idea es lograr una película uniforme de material orgánico sobre sustrato de silicio que pueda sustituir a la tecnología actual VTE (Vacuum Thermal Evaporation), que utiliza máscaras en vacío para formar la película en el sustrato. La tecnología utilizada en la actualidad debería mejorar la productividad y la eficiencia de cara al desarrollo de la próxima generación de métodos de inyección para la formación de película, de otra forma la producción en volumen de grandes pantallas OLED no podría hacerse realidad. Epson ha logrado una tecnología de formado de película uniforme de material orgánico utilizando el método de inyección y procesa diferentes tecnologías para la fabricación de visualizadores OLED.

Avance en transistores ópticos de luz, la interacción de ambos con las vibraciones mecánicas produce un ‘conmutador’ óptico de forma que con un láser de ‘control’ fuerte se puede conectar o desconectar la otra señal del mismo modo que se hace con los electrones en un transistor. UN EFECTO ANTICIPADO El efecto ahora demostrado, ya se había predicho hace más de dos años por científicos del Instituto Max Planck, sin embargo, hasta este momento no se había logrado realizar la demostración práctica. Las aplicaciones del nuevo efecto, bautizado como OMIT (Optomechanically Induced Transparency), podría suponer un avance sustancial a la fotónica. La conversión de radiación a vibración ya se utiliza ampliamente en todo tipo de dispositivos actuales, como en los teléfonos móviles, dado que el receptor convierte la radiación electromagnética en una vibración mecánica (sonido). Hasta el momento, este tipo de conversión no había logrado realizarse con la luz. Con el dispositivo basado en tecnología OMIT, una onda de luz óptica puede, por vez primera, convertirse en una vibración mecánica. Es indudable que esta posibilidad abre un campo inmenso en las comunicaciones o en los sistemas de almacenamiento óptico.

Sensor de luz de tamaño atómico ■ Investigadores de la Universidad de Pittsburgh han creado un sensor de luz nanométrico que se puede combinar con circuitería electrónica de tamaño atómico para producir dispositivos híbridos optrónicos con novedosas funcionalidades. El equipo, del que también forman parte investigadores de la Universidad de Wisconsin, ha publicado sus resultados en ‘Nature Photonics’ señalando que puede ser uno de los avances más importantes de la nanotecnología en los últimos años. El grupo ha logrado desarrollar un dispositivo fotónico de menos de 4 nm de ancho que permite al dispositivo fotónico la interacción física con objetos como moléculas individuales o puntos cuánticos. Por otro lado, el grosor del dispositivo facilita su sintonización eléctrica de forma que es sensible a los diferentes colores del espectro visible, lo que permitiría eliminar la

necesidad de filtros de color a los que recurren otro tipo de sensores. PLATAFORMA REESCRIBIBLE Se ha logrado el dispositivo fotónico a partir de una plataforma nanoelectrónica reescribible desarrollada en el laboratorio de investigación que funciona como un microscopio de tipo ‘Etch A Sketch’ en el que se basa su diseño. Esta técnica permite la conmutación en un cristal de óxido entre las capas aislantes y conductoras. Al aplicar una tensión positiva a la sonda conductora de un microscopio de fuerza atómica se crean hilos conductores de tan sólo unos pocos nanómetros de ancho en el interface de dos aislantes, una capa de 1,2 nm de grosor de aluminato de tantalio sobre un sustrato de titanato de estroncio. Los nanohilos conductores pueden borrarse en ese momento con una tensión inversa.

UDC se diversifica ■ Universal Display Corporation ha establecido una filial en Corea del Sur para ofrecer servicios de valor añadido a los fabricantes de sistemas de iluminación y visualizadores OLED. El mercado de OLED alcanzará los 1.000 M$ este mismo año y seguirá un importante crecimiento durante los próximos años. UDC quiere diversificar su negocio y por esta razón está licenciando sus tecnologías OLED y, al simultáneamente comercializa sus materiales propietarios de la gama Universal PHOLED, al mismo tiempo que proporciona un desarrollo de tecnología a medida y servicios a todos sus clientes y ahora reforzando además su posición en Asia mediante una filial en Corea del Sur. Al mismo tiempo, quiere potenciar sus tecnologías ecológicas para lo que ha firmado un acuerdo de colaboración con Acuity Brands para el desarrollo de sistemas de iluminación OLED de fósforo para tecnología de color y de alta eficiencia que ya ha logrado una dotación de 2 M$ por parte del Departamento de Energía de EE.UU. El objetivo es acelerar la tecnología de iluminación OLED en aplicaciones comerciales e industriales. Mundo Electrónico | DIC 10


productos y servicios

la solución

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Diferentes opciones para medidas en comunicaciones

