Las secuelas del reciente Gran Terremoto y Tsunami del Este de Japón han hecho que la búsqueda de formas de mejorar la eficiencia energética de los dispositivos electrónicos sea aún más urgente, especialmente en Japón. Además, el reciente terremoto destacó la sabiduría de la visión corporativa de Renesas Electronics Group de “Global & Green”. Es por eso que siempre estamos buscando nuevas formas de ayudar a nuestros clientes a producir productos electrónicos que consuman menos energía mediante el desarrollo de soluciones de semiconductores que controlen de manera más eficiente la energía consumida por los sistemas integrados.
Al ofrecer capacidades de procesamiento de energía y de digital a analógico, los nuevos productos permiten a los clientes ahorrar costos, reducir el tiempo de desarrollo del sistema y producir productos finales que consumen menos energía.
Las secuelas del reciente Gran Terremoto y Tsunami del Este de Japón han hecho que la búsqueda de formas de mejorar la eficiencia energética de los dispositivos electrónicos sea aún más urgente, especialmente en Japón. Además, el reciente terremoto destacó la sabiduría de la visión corporativa de Renesas Electronics Group de “Global & Green”. Es por eso que siempre estamos buscando nuevas formas de ayudar a nuestros clientes a producir productos electrónicos que consuman menos energía mediante el desarrollo de soluciones de semiconductores que controlen de manera más eficiente la energía consumida por los sistemas integrados.
Un resultado clave de nuestros recientes esfuerzos de investigación y desarrollo es el desarrollo de una serie de “módulos de funciones” para aplicaciones de control de potencia. Se pueden utilizar en un enfoque de bloques de construcción para lograr ahorros de energía en varios mercados y productos finales. Para obtener una visión de alto nivel de las capacidades y los planes de Renesas en el área de los módulos funcionales, el personal de EDGE habló con Yusuke Yamada, vicepresidente sénior de Renesas Solutions Corporation. Le pedimos que explicara el concepto de esta tecnología y describiera sus implicaciones actuales y futuras. Este artículo se basa en información valiosa proporcionada por el Sr. Yamada.
Implementación de técnicas mejoradas para el ahorro de energía
En Renesas, usamos la palabra “global” con el objetivo de contribuir al desarrollo de la sociedad y la vida de las personas al satisfacer las necesidades de varios países y regiones. También enfatizamos la palabra ‘verde’ para enfatizar nuestro fuerte compromiso con el desarrollo y la fabricación de soluciones de sistemas amigables con el medio ambiente para la infraestructura electrónica social que ayudan a ahorrar energía. Claramente, las iniciativas verdes son más importantes hoy que nunca.
Los productos electrónicos ecológicos utilizan la menor cantidad de electricidad posible. La implementación exitosa de tecnologías mejoradas de ahorro de energía debe satisfacer las necesidades de los diferentes segmentos del mercado electrónico mundial. El mercado se clasifica ampliamente en tres categorías: “Sociedad”, “Sistemas” y “Piezas”, cada una con necesidades únicas.
Los esfuerzos de Renesas para reducir el consumo de energía en el dominio del sistema se centran naturalmente en la tecnología de bajo consumo de energía para componentes individuales como microcomputadoras, circuitos integrados analógicos y dispositivos de energía. Pero más que eso, trabajamos arduamente para encontrar formas nuevas y mejoradas de lograr un control mejor y más eficiente de los diversos componentes utilizados en todo tipo de productos de sistemas integrados.
Con el fin de implementar técnicas de control que aumenten la eficiencia de conversión de energía, nuestros esfuerzos de I+D se centran especialmente en el desarrollo de soluciones que utilicen capacidades de modo mixto. En otras palabras, una solución que aplica las mejores características de la tecnología tanto digital como analógica. Debido a la gran demanda de productos de ahorro de energía por parte de los usuarios finales, nos esforzamos por acortar los tiempos de desarrollo de nuestra nueva gama de soluciones mejoradas.
