Los motores eléctricos y los microcontroladores son fundamentales en la tecnología moderna porque impulsan avances en varios sectores. Este artículo recoge las conclusiones de dos análisis, sobre motores eléctricos y microcontroladores, destacando su integración, las tendencias tecnológicas y el papel de compañías como Microchip Technology para el futuro de estos componentes primordiales.

El papel de los motores eléctricos en las aplicaciones modernas
Los motores eléctricos son indispensables en la actualidad ya que consumen casi la mitad de la electricidad mundial en varias aplicaciones. Esto significativo consumo de energía ha dado lugar a la elaboración de exigentes normativas sobre eficiencia energética y sostenibilidad a los fabricantes de motores. Los esfuerzos se centran ahora en el desarrollo de motores energéticamente eficientes que utilizan materiales respetuosos con el medio ambiente y procesos de fabricación sostenibles. Este cambio está impulsando innovaciones en la tecnología del motor con el fin de mejorar la eficiencia, el rendimiento y la sostenibilidad.

Tendencias y aplicaciones en el control de motores
El auge de los vehículos eléctricos (VE) y la demanda de sistemas energéticamente eficientes han potenciado el uso de los motores eléctricos más allá de las aplicaciones tradicionales. Las aplicaciones modernas del motor ahora integran las tecnologías IoT (Internet de las Cosas) e IA (Inteligencia Artificial), permitiendo así el mantenimiento predictivo, la vigilancia en tiempo real y un mayor rendimiento del motor. Los motores de alta eficiencia con diseños innovadores y materiales de calidad superior están disminuyendo el consumo de energía y las emisiones de carbono.
Los motores compactos y ligeros son vitales en sectores como las aplicaciones de automoción, aeroespaciales e industriales, con es imprescindible minimizar el espacio y el peso. Los avances en los algoritmos de control de motores, como el control predictivo basado en modelo y el control avanzado sin sensor, están mejorando el rendimiento, la exactitud y la agilidad de los motores.

Driver de motor integrado: un salto tecnológico
Los drivers o accionamientos de motor integrados están a la vanguardia de los avances en el control de motores. Estos drivers reúnen todas las funciones necesarias de control e interfaz analógica, y suelen incluir un microcontrolador avanzado capaz de manejar un control FOC (Field Oriented Control) sin sensor, un driver de puerta trifásico, y en ocasiones un transceptor de comunicación. La demanda de drivers de motor integrados se ve impulsada por su capacidad de agilizar el diseño, reducir los costes, aumentar el rendimiento, conservar el espacio, mejorar la fiabilidad y facilitar su total integración con otros sistemas.

Aplicaciones de los drivers de motor integrados
Los drivers de motor integrados son imprescindibles en aplicaciones de automoción, industriales y VE. En el sector de la automoción, mejoran la dirección eléctrica asistida, el frenado, la climatización y los sistemas de refrigeración del motor. En los entornos industriales permiten un control preciso en robótica, bombas alimentadas por batería, compresores y máquinas-herramienta. En los VE, estos microcontroladores optimizan el control del motor, la gestión de la batería, el frenado regenerativo, la gestión térmica, el consumo eficiente de energía y la integración del sistema, incluyendo diagnóstico y funciones de seguridad.

La solución tecnológica de Microchip
Microchip Technology ha presentado una nueva serie de drivers de motor integrados que se basan en los DSC (Digital Signal Controller) dsPIC®. Estos dispositivos agilizan la implementación de sistemas de control embebidos eficientes en tiempo real en aplicaciones con limitaciones de espacio. Estos drivers incorporan un DSC dsPIC33, un driver de puerta MOSFET trifásico y un transceptor LIN o CAN FD opcional, por lo que simplifica el proceso de diseño al reducir el número de componentes, el tamaño de la placa de circuito impreso y la complejidad del sistema en general.

Estos dispositivos drivers de motor integrados usan una sola fuente de alimentación de hasta 29V (en funcionamiento) y 40V (transitoria) y proporciona un alto rendimiento de la CPU entre 70 y
100 MHz. Facilitan una implementación eficiente de FOC y otros algoritmos avanzados de control de motores. Un regulador de tensión LDO (Low Dropout) de 3,3V integrado alimenta el DSC dsPIC, eliminando así la necesidad de un LDO externo.

