Tal vez hayas escuchado hablar de los chips IPM, o tal vez ni siquiera te suenen de nada. Sin embargo, tienen múltiples aplicaciones en diferentes sectores de la industria y también en proyectos DIY con motores, por ejemplo, por lo que en este artículo vamos a tratarlos para que no tengan secretos para ti.
Estos circuitos integrados pueden ser de lo más práctico, como verás, y los puedes encontrar en diversas variantes o de diversos fabricantes, como Infineon, STMicroelectronics, etc.
¿Qué es un IPM?
Un módulo de potencia inteligente o IPM (Intelligent Power Module) es un dispositivo de conmutación de potencia de estado sólido avanzado e integrado en un chip. El término “módulo de potencia” se refiere a la presencia de un componente de conmutación de potencia (generalmente un transistor tipo IGBT), y el módulo es “inteligente” porque incluye circuitos de control y protección adicionales. El objetivo es optimizar el rendimiento y facilitar el diseño e implementación de la solución global.
Los IPM utilizan dispositivos semiconductores para la conmutación de alta potencia. Estos dispositivos pueden ser FET, BJT o IGBT, siendo éste último el más frecuente, aunque todo dependerá de la aplicación para la que se vaya a destinar este IC.
Un IPM implica mucho más que simplemente encender y apagar un transistor, e incorporan características esenciales como pueden ser:
- Circuitos de accionamiento de compuerta: deben aplicar el voltaje adecuado y suministrar grandes cantidades de corriente para una conmutación rápida.
- Lógica de accionamiento de compuerta: puede diseñarse para evitar que los IGBT de lado alto y lado bajo conduzcan simultáneamente. Esta funcionalidad se conoce como protección contra disparo, prevención de conducción cruzada o circuitos de interbloqueo.
- Circuitos de protección: deben ser capaces de detectar y abordar condiciones de sobrecorriente, sobretensión, cortocircuito y subvoltaje.
- Funcionalidad de comunicación: si el sistema necesita mantener registros de eventos de fallo o temperaturas operativas, se requerirá alguna forma de funcionalidad de comunicación.
- Corrección del factor de potencia (PFC): algunas aplicaciones requieren corrección del factor de potencia (PFC).
Entre los IPM del mercado, podemos encontrar gran cantidad de modelos, algunos de ellos fabricados por compañías como Infineon o STMicroelectronics, y en su mayoría destinados al sector del automóvil, para diferentes sistemas de control de motores, aunque también se pueden encontrar en otras muchas aplicaciones…
Tipos o familias
Las familias de estos módulos IPM comerciales en ocasiones se pueden dividir según las características, como por ejemplo:
- Compact: son módulos de potencia altamente integrados y compactos. Están diseñados para conducir motores en aplicaciones que van desde electrodomésticos hasta ventiladores, bombas y unidades de accionamiento de propósito general. También incluyen la serie CIPOS Nano y Micro, entre otros, que es una familia de módulos de potencia ultra compactos y altamente integrados para aplicaciones de consumo, residenciales e industriales ligeras. Los hay también para sistemas trifásicos.
- Standard: son robustos y simplifican el diseño del sistema de accionamiento del motor. Involucra productos desde CIPOS Tiny, Nano, Micro y Mini montados en superficie hasta módulos CIPOS estándar que cubren un rango de potencia de 20W a 5kW.
- Performance: diseñados para aplicaciones de muy alta potencia o aplicaciones que requieran un rendimiento superior en términos de eficiencia energética, densidad de potencia, robustez del sistema y confiabilidad frente a los anteriores.
Cada una pensada para aplicaciones o necesidades diferentes, que dependerán de lo que se quiera.
Aplicaciones de los IPM
Los IPM están más estrechamente asociados con el control de motores, pero también se utilizan en sistemas de energía ininterrumpida, inversores y sistemas de energía renovable, etc. Por tanto, se pueden encontrar en multitud de equipos, como por ejemplo:
- Control de motores de vehículos: los IPM son esenciales en el control de motores debido a su capacidad para manejar altas corrientes y voltajes, así como su capacidad para proporcionar protección y control.
- Sistemas de energía ininterrumpida (SAI): se utilizan en SAI/UPS para proporcionar una fuente de energía confiable y constante.
- Conversores/inversores: también presentes en sistemas para convertir la corriente continua en corriente alterna.
- Sistemas de energía renovable: los IPM pueden estar en sistemas como los sistemas de energía solar y eólica, para convertir y controlar la energía generada.
- Electrodomésticos: para controlar los motores y otros componentes que requieren energía.