Divida los problemas y resuélvalos más rápido
Sin embargo, existen dos grandes desafíos para avanzar rápidamente en este campo: la falta de ingenieros analógicos con mucha experiencia y la necesidad de crear algoritmos sofisticados para el software que controla las microcomputadoras. Afortunadamente, los programas clave y las iniciativas de recursos humanos establecidas por nuestro equipo de gestión abordan con éxito estos desafíos dentro de nuestros vastos recursos técnicos globales. El progreso fue impulsado por una decisión relacionada por parte de la gerencia para dividir de manera inteligente los problemas de ahorro de energía para una resolución más rápida.
Específicamente, el método de ataque técnico consiste en subdividir el “sistema” anterior en capas y hardware de “sistema de aplicación” y “módulo de función”. Como resultado, Renesas ahora ofrece soluciones que incluyen experiencia en software y sistemas en forma de unidades de “módulos funcionales” optimizadas para diversas aplicaciones (consulte la Figura 1).
Estas nuevas soluciones combinan microcomputadoras (MCU), tecnologías analógicas y digitales y dispositivos de potencia. Alcanzan excelentes niveles de rendimiento y funcionalidad al mismo tiempo que brindan valiosos beneficios ecológicos al reducir el consumo de energía. Además, al incorporar ingeniería y tecnología avanzadas en el diseño y la fabricación, nuestros módulos funcionales ayudan a los clientes a llegar al mercado más rápido al acortar el ciclo de desarrollo de sus productos finales. También reduce los costos al reducir la cantidad de componentes necesarios para el diseño del sistema.
Saltar al nivel de tarea por encima del diseño de circuito detallado
Los sistemas integrados suelen contener circuitos que son combinaciones complejas de componentes electrónicos, como microcomputadoras, circuitos integrados analógicos y dispositivos de potencia. La unificación de los elementos básicos del sistema, como funciones y aplicaciones individuales, permite designarlos como módulos funcionales y delinearlos de acuerdo con la tarea o el trabajo específico que realizan. Un módulo funcional es una abstracción de ingeniería eléctrica en el sentido de que diferentes productos con diferentes implementaciones internas pertenecen a la misma categoría cuando realizan tareas iguales o similares. Al ser el ensamblaje de componentes básicos, lleva el desarrollo del sistema a un nivel más alto que el diseño del circuito.
La figura 2 muestra la configuración de los módulos funcionales típicos utilizados en los sistemas de suministro de energía. Este diagrama muestra el flujo básico de señales eléctricas en una aplicación que utiliza un microcontrolador para el control de potencia. En el lado de entrada, varios sensores convierten cantidades físicas como temperatura, presión, voltaje y corriente en señales eléctricas continuas (analógicas), las amplifican con amplificadores analógicos y las ingresan a la microcomputadora.
Una MCU dentro del módulo luego convierte estas señales analógicas en señales digitales para que la CPU realice operaciones y cálculos de acuerdo con el programa de aplicación adecuado. La señal de control de salida digital resultante se envía luego a través del IC analógico de primera etapa del dispositivo de potencia, llamado controlador. En la etapa final de este módulo funcional, un dispositivo de potencia (IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) o MOSFET (transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido de metal)) es impulsado por una señal PWM (modulación de ancho de pulso).
El diseño que se muestra en la Figura 2 es más simple y superior a los tipos comúnmente utilizados anteriormente. Esto se debe principalmente a que los MCU actuales tienen mejores características y rendimiento que antes. Los diseños más antiguos requerían ADC (convertidores de analógico a digital o A/D) y DAC (salida PMW) para la conversión requerida para vincular señales analógicas y digitales. También necesitaba un IC con matemática DSP (procesamiento de señal digital) de alta velocidad para implementar el algoritmo de control.
El MCU de Renesas en la Figura 2 es un chip de alto rendimiento que incorpora estos elementos relacionados con la conversión y el cómputo en su interior, como IP analógica y unidades aritméticas de alto rendimiento. Esta microcomputadora altamente integrada y de bajo costo no solo simplifica el diseño de módulos funcionales, sino que también mejora las capacidades del módulo para un control de energía más rápido y preciso.