Evolución de los microcontroladores
En un ámbito que evoluciona con tanta rapidez como los sistemas embebidos, sigue aumentando la demanda de aplicaciones de control precisas y eficientes en tiempo real. Los microcontroladores son fundamentales para estas aplicaciones en sectores como automoción, electrónica de consumo, sanidad, aeroespacial y automatización industrial. Los modernos microcontroladores permiten abordar desafíos que van desde mejorar la complejidad del software hasta la necesidad de una mayor eficiencia energética, periféricos integrados para ofrecer unas prestaciones multifuncionales y el cumplimiento de exigentes normas de protección y seguridad.
Principales tendencias en la tecnología del microcontrolador
Los modernos microcontroladores permiten abordar desafíos que van desde mejorar la complejidad del software hasta la necesidad de una mayor eficiencia energética. También proporcionan periféricos integrados para ofrecer unas prestaciones multifuncionales y el cumplimiento de exigentes normas de protección y seguridad. La siguiente sección entra en más detalle acerca de estos avances, destacando su papel para transformar el potencial de los microcontroladores en el ámbito digital, que necesita extraer más rendimiento a los actuales microcontroladores.

1. Mayor complejidad del software:
a. Integración del diseño basada en modelo: Facilita el desarrollo rápido de prototipos y la generación de código, agilizando así el desarrollo de software complejo.
b. Protección y seguridad robustas: Los microcontroladores avanzados incorporan módulos criptográficos, arranque seguro y arquitecturas tolerantes a fallos para garantizar la integridad del sistema.
c. Memoria y procesamiento avanzados: Más capacidad de memoria y procesamiento para aplicaciones complejas y multitarea.
2. Eficiencia energética más alta: Las funciones avanzadas mejoran la eficiencia energética del sistema mediante periféricos analógicos más rápidos y algoritmos sofisticados para gestionar y optimizar el consumo de energía de forma dinámica.
3. Un controlador y múltiples funciones:
a. Multifuncionalidad: Sirven como dispositivos todo en uno que permiten una gestión sincronizada de la función.
b. Arquitectura optimizada: Simplifica el diseño del sistema, minimiza el número total de componentes y mejora el rendimiento.
c. Periféricos integrados: Ahorra espacio en la placa de circuito impreso, reduce los costes del sistema y facilita el funcionamiento a alta velocidad.
4. Requisitos más exigentes de protección y seguridad:
a. Protección: Los modernos microcontroladores atienden varios sectores e incorporan características de protección en conformidad con ISO 26262, IEC 61508, IEC 60730 y otras normas.
b. Seguridad: Incorporan aceleradores criptográficos, arranque seguro y acceso seguro para proteger los datos y la propiedad intelectual.
DSC (Digital Signal Controllers) de alto rendimiento de Microchip
Los DSC (Digital Signal Controllers) dsPIC® de Microchip Technology cubren las intrincadas necesidades del control en tiempo real con altos niveles de precisión y fiabilidad. La nueva serie dsPIC33A significa un importante salto adelante para la tecnología de los microcontroladores al ofrecer una plataforma robusta y eficiente que sobresale por su gestión de memoria, ejecución optimizada y seguridad funcional.

Características de la serie dsPIC33A
1. CPU de 32 bits: Una CPU de 200MHz con una FPU de doble precisión mejora el rendimiento en aplicaciones de alimentación digital, diseño robusto y control de motores.
2. Unidad de coma flotante de doble precisión: Esta unidad es conforme con IEEE 754-2019 y ofrece precisión simple y doble a través de un canal especializado, por lo que mejora la fiabilidad del software y la velocidad del lazo de control además de reducir los errores de software asociados a una escalabilidad variable. Incluye funciones seno y coseno basadas en hardware para un mejor control del motor.
3. Motor DSP y CPU avanzados: Incorpora dos acumuladores de 72 bits para ofrecer altos niveles de resolución y exactitud, minimizando así el riesgo de sobrecarga o bajo rendimiento.
4. Periféricos avanzados de alta velocidad: Incluye un ADC de 12 bits y 40 MSPS, amplificadores operacionales con un producto de ganancia por ancho de banda de
100 MHz y comparadores rápidos con un tiempo de respuesta de 5 ns.
5. Avances en las funciones de seguridad y la arquitectura de memoria: La seguridad se ve reforzada con una raíz de confianza inmutable, depuración segura y restricción en el acceso a segmento de Flash.