Generadores y analizadores de última generación de Agilent Agilent Technologies ha completado su gama de sistemas de medida para alta frecuencia y comunicaciones con diferentes opciones que cubren señales de RF y microondas, así como análisis de señales con un gran ancho de banda. La opción UNY se ha desarrollado para los generadores de RF y microondas de la familia PSG, y ofrecen una mayor capacidad a los ingenieros de I+D para la realización de medidas en los sistemas de comunicaciones inalámbricos y en la electrónica de defensa. La segunda opción permite incrementar el ancho de banda de los analizadores de señal de la serie X con opciones específicamente diseñadas para las comunicaciones inalámbricas, proporcionando una mayor capacidad de análisis de demodulación y más rapidez de medida.

La opción UNY para los generadores de Agilent proporciona a los ingenieros capacidades de bajo ruido para caracterizar y evaluar dispositivos y receptores de altas prestaciones que, de otro modo, no podrían medirse. Incluye asimismo configuraciones de ruido de fase para ruido de fase cercano a la portadora (menos de 150 kHz) o lejano a la misma (superior a 150 kHz). Con esta funcionalidad se puede optimizar las prestaciones de ruido de fase para una aplicación específica. La familia de generadores de señal PSG, para los cuales se ha diseñado la presente opción, permite suministrar señales de test de alta calidad, así como funcionalidades para medida de potencia y prestaciones. Permite el ajuste de comprobaciones funcionales y paramétricas de las comunicaciones, tanto de señales de RF como de microondas. Además incluye un generador de señal vectorial integrado de hasta 44 GHz, un generador de señal analógica de hasta 67 GHz y un generador de señal analógica para microondas que aporta una elevada salida de potencia. Esta

opción se encuentra disponible para los modelos E8663D, E8257D y E8267D. Por otro lado, la nueva opción de ancho de banda de 40 MHz para los analizadores de señales de las familias MXA y EXA proporciona nuevas funcionalidades de medida y análisis de señal en banda ancha entre las que se incluye la medida CCDF, medida de potencia de ráfaga, medida QPSK EVM, medida CARACTERISTICAS TÉCNICAS de forma de onda IQ, análisis de modulación OFDM 802.16e y otras ■ Portadora de frecuencia de 1 GHz a 1 kHz de offset; funciones de medida complejas. proporciona -142 dBc/Hz de ruido de fase. También se ha incluido una opción ■ Caracterización de canal adyacente de forma precisa. de 25 MHz de ancho de banda ■ En microondas trabaja entre 10 MHz y 20 GHz con salida de alta potencia. para el analizador de señal CXA, ■ Incluye generador de seguimiento de hasta 6 GHz en la opción para especialmente destinado a los analizador. requisitos de análisis de señal en ■ Ofrece soporte a los estándares de calidad europeos. banda ancha en aplicaciones de ■ Acelera el análisis de señales con una profundidad de memoria de hasta bajo coste de I+D y fabricación de 2 GHz. electrónica de consumo.

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INTERCONEXIÓN

Sensor táctil capacitivo El interface analógico capacitivo en cada uno de los siete CI de la plataforma SX864x ha sido diseñado con un convertidor A/D de elevada precisión que ofrece mayor sensibilidad para trabajar con materiales de revestimiento de más de 5 mm de grosor, dotando así al sistema de robustez e inmunidad a ESD. Con un consumo de sólo 80 µA en funcionamiento, estos CI constituyen una opción especialmente apropiada para dispositivos alimentados mediante batería. La plataforma SX864 también integra ocho controladores de 256 pasos con intensidad individual y control lineal y logarítmico optimizado para la visión humana. Los dispositivos de la plataforma SX864x incluyen los modelos SX8643/44/45 de doce canales en encapsulados QFN de 32 patillas y 5x5 mm y las unidades SX8646/47/48/49 de ocho canales en encapsulados QFN de 28 patillas y 4x4 mm. Trabajan en un margen de temperaturas de -40 a +85°C. ■ Fabricante: Semtech ■ Comercializa: Anatronic

