Microchip Technology ha anunciado un controlador de motor de señal mixta tolerante a la radiación que pertenece a la familia de productos Space System Manager (SSM) de la compañía. El espacio y el peso siempre son un desafío en las misiones espaciales. Con este nuevo producto, Microchip fortalece su cartera al ofrecer el nuevo controlador LX7720. El nuevo LX7720 ofrece una solución de control robótico para un control de movimiento preciso de mecanismos de señalización multieje y elementos ópticos. Reduce el número de componentes externos y reduce los potenciales peligrosos en el entorno espacial. Al mismo tiempo, la BOM reducida reduce el peso del dispositivo, que es un problema constante en las misiones espaciales. El LX7720 proporciona cuatro controladores de transistores de efecto de campo semiconductor (MOSFET) de óxido metálico de canal N de medio puente, cuatro sensores de corriente diferencial flotante, un controlador de transformador de resolución modulado por pulsos y toda la electrónica de control.
entorno espacial
Los vientos solares, los rayos cósmicos y las bandas de Van Allen prueban los circuitos electrónicos. Estas radiaciones están compuestas principalmente por electrones, protones, neutrinos, positrones, fotones y otras partículas con poder ionizante y capaces de romper enlaces covalentes entre átomos.
Tanto en los transistores de efecto de campo (como los MOSFET) como en los transistores de unión bipolar (BJT), la ionización daña el transistor. Para los MOSFET, la ionización es causada por partículas cargadas que impactan en el dióxido de silicio (capa aislante). Dirigir pares electrón-hueco a la interfaz óxido-silicio induce la ruptura del par electrón-hueco, lo que reduce la cantidad de portadores disponibles allí y reduce el voltaje umbral del transistor. En cambio, en los BJT, estas partículas aumentan la corriente base, lo que reduce la ganancia general.
El mecanismo detrás de cada Efecto de Evento Único (SEE) consiste en la acumulación de carga en la zona sensible del dispositivo después del paso de la partícula. Columnas de pares electrón-hueco que varían en diámetro desde cientos de nanómetros hasta varias micras son emitidas a lo largo de las vías por la interacción de Columbia en dispositivos semiconductores. Dependiendo de varios factores, las partículas pueden causar efectos no observables, el deterioro temporal de la operación del circuito del microprocesador, los cambios en el estado lógico (SEU, SEL) o el daño permanente a los dispositivos o circuitos integrados (SEGR, SEBO) pueden causar
En los últimos años, una combinación de cambios en varios factores ha reducido el costo de acceso al espacio. Los satélites miniaturizados de órbita terrestre baja (LEO) han proporcionado datos útiles para una variedad de misiones científicas.
Los sistemas electrónicos espaciales deben soportar temperaturas extremas y ciclos térmicos asociados, lo que somete a los circuitos integrados y sus paquetes a tensión mecánica. Sin embargo, una nueva clase de circuitos integrados de plástico basados en el espacio puede ofrecer ventajas de costo y tamaño sobre los componentes tradicionales ‘adaptados al espacio’ para misiones de baja altitud.
control del motor
Las naves espaciales dependen de los motores eléctricos para funciones críticas como el control de actitud, los mecanismos de despliegue y el movimiento ultrafino. En estas aplicaciones, los motores eléctricos deben tener una larga vida útil y alta confiabilidad en entornos de alto vacío, radiación y alta temperatura de funcionamiento.
Se pueden utilizar tanto motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) como motores paso a paso de micropasos. Los motores paso a paso no requieren los lazos de control PI computacionalmente intensivos que requieren los PMSM para implementar sistemas de control orientados al campo u otros, pero tienen un rendimiento de aceleración/desaceleración y par absoluto más pobre.
Las aplicaciones espaciales exigen el más alto nivel de confiabilidad ya que los satélites no pueden repararse ni recalibrarse después del lanzamiento, excepto bajo ciertas condiciones de uso. Al controlar digitalmente el motor, se pueden implementar algoritmos avanzados de detección de fallas para optimizar el rendimiento y prolongar la vida útil del motor. El control digital permite minimizar el consumo energético generado por los paneles solares del satélite o la energía almacenada en sus baterías.
Microchip destacó cómo funciona el LX7720 con transistores de accionamiento de motor NMOS convencionales de hasta 40 kHz PWM, y cómo funciona la medición de corriente del motor en un estadio de béisbol de 12 bits (ADC sigma-delta, hay una compensación directa entre latencia y precisión). Como los FPGA operan a frecuencias cada vez más altas (RT PolarFire de Microchip® Los bloques computacionales FPGA se ejecutan hasta a 450 MHz), aumentando la frecuencia para una mayor precisión. Para lograr una precisión de 12 bits o superior con FET de GaN como transistores de potencia, es posible finalmente lograr PWM en el rango de 200 kHz o más con un reloj superior a GHz.
Los ingenieros electrónicos de la nave espacial implementaron una resistencia de detección de corriente de lado alto como un enfoque compacto y de bajo costo que funciona bien cuando se opera en el rango de temperatura de 180 °C, proporcionando una resistencia de entrada/salida bidireccional para cada devanado en el lado de la unidad. para medir la corriente. Esto requiere que el LX7720 incorpore un amplificador diferencial flotante para medir el voltaje de detección, que funciona igualmente bien con motores paso a paso y CC sin escobillas. Otras técnicas de detección de corriente, como la detección de transformadores, también están bien, ya que le brindan el voltaje que desea.
Figura 1: Sistema de controlador de motor típico con LX7720 (Fuente: Microchip)
Los satélites y otros sistemas de instrumentación espacial incluyen muchas aplicaciones para el control de motores. Estas aplicaciones incluyen un control preciso del movimiento de espejos y lentes que también se utilizan en la investigación científica. El LX7720 proporciona servocontrol de controladores de motor y actuadores lineales para motores de CC sin escobillas (BLDC), motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) y otros tipos de motores más utilizados en el espacio, con detección de posición y rotación. El LX7720 tiene certificación MIL-PRF-38535 Clase V y Clase Q. El LX7720 proporciona una tolerancia a la radiación de hasta 100 krad de dosis de ionización total (TID) y una tolerancia a la radiación de hasta 50 krad con sensibilidad de tasa de dosis baja mejorada (ELDRS).