Aplicación de la electrónica de potencia en aplicaciones de automoción

Aplicación de la electrónica de potencia en aplicaciones de automoción

Aplicación de dispositivos de estado sólido como diodos, s rectificador controlado por ilicon (SCR) , tiristores, tiristores de apagado de compuerta, TRIAC, transistor de unión bipolar (BJT), MOSFET de potencia, etc. para el control y conversión de energía eléctrica se llama p electrónica de potencia . La aplicación de la electrónica de potencia en aplicaciones de automoción juega un papel importante en el control de la electrónica de automoción. La electrónica automotriz incluye dirección asistida eléctrica moderna, inversor principal HEV, control central del cuerpo, sistema de frenado, control del asiento, etc.

Electrónica de potencia en aplicaciones de automoción

Electrónica de potencia en aplicaciones de automoción

¿Por qué la electrónica de potencia se utiliza en aplicaciones automotrices?

En nuestra vida cotidiana, con frecuencia observamos el calor que irradia el motor del automóvil después de que el automóvil ha sido conducido una cierta distancia. Esto se debe al sistema de tren de potencia de la electrónica automotriz con un motor o de combustión interna o un motor como uno de los subsistemas que operan con alta temperatura que excede los 125 grados Celsius. Aplicación de electrónica de potencia con componentes como los basados ​​en silicio MOSFET de potencia e IGBT que se utilizan como interruptores electrónicos de potencia en el sistema de tren de potencia de los sistemas eléctricos y electrónicos de automoción para reducir el tamaño total. Y también para la gestión de problemas térmicos en los que se utiliza un rango de potencia elevado de kW para mejorar la eficiencia del combustible.




MOSFET de doble canal basado en silicio

MOSFET de doble canal basado en silicio

Las limitaciones se pueden superar mediante el uso de semiconductores con un espacio de banda ancha como el carburo de silicio con una temperatura de funcionamiento alta que permite colocar el circuito cerca de una ubicación de alta temperatura. Tiene una conductividad térmica dos o tres veces mayor que el silicio, lo que eliminará la necesidad de grandes bloques de cobre y camisas de agua. El carburo de silicio tiene un alto voltaje de ruptura y es capaz de conmutar a altas frecuencias con una pérdida de energía muy menor, lo que hace que el tamaño total de los circuitos sea muy pequeño.

Chip de carburo de silicio

Chip de carburo de silicio

Aplicación de la electrónica de potencia

Aplicaciones de electrónica de potencia se extienden a varios campos como el aeroespacial, automotriz sistemas eléctricos y electrónicos , comercial, industrial, residencial, telecomunicaciones, transporte, sistemas de servicios públicos, etc. En el caso de la electrónica automotriz, los sistemas generados eléctricamente se utilizan en automóviles tales como vehículos de carretera como telemática, sistemas de entretenimiento en el automóvil, computadoras de automóvil, etc. La necesidad de controlar los motores de los automóviles se originó en la electrónica automotriz para un control y conversión adecuados.

Componentes de electrónica automotriz

Componentes de electrónica automotriz

La electrónica del automóvil se clasifica en diferentes tipos: electrónica del motor, electrónica de la transmisión, electrónica del chasis, seguridad activa, asistencia al conductor, comodidad del pasajero y sistemas de entretenimiento. Para cualquier sistema de energía como DC / DC o DC / AC o AC / DC, la potencia componentes electrónicos como controladores, controladores de puerta, convertidores, etc., son necesarios. Generalmente, en base a los requisitos del fabricante del vehículo o de la fuente de alimentación, los controladores analógicos o digitales se eligen de manera que se tomen en consideración los siguientes parámetros, incluidos el costo, la integración, la confiabilidad y la flexibilidad.

Aplicación de electrónica de potencia en electrónica automotriz

Aplicación de electrónica de potencia en electrónica automotriz

Aplicación de electrónica de potencia en electrónica automotriz

Las aplicaciones de la electrónica de potencia en sistemas eléctricos y electrónicos automotrices incluyen sistemas de alto voltaje, generación de energía automotriz, suministro de energía en modo conmutado (SMPS), Convertidores DC a DC , accionamientos eléctricos, inversor de tracción o convertidor de CC a CA, componente electrónico de potencia, requisito de alta temperatura, aplicación de SMPS en el sistema de tren de potencia, etc. Por ejemplo, considere un automóvil moderno, en el que podemos encontrar muchos componentes electrónicos de potencia como interruptor de encendido, módulo de control, sensor de velocidad del vehículo, sensor de dirección y otros componentes, como se muestra en la figura anterior.