CONVERSIÓN

Controlador CC/CC de elevado aislamiento El LT3748H es un controlador CC/CC de retroceso (flyback) con un elevado aislamiento a la entrada que garantiza su trabajo para temperaturas de hasta 150ºC. Este dispositivo simplifica el diseño de un convertidor CC/CC puesto que no requiere un optoaislante. El controlador trabaja entre 5 y 100 V de entrada de tensión y controla un MOSFET de canal N de potencia por lo que se ajusta a aplicaciones como automoción, industrial, telecomunicaciones o datos. Trabaja en modo ‘frontera’ con un esquema de conmutación de control en modo corriente lo que le proporciona una regulación típica de ±5% a ciclo completo sobre todo el margen de carga y temperatura. Además su modo de trabajo permite utilizar un transformador más reducido comparado con el diseño en modo conducción continua equivalente. La tensión de salida se ajusta fácilmente mediante dos resistencias externas. Este dispositivo se ofrece en un encapsulado tipo MSOP-16 con 4 patillas eliminadas un mayor espaciado a las patillas de alta tensión. ■ Fabrica y comercializa: Linear Technology

POTENCIA

Relé de estado sólido El SSR (relé de estado sólido) de contacto único y polo único RDHA701CD10A2N para CC y resistente a la radiación está diseñado para mejorar la fiabilidad al sustituir los tradicionales relés electromecánicos, que son vulnerables a vibraciones y choques. Este SSR se caracteriza por su baja resistencia en conducción (RDS (on)) para mejorar la eficiencia térmica y se suministra en un encapsulado cerámico de 8 terminales, de bajo perfil y sellado herméticamente. Con un peso de solo 0,8 g, este dispositivo apto para montaje superficial utiliza un espacio en la placa de tan sólo 0,94 cm x 1,19 cm. El SSR RDHA701CD10A2N elimina la necesidad de un filtrado añadido, por lo que se trata de un sustituto atractivo a los relés electromecánicos, menos fiables y más pesados. Este nuevo dispositivo de 100 V se caracteriza por unos niveles de dosis total de hasta 100 krad (Si).

MEDIDA

Receptores de ultrasonidos El AD9278 y el AD9279 son dos circuitos receptores que integran tecnología de conversión de datos a la vez que proporcionan control de ganancia de tiempo y un elevado margen dinámico en unos dispositivos receptores de ultrasonidos de ocho canales. Proporcionan una señal de referencia de salida de hasta 67 dB proporcionando una elevada sensibilidad en los sistemas de ultrasonidos de diagnóstico al mismo tiempo que reducen el espacio en placa requerido en un 40% con respecto a otros dispositivos. El modelo AD9278 se ha diseñado para sistemas portátiles, mientras que el modelo hermano se ajusta perfectamente a sistemas de ultrasonidos de altas prestaciones. El primer modelo tiene un consumo de 25 mW por canal, mientras que el segundo alcanza un consumo de 50 mW por canal. En modo TGC el AD9278 consume 88 mW por canal a 40 MS/s, mientras que el AD9279 sube a 139 mW a la misma velocidad de muestreo. ■ Fabrica y comercializa: Analog Devices

PASIVOS

Condensadores de media potencia para filtros de CC La serie FFLI de condensadores de media potencia está orientada para aplicaciones de filtrado CC. Se trata de condensadores MKP cilíndricos con encapsulado de aluminio. Gracias a su característica de autosellado controlado son más fiables que el resto de condensadores MKP de potencia o media potencia, ya que el condensador añade a su posibilidad de autorreparar la propiedad de anular sectores no reparables antes de que el condensador se cortocircuite. Este concepto es muy importante en aplicaciones de potencia ya que se evita el efecto avalancha y la posible destrucción del condensador en caso de corrientes elevadas en modo fallo. El final de la vida útil de estos condensadores se considera de 100.000 horas, sufriendo una reducción de su capacidad de hasta un 5% como máximo, capacidad que en muchos casos sigue siendo útil para la aplicación a diferencia de los electrolíticos que pierden mucha más capacidad y tienen riesgo de explosión. Esta nueva serie se presenta con modelos estándar que van desde 100 a 3000 µF en tensiones de 800 VCC a 1400 VCC pero existe la posibilidad de suministrar valores a medida. ■ Fabricante: AVX ■ Comercializa: RC Microelectrónica

