Arquitectura de gestión de energía de un solo chip para aplicaciones de frenado de vehículos

Allegro MicroSystems ha presentado el A81415, un circuito integrado de gestión de energía (PMIC) certificado según ASIL-D que combina la gestión de energía y la decodificación de señales de sensores de velocidad de rueda en un único dispositivo para sistemas de frenado electromecánico (EMB). La solución está dirigida a aplicaciones automotrices de frenado por cable, donde la seguridad funcional, la electrónica compacta y los datos fiables de velocidad de rueda son esenciales para el control del vehículo.

Gestión integrada de energía y detección para sistemas de frenado por cable
La tecnología de frenado por cable se está convirtiendo en un elemento clave de las arquitecturas de vehículos definidos por software, al sustituir los sistemas de frenado hidráulico convencionales por sistemas electromecánicos controlados electrónicamente. La electrónica instalada en cada rueda debe soportar vibraciones, variaciones de temperatura y transitorios eléctricos, manteniendo al mismo tiempo un funcionamiento a prueba de fallos y el cumplimiento de los requisitos de seguridad funcional del sector automotriz.

Los diseños convencionales de sistemas de frenado por cable suelen requerir PMIC de seguridad independientes, circuitos integrados para la decodificación de la velocidad de rueda y múltiples componentes discretos de potencia. Esto incrementa la complejidad de la placa de circuito impreso, ocupa más espacio de instalación e introduce un mayor número de posibles puntos de fallo en los módulos de rueda críticos para la seguridad.

El A81415 integra estas funciones en un único dispositivo mediante la combinación de una interfaz para sensores de velocidad de rueda, un prerregulador buck-boost, cinco reguladores de baja caída de tensión (LDO) y una arquitectura de potencia de un solo inductor que no requiere componentes externos de conmutación. Según Allegro, esta integración elimina hasta nueve componentes externos, reduce el coste de la lista de materiales de semiconductores hasta en 4 dólares estadounidenses por vehículo y libera más del 50 % del área útil de la placa de circuito impreso en la electrónica de la pinza de freno.

Procesamiento de datos de velocidad de rueda y seguridad funcional
La interfaz integrada para sensores de velocidad de rueda es compatible con los protocolos estándar de dos niveles, modulación por ancho de pulsos (PWM) de dos niveles y protocolos AK de tres niveles, incluidas sus variantes de alta resolución. Los datos del sensor se decodifican internamente y se transmiten mediante una interfaz periférica serie (SPI), eliminando la necesidad de un circuito integrado dedicado para la decodificación.

El procesamiento interno de las señales de velocidad de rueda dentro del PMIC reduce la latencia en el lazo de control del sistema de frenado y disminuye la carga de trabajo del microcontrolador. Las líneas de alimentación reguladas de bajo ruido están diseñadas para alimentar componentes de detección de velocidad de rueda y de posición angular utilizados en actuadores de freno electromecánicos, contribuyendo a mantener la integridad de la señal a lo largo de toda la cadena de control del frenado.

El dispositivo cumple con la norma automotriz AEC-Q100 e incorpora funciones de doble watchdog junto con mecanismos integrados de supervisión de fallos para satisfacer los requisitos de seguridad funcional ASIL-D sin necesidad de circuitos externos de protección adicionales.

Arquitectura de gestión de energía escalable para vehículos de 12 V y 48 V
El PMIC se fabrica utilizando el proceso automotriz Grade-0 de Allegro y está diseñado para funcionar tanto en los sistemas eléctricos actuales de 12 V como en las futuras arquitecturas de vehículos de 48 V. Cuando se combina con el prerregulador APM81815 y controladores de compuerta compatibles de 48 V, la plataforma proporciona a los proveedores Tier 1 una vía modular para migrar hacia módulos de rueda de frenado por cable de próxima generación, reduciendo al mismo tiempo el esfuerzo de rediseño.

Peter Wells, director de la línea de negocio High Performance Power de Allegro MicroSystems, afirmó que la integración de la detección de velocidad de rueda y la gestión de energía en un único dispositivo proporciona una plataforma escalable para los futuros sistemas inteligentes de chasis al combinar la sensórica y la electrónica de potencia dentro del módulo de rueda.

Contexto adicional: Especificaciones técnicas y comparación con tecnologías de la competencia
Los PMIC para aplicaciones de chasis críticas para la seguridad están ampliamente disponibles por parte de fabricantes de semiconductores como Infineon, NXP, STMicroelectronics y Allegro. La mayoría de las soluciones compatibles con ASIL-D integran múltiples reguladores de tensión, funciones watchdog, monitorización de diagnóstico y supervisión de seguridad para aplicaciones como sistemas de frenado, dirección y controladores de sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS). Sin embargo, estas plataformas suelen requerir una interfaz independiente para sensores de velocidad de rueda o un dispositivo de decodificación adicional.

El A81415 se diferencia por integrar directamente la decodificación de las señales de velocidad de rueda en el PMIC, al tiempo que admite múltiples protocolos de comunicación utilizados por los sensores de velocidad de rueda del sector automotriz. Su combinación de sensórica integrada, cinco reguladores LDO, conversión de potencia buck-boost, arquitectura de un solo inductor, certificación AEC-Q100 y seguridad funcional conforme a ASIL-D reduce el número de componentes externos y el espacio ocupado en la placa de circuito impreso en comparación con las implementaciones convencionales de múltiples circuitos integrados utilizadas en sistemas de frenado por cable.

Editado por Sucithra Mani, editora de Induportals – adaptado con ayuda de IA.

www.allegromicro.com