1. Generación de energía automotriz

La aplicación de la electrónica de potencia en el sistema de generación de energía automotriz proporciona a los alternadores automotrices una eficiencia mejorada y alta potencia, junto con una capacidad de resistencia a altas temperaturas y alta densidad de potencia con una variedad de investigaciones en el diseño de alternadores con aplicaciones de electrónica de potencia de modo conmutado. El alternador de uso frecuente en aplicaciones automotrices es el alternador Lundell o Claw-pole, ya que es adecuado para el rendimiento emergente requerido. Las características de campo y armadura de este alternador se mejoran mediante el uso de electrónica de potencia. Estos alternadores se utilizan en automóviles para suministrar energía a las baterías y al sistema eléctrico mientras el motor está en funcionamiento. Los alternadores automotrices requieren una electrónica de potencia regulador de voltaje para producir un voltaje constante en los terminales de la batería modulando una pequeña corriente de campo.

Vista en corte del alternador Lundell

Vista en corte del alternador Lundell

2. Fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS)

El concepto SMPS se basa en los dispositivos electrónicos de potencia, como los dispositivos semiconductores, que funcionan en un estado encendido que tiene voltaje cero y un estado apagado que tiene corriente cero durante este estado teóricamente con una eficiencia del 100%. Para encender y apagar estos dispositivos semiconductores de potencia técnica de modulación de ancho de pulso (PWM) se utiliza. Para la conmutación de alta frecuencia se utilizan convertidores basados ​​en electrónica de potencia de tamaño pequeño y menos voluminosos, ya que estos conmutadores son capaces de funcionar a frecuencias de conmutación altas.

SMPS

SMPS

Aplicaciones SMPS en el sistema de tren de fuerza

Los sistemas de tren de potencia de HEV, vehículos eléctricos e ICE necesitan los siguientes acondicionadores SMPS, tales como:

  • Frenado regenerativo (AC / DC)
  • Cargador de a bordo (AC / DC)
  • Sistema de doble batería (CC / CC)
  • Motor de tracción (DC / AC)

3. Convertidores de CC a CC

Hay diferentes topologías de convertidores de CC a CC disponibles que se pueden utilizar según los requisitos. Estas topologías se clasifican como topologías aisladas y no aisladas que se adoptan en los sistemas de tren de potencia. La aplicación de la electrónica de potencia en la conmutación ha traído un concepto de conmutación suave en el que los conmutadores se someten a una tensión baja utilizando un modo LLC o resonante. Estos convertidores de conmutación suave, altamente confiables y de larga duración son muy útiles en el mercado de la electrónica automotriz. Hay convertidores bidireccionales como 400 a 12V para vehículos eléctricos y 48 a 12V para vehículo eléctrico híbrido o motor de combustión interna.

Convertidor DC-DC

Convertidor DC-DC

4. Inversor de tracción (CC / CA)

Motores electricos Son máquinas que se utilizan para convertir energía eléctrica en energía mecánica y principalmente se utilizan motores de CC para este propósito, pero debido a la falta de fiabilidad de los motores de CC, los motores de CA se utilizan debido a su eficiencia. La aplicación de la electrónica de potencia en los controladores de edificios para motores de CA ha avanzado enormemente en las últimas dos décadas. Por lo tanto, para que los motores de CA suministren energía, la energía almacenada en las baterías de los sistemas eléctricos y electrónicos automotrices de vehículos eléctricos o vehículos eléctricos híbridos o ICE requiere la aplicación de electrónica de potencia como convertidores de CC a CA o inversores electricos .

Inversor SPI

Inversor SPI

5. Cargador a bordo (AC / DC)

Los vehículos con electrónica automotriz constan de baterías que deben cargarse para este propósito de carga, la alimentación de CA debe convertirse en CC. Sabemos que la energía se puede almacenar en baterías solo en forma de CC. Esta conversión de CA a CC se puede realizar mediante la aplicación de convertidores de electrónica de potencia denominados rectificadores.

Baterías automotrices

Baterías automotrices

La aplicación de la electrónica de potencia está aumentando con el avance de las tecnologías en los sistemas eléctricos y electrónicos automotrices para mejorar la eficiencia general del sistema con alta temperatura de funcionamiento, aumentar la flexibilidad, confiabilidad y reducir el tamaño general de los circuitos. Si conoce alguna aplicación nueva e innovadora de la electrónica de potencia en la electrónica automotriz, publique sus ideas y comentarios en la sección de comentarios a continuación.

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