El primer producto de la familia de DSC dsPIC33A
La primera familia de DSC dsPIC33AK128MC1xx incluirá 128KB de Flash y un gran número de periféricos, y se suministrará en varios encapsulados, como SSOP, VQFN y TQFP de 28 a 64 patillas, con unas dimensiones del encapsulado a partir de 4x4 mm. Las futuras familias dsPIC33A contarán con más memoria, un mayor número de periféricos y más patillas.

Aplicaciones y mercados
Los DSC de la familia dsPIC33A aumentan el rendimiento de las aplicaciones de control en tiempo real en diversos sectores:
• Control de motores: Proporcionan un control preciso del motor en automatización industrial, sistemas de automoción y robótica.
• Electrónica de potencia: Exactitud en el control y la regulación de la potencia eléctrica en inversores, convertidores y fuentes de alimentación.
• Conexión de sensores: Maneja eficientemente los datos procedentes de varios sensores, asegurando unas respuestas rápidas y exactas.

Ecosistema y soporte
Microchip ofrece un completo ecosistema de software y herramientas de desarrollo de software para control del motor con el fin de acelerar el proceso de diseño. El dsPIC33CK Motor Control Starter Kit (MCSK) y la tarjeta de desarrollo MCLV-48V-300W son nuevas tarjetas para control de motores basadas en dsPIC33 que, junto con varias tarjetas de desarrollo basadas en drivers de motor integrados, facilitan el desarrollo rápido de prototipos destinados a aplicaciones de control de motores. MPLAB® motorBench® Development Suite, una herramienta gratuita basada en GUI para FOC, mide parámetros del motor, ajusta las ganancias del control de realimentación y genera código fuente. La versión 2.45 añade ZS/MT (Zero-Speed/Maximum Torque) para maximizar el par de salida sin sensores Hall o magnéticos.

Microchip también suministra de forma gratuita sus MPLAB® Device Blocks para MATLAB® Simulink®, que permiten optimizar la generación de código para DSC dsPIC y otros microcontroladores de Microchip. El creciente catálogo incluye varios diseños de referencia para control de motores listos para usar y destinados a aplicaciones de automoción, electromovilidad, industria y consumo.
La nueva serie dsPIC33A agiliza el desarrollo de sistemas embebidos con un diseño basado en modelo y una arquitectura ISA (Instruction Set Architecture) compatible con los DSC dsPIC33 ya existentes. Se integra con el compilador MPLAB® XC-DSC y el MPLAB® Code Configurator, cuentan con el soporte de la tarjeta de desarrollo dsPIC33A Curiosity (EV74H48A) de uso general con el módulo dsPIC33AK128MC106 Motor Control DIM (EV68M17A). Este ecosistema se está ampliando para mejorar el soporte a diseño basado en modelo, control de motores, algoritmos DSP, detección avanzada, alimentación digital y seguridad funcional.

Conclusión
La integración de motores eléctricos avanzados y microcontroladores de alto rendimiento está logrando grandes avances en la tecnología y las aplicaciones de control de motores. Microchip Technology Inc. está a la vanguardia ofreciendo soluciones innovadoras que mejoran la eficiencia, el rendimiento y la sostenibilidad. El futuro del control de motores y los sistemas embebidos está llamado a ofrecer desarrollos apasionantes gracias a la continua investigación y las mejoras introducidas en la tecnología de semiconductores, los algoritmos de control y la integración de sistemas. Estos avances prometen una nueva era de precisión, fiabilidad e innovación para el control de motores en tiempo real, la conversión digital de potencia y otras aplicaciones.

Autor: Pramit Nandy, Director de Marketing de Producto, Microchip Technology