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Primeras
series industriales de una nueva generación de
interruptores-reguladores basada en ASIC.
Dr. Fernando Arizti Urquijo Investigador del Departamento de Electrónica y Control.
Los interruptores y conmutadores convencionales presentan una serie de inconvenientes entre los que cabe destacar: conexiones y desconexiones lentas, producción de interferencias electromagnéticas (EMI), existencia de rebotes, etc. El estado actual de la tecnología electrónica permite un avance significativo en este sentido, aportando importantes mejoras a la seguridad, confort, fiabilidad y ahorro de energía, mediante los interruptores de estado sólido o SSR (Solid State Relay). El continuo abaratamiento de los componentes electrónicos, junto a la mejora de las tecnologías de fabricación y de su rendimiento, permite obtener una reducción progresiva de los costes del sistema electrónico.
Entre los retos tecnológicos que ha sido preciso superar cabe destacar el diseño multifunción de un ASIC de bajo consumo cuando realiza la función de mando.
Dentro de este proceso de renovación se enmarca el proyecto que NIESSEN S.A. y CEIT han desarrollado con el objetivo de obtener una nueva generación de interruptores-reguladores, competitivos a nivel europeo, capaz de realizar una gran variedad de funciones entre las que se encuentran las siguientes: conmutación y regulación de luminarias, control de persianas, control de relés, actuación local sobre el dispositivo, pulsando la tecla, o a través de un mando a distancia.
Características del Sistema
La realización de un sistema electrónico que sustituya a un equivalente electromecánico ha de tener siempre como objetivo último la mejora de las características funcionales. Es indiscutible el aumento de las prestaciones que puede alcanzarse; v.gr. la posibilidad de control remoto, temporizaciones mucho más exactas, etc...
En este sentido cabe destacar las mejoras conseguidas tanto en funcionalidad como en volumen físico de los componentes del sistema, así como la incorporación de tecnología punta que dota al sistema de una mayor fiabilidad y de una reducción apreciable de componentes, con el consiguiente abaratamiento de los costes de producción. El sistema de mando a distancia de interruptores-reguladores consiste fundamentalmente de dos elementos diferenciados, el mando a distancia y el sistema interruptor-conmutador. Ambos elementos están basados en un único ASIC, de forma que el mando se encarga de generar los mensajes que se envían, vía infrarrojos (IR), al sistema interruptor-conmutador, donde el ASIC se encarga de realizar la recepción, interpretación y ejecución del mensaje.
Desarrollo del ASIC
Muy al principio de la investigación se observó que las características requeridas para el dispositivo solo podían ser satisfechas si este incluía un circuito integrado de aplicación específica (ASIC), en cuyo desarrollo el CEIT cuenta con una dilatada experiencia.
Los ASICs son circuitos integrados en los que el diseñador puede incluir toda la electrónica que de otra manera debería implementarse con componentes comerciales, posibilitando una reducción de espacio (imprescindible en este caso) y de consumo.
Desde el punto de vista técnico merece señalarse que en el desarrollo de este ASIC se han utilizado las últimas tecnologías tanto por lo que respecta al diseño como a la realización en sí. Concretamente se ha diseñado utilizando síntesis de alto nivel a partir de un lenguaje de descripción de Hardware (VHDL), lo que facilita la mantenibilidad del diseño así como futuros cambios de tecnología. Para la realización física del chip se optó por el proceso CMOS de 1 m m de ES2.
De las funciones requeridas probablemente la más compleja sea la regulación de luz, para lo cual se estudiaron y definieron las curvas más agradables al usuario, que se introdujeron subsiguientemente al ASIC. Así mismo se investigaron los mecanismos más adecuados para que el usuario actuara sobre el interruptor, tanto a través de la tecla como del mando a distancia. Este interés en la ergonomía del dispositivo es hoy en día básico para el éxito de cualquier producto comercial.
Validación del funcionamiento.
Un requisito imprescindible de un sistema de esta naturaleza es la continuidad del funcionamiento correcto durante muchos años y en condiciones muy variables. Esto unido al especial énfasis que NIESSEN S.A. hace sobre la calidad de sus productos exigió la comprobación exhaustiva del funcionamiento del sistema desarrollado.
Para empezar se estudio el sistema controlando una amplia gama de cargas, variando tanto la naturaleza de estas como su potencia. Estas pruebas han sido plenamente satisfactorias.
Como uno de los principales fallos en estos sistemas suele provenir de los contactos, se simularon cerca de 500.000 encendidos consecutivos a través de un relé. Igualmente se lograron resultados muy positivos.
Destacar por último que el desarrollo de este sistema está basado en la patente número 9202593, propiedad de Niessen, S.A. y de la que son inventores los investigadores del CEIT implicados en el referido desarrollo.