■ Fabrica y comercializa: International Rectifier Mundo Electrónico | DIC 10


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INTERCONEXIÓN

Conector híbrido para servos ALIMENTACIÓN

Transformadores miniatura Los modelos miniatura para aplicaciones con topologías de retroceso (flyback) o elevación (step up) con la referencia LPR6235, son transformadores aislados que tienen unas dimensiones muy pequeñas de tan solo 2,5 mm de altura y 6 mm2 de superficie, por lo que son especialmente aptos para aplicaciones de captación de energía y en donde el espacio sea un factor crítico. ■ Fabricante: Coilcraft ■ Comercializa: Sagitrón

El conector híbrido Motorman simplifica la conexión de alimentación y señal de motores controlados localmente. Integra transmisión de comunicación, señal y alimentación en un único conector compacto, y por tanto, sólo necesita un único cable para la conexión. El conector Motorman incorpora dos interfaces rápidos a Ethernet que proporcionan todas las ventajas del control de automatización en tiempo real y reducen la complejidad del cableado. El nuevo dispositivo también ofrece espacio para cinco zócalos de alimentación, cinco zócalos de señal y un contacto a tierra de protección. En los contactos se utiliza el más avanzado sistema de contacto MCON de 2,8 y 1,2 mm. El conector Motorman rectangular se caracteriza por su diseño muy compacto, con unas dimensiones de sólo 41,5x22,3 mm. La cápsula ha sido desarrollada íntegramente desde cero y está disponible en versión metálica o de material plástico. La cápsula metálica está indicada para entornos industriales adversos, mientras que la de material plástico es económica y apta para entornos menos exigentes.

MEDIDA

Monitorización de comunicaciones El R&SDVMS4 monitoriza las tramas de transporte y señales de DVB-T/H y DVB-S/S2 para garantizar una gran fiabilidad operativa, todo ello en un equipo con una sola unidad de altura. Puede monitorizar simultáneamente las características de RF y de la trama de transporte de hasta cuatro señales, lo que le convierte en la herramienta ideal para centros con múltiples transmisores. Gracias a que el R&S DVMS4 detecta todos los fallos relevantes, los operadores de redes ya no tienen que invertir en complejas soluciones de monitorización, según destaca el propio fabricante. Gracias a un concepto hardware flexible, el R&S DVMS4 puede llevar a cabo tareas de monitorización también en redes de DVBT2. En los centros de multiplexación, monitoriza el proceso de la señal y, en el caso de los proveedores de servicios, la generación de señal. Es un sistema modular adaptable.

■ Fabrica y comercializa: Tyco Electronics

MEDIDA

Analizador de espectro óptico El AQ6370C es un analizador de espectro óptico que ofrece un margen de longitudes de onda de medida de 600 a 1700 nm que puede ser utilizado tanto por fibras monomodo como multimodo y que aporta una precisión de longitud de onda de ±0,01 nm, una resolución de 0,02 nm y un margen dinámico típico que se extiende a los 78 dB, junto con una velocidad de barrido de 0,2 s/100 nm. El instrumento aporta además una pantalla LCD de alto brillo, un funcionamiento sencillo mediante teclas y ratón, cuatro puertos USB e interface GPIB de alta velocidad y Ethernet para control remoto. Con una memoria interna de 512 MB, permite adquirir hasta 20.000 trazas que se pueden analizar a través de las 13 funciones de análisis espectral que incluye: análisis WDM, análisis de filtros y análisis LED. El instrumento permite compensar los cambios en las condiciones ambientales, así como las vibraciones y los golpes mediante una fuente de longitud de onda de referencia y una función de calibración y autoalineamiento óptico. ■ Fabrica y comercializa: Yokogawa

VISUALIZACIÓN

Controlador PWM para LED

■ Fabrica y comercializa: Rohde & Schwarz España

El controlador PWM se destina a LED de una etapa como solución con triac atenuable que regula la corriente del LED y permite alcanzar un factor de potencia cercano a la unidad. El TPS92210 se ha diseñado para todo tipo de aplicaciones de iluminación de tipo general y aporta una eficiencia del 85% dentro de un formato reducido. Su modo de trabajo flexible aporta una corriente primaria de pico constante en el tiempo, así como modulación en frecuencia y reduce las pérdidas de conmutación en torno a un 10%. ■ Fabrica y comercializa: Texas Instruments

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CONEXIÓN

Sistema rápido de conexión a placa

PROTECCIÓN

Diodos Schottky de barrera La serie SCS110A se compone de diodos Schottky de barrera que se caracterizan por unas bajas pérdidas y por una elevada capacidad de tensión gracias a haberse realizado en tecnología de carburo de silicio. Estos dispositivos son adecuados para todo tipo de aplicaciones de alimentación, incluyendo corrección de factor de potencia, convertidores e inversores. La nueva serie aporta un tiempo de recuperación inverso de 15 ns, por lo que las pérdidas de recuperación se reducen en un factor 2/3 que permite reducir la generación de calor. Además reduce sus dimensiones en un 15% en comparación con los dispositivos equivalentes de silicio trabajando con tensiones de 1,5 V y 10 A de corriente.

