Los gobiernos de todo el mundo, incluidos los de la Unión Europea y los Estados Unidos, han establecido estándares obligatorios de economía de combustible para los motores de combustión a fin de reducir las emisiones. Estas iniciativas requieren avances tecnológicos revolucionarios, aumentan la demanda de una mayor eficiencia, imponen cargas adicionales a los equipos de diseño y pueden afectar los tiempos del ciclo de desarrollo.
Un área de enfoque es el desarrollo de estrategias para reducir la carga en los motores de los vehículos. Aproximadamente el 15% de la energía obtenida del combustible es utilizada por el automóvil para mantenerse en la carretera. El resto lo consumen las ineficiencias del motor y la transmisión. Por lo tanto, el motor funciona de manera más eficiente al reducir la carga, lo que contribuye a mejorar la eficiencia del combustible. El desafío es proporcionar un rendimiento igual o mejorado mientras se mantiene o mejora la experiencia de manejo en general. Para lograr este objetivo, existe una creciente demanda de electrificación de vehículos que utilicen motores eléctricos en lugar de los tradicionales sistemas de transmisión por correa. Como tal, el mercado mundial de motores eléctricos para aplicaciones automotrices está creciendo a una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 4,7 %. Específicamente, se espera que el mercado de motores sin escobillas de CC para aplicaciones automotrices crezca a una CAGR unitaria del 6,3 % entre 2014 y 2019, el doble de rápido que el crecimiento del mercado de otros tipos de motores.
Mejorar estos sistemas con soluciones eléctricas ha creado nuevos desafíos para los fabricantes de nivel 1. Estas nuevas innovaciones requieren más personal y tiempo de desarrollo. Los diseñadores están buscando formas de acortar los ciclos de desarrollo mientras mantienen objetivos de alto rendimiento. Como resultado, la cuota de mercado del control de motores BLDC está aumentando. Por ejemplo, las bombas de agua para vehículos, que tradicionalmente eran accionadas por correas, se han trasladado a motores eléctricos. Esto es necesario para los sistemas de arranque/parada que mejoran la eficiencia y reducen las emisiones. Un motor eléctrico reemplaza la bomba accionada por correa para mantener la circulación del refrigerante del motor. Otros sistemas afectados por los sistemas de arranque/parada del motor que requieren conversión a motores BLDC incluyen bombas hidráulicas y de aceite.
Una nueva generación de circuitos integrados de controlador de motor que integran complejos algoritmos de conmutación simplifican el diseño de ingeniería de los sistemas de control de motores BLDC. Empresas como Allegro MicroSystems, LLC han desarrollado algoritmos comprobados para el control trapezoidal y sinusoidal de motores BLDC con sensor y sin sensor, por lo que los ingenieros no se ven atascados en la creación y validación de software, sino que pueden cumplir con plazos agresivos.
Muchos controladores de motor Allegro avanzados tienen el algoritmo de conmutación integrado en el IC. Una GUI de software fácil de usar pasa los parámetros a través de USB a la EEPROM en el chip, donde los utilizan los algoritmos en el chip. Esto permite que los ingenieros sin experiencia en programación de software diseñen y verifiquen los sistemas de motor, rompiendo el ciclo de verificación y desarrollo de software que consume mucho tiempo. Estas innovaciones reducen la carga de trabajo de los microcontroladores y permiten a los desarrolladores especificar dispositivos menos potentes (y, por lo tanto, más baratos). En algunas aplicaciones, el microcontrolador se puede eliminar por completo, lo que reduce aún más los costos.
Allegro ofrece circuitos integrados de controlador de compuerta altamente integrados, como los controladores BLDC sin sensores A4960 y A4962. Estos dispositivos incorporan rectificación trapezoidal sin sensores en el chip y unidades de compuerta de alta potencia para alimentar puentes inversores externos. Al integrar el control de velocidad o par de bucle cerrado con la integración ascendente de funciones que normalmente se programan con un microprocesador, estos dispositivos pueden funcionar de forma independiente. Los diagnósticos integrales retroalimentan a la ECU y brindan detalles sobre las condiciones de sincronización, sobrevoltaje, subvoltaje o cortocircuito del MOSFET. La operación de un solo cable se puede lograr enviando diagnósticos de fallas a través de la entrada PWM.
Los algoritmos altamente versátiles ofrecen una amplia gama de parámetros de programación, lo que permite que la ingeniería reutilice el hardware para diferentes productos simplemente cambiando los parámetros en la EEPROM del chip. Esto hace que los controladores de motor programables de Allegro sean fáciles de usar y reutilizar en una amplia variedad de motores, cargas y aplicaciones. Los circuitos integrados integrados, junto con las herramientas de programación de Allegro, simplifican los flujos de trabajo, acortan los ciclos de diseño y aceleran la innovación del cliente. Estas soluciones permiten a los fabricantes cumplir con los estrictos estándares de economía de combustible a través de la electrificación, al tiempo que brindan un mejor rendimiento a los clientes finales.
Mirando hacia el futuro, la autonomía de los vehículos impulsará la tendencia actual de electrificación de vehículos. IHS Automotive pronostica ventas de casi 600,000 autos sin conductor para 2025. Además, IHS espera que haya alrededor de 21 millones de vehículos autónomos entre 2025 y 2035, a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 43 %. Este crecimiento está alimentando una mayor demanda de controles de motores eléctricos, y la integración de sistemas continúa empujando a los diseñadores a buscar soluciones innovadoras. Además, los automóviles autónomos deberán incorporar sistemas redundantes para garantizar la seguridad del consumidor, aumentando la cantidad de decisiones que toma el automóvil en nombre del conductor o, según las características, eliminando por completo al conductor del proceso de toma de decisiones.