La serie 9276 se destina a la conexión de cables a placa mediante un sistema de bornes rápidos. Este conector ha sido diseñado pensando en los mercados industriales y de iluminación a través de diodos LED. Consiste en un conector para montaje superficial (SMD) en que el cable queda sujeto por el sistema de cepo. Existe disponibilidad de 1 a 8 contactos y los conectores se pueden pedir en color blanco (estándar) o negro (opcional). El conector acepta cables de 18AWG a 24AWG, tanto sólidos como trenzados. El embalaje es de cinta y carrete, lo que permite la automatización del proceso de soldadura (SMD) en la placa. Los conectores pueden soportar 6 A por cable a 250 V. Una ventaja es que utiliza menos superficie de placa que otros productos similares y además tanto los contactos de soldadura como los de retención no sobresalen de la superficie de placa que ocupa el cuerpo del conector, con lo que se aprovecha al máximo el espacio que haya disponible. ■ Fabricante: AVX Interconnect ■ Comercializa: RC Microelectrónica

■ Fabrica y comercializa: Rohm Semiconductor

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índices y avances 58

Índice de anunciantes Mundo Electrónico - Diciembre 424

Fadisel ................................... Portada, 4 Fluke ....................................................27 Import Cable........................................19 Integrated Circuits Málaga ................11 MSC......................................................13 National Semiconductor .......................9 Premo ..................................................59 RC Microelectrónica ...........................60 Rohde & Schwarz ..................................2 Rutronik .................................................7

Próximo número - 425 Mundo Electrónico abre 2011 con una sección acerca de sistemas embebidos y artículos sobre el tráfico de datos inalámbrico, la eliminación del control por microprocesador de los excitadores LED y los circuitos de gobierno de motores bipolares paso a paso.

■ Tendencias

Eliminación del control por microprocesador en excitadores LED Michael Day Texas Instruments Tráfico inalámbrico de datos en tecnología médica Bernd Hantsche y Tobias Mülhhäuser Rutronik Controladores de motores bipolares paso a paso Günter Richard Rohm Semiconductor

■ Dossier

Sistemas embebidos

■ Opinión

Legislación y las pymes del sector electrónico Gary Nevison

Índice de Empresas citadas Agilent Technologies.......................................................9,54 Aicox Soluciones ...............................................................26 Analog Devices ..................................................................55 Anatronic ...........................................................................55 Atmel .................................................................................10 Avago Technologies ...........................................................52 AVX ...............................................................................55,57 Coilcraft .............................................................................56 e-Ink ...................................................................................11 FCI .....................................................................................44 Flextronics ...........................................................................6 Hitachi ...............................................................................15 Hon Hai Precision.................................................................6 IBM ...............................................................................11,13 IDT .....................................................................................14 Infineon Technologies ..........................................................8 International Rectifier ...................................................20,55 Jabil Circuit ..........................................................................6 Linear Technology ..............................................................55 Maxim Integrated Products ...............................................12 Mentor Graphics ................................................................14 Mitsubishi Electric .............................................................28

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National Semiconductor ....................................................16 Omron ...............................................................................15 Qualcomm ...........................................................................8 RC Microelectrónica .....................................................55,57 Renesas Electronics ..........................................................10 Rohde & Schwarz .........................................................14,56 Rohm Semiconductor ..............................................24,48,57 RS Components ................................................................14 Rutronik .............................................................................30 Sagitrón .............................................................................56 SB Electronics ...................................................................26 Seiko Epson .......................................................................53 Semtech ............................................................................55 ST-Ericsson ..........................................................................8 STMicroelectronics ...........................................................15 TEL ....................................................................................53 Texas Instruments .....................................................8,38,56 Tyco Electronics .................................................................56 UDC ...................................................................................53 Yokogawa ..........................................................................56



Mundo Electronico - 424