Estos paquetes de software están, naturalmente, diseñados a medida para los dispositivos de un fabricante en particular, pero comparten una cantidad significativa de funcionalidades.
Si bien la configuración de los módulos individuales es fundamental para el funcionamiento de cualquier sistema, los diseñadores necesitan una visión general completa del sistema eléctrico y de cómo interactúan los módulos para comprender los problemas que deben abordarse. El software moderno para el desarrollo de sistemas eléctricos reconoce esta necesidad y ofrece funcionalidades avanzadas que facilitan el proceso desde el prototipo hasta la producción.
El software generalmente se ejecuta en una computadora anfitriona y se comunica bidireccionalmente con el sistema de alimentación a través de un bus común como PMBus. Existen adaptadores USB para este fin, que permiten conexiones rápidas y confiables. Un ejemplo es el adaptador USB-TO-GPIO2 de Texas Instruments.
Figura 1: El software de diseño de potencia normalmente admite el ciclo de diseño desde el prototipo hasta la producción.
La mayoría del software funciona a partir de un proyecto, y el primer paso para los diseñadores es crear dicho proyecto como un archivo en el ordenador, utilizando el software de diseño de sistemas eléctricos. El primer paso del flujo de trabajo consiste en construir el sistema seleccionando cada uno de sus componentes. Todo este proceso se realiza de forma offline, y los dispositivos se seleccionan de una biblioteca proporcionada por el fabricante e integrada en el software.
Dada la gran cantidad de productos disponibles de la mayoría de los fabricantes, suele haber una función de búsqueda. Esta permite buscar por número de pieza si se conoce, pero también suelen estar disponibles otras búsquedas, como el tipo de producto, la tensión/potencia de salida, las características/funciones y el tamaño físico del dispositivo. Actualizar el software periódicamente garantiza que se puedan seleccionar los dispositivos más recientes.
El siguiente paso consiste en utilizar el software para establecer los parámetros básicos del sistema; esto incluye configurar las direcciones PMBus y las definiciones de todas las líneas de voltaje del sistema. Posteriormente, los diseñadores utilizarán el software para configurar cada línea, definiendo parámetros como el voltaje, los tiempos de rampa, los parámetros de falla y otros, según las capacidades del o los módulos que alimentan cada línea. Para sistemas más sofisticados que incluyen módulos con todas las funciones, la parte final de la configuración consiste en configurar la funcionalidad a nivel de sistema, como la secuenciación, el seguimiento y la distribución de fase de las líneas de voltaje.
Todo el trabajo realizado hasta el momento se ha completado sin conexión a internet y no se requiere conexión PMBus, ni hardware ni soldadores. En esta etapa, es posible crear un archivo de configuración del sistema que se puede utilizar para configurar los dispositivos/el sistema en un entorno de fabricación.
Sin embargo, en este punto, los diseñadores suelen optar por probar la configuración en hardware. Mediante el bus de comunicación (normalmente PMBus), toda la información de configuración se envía a los módulos y se almacena en la memoria no volátil (NVM) integrada.
Evaluación y monitorización del hardware
El software moderno de diseño de sistemas de alimentación suele ofrecer mucha más sofisticación y funcionalidad que la simple configuración de los módulos y los parámetros del sistema. A medida que los diseñadores ponen en marcha el sistema para comprobar y ajustar su funcionamiento, la mayoría del software permite una monitorización detallada del rendimiento.
En su nivel más básico, se pueden monitorizar las líneas de tensión, pero generalmente se dispone de mucha más información de los módulos de potencia. Dependiendo del software y los módulos utilizados, los diseñadores podrán monitorizar parámetros como la tensión y la corriente en múltiples puntos, así como la temperatura del módulo, el ciclo de trabajo y la frecuencia de funcionamiento. Estos parámetros se pueden monitorizar de forma continua, y el software avanzado podrá ofrecer una representación gráfica de cada parámetro en función del tiempo, con intervalos de muestreo y duración de monitorización seleccionables, lo que permite a los diseñadores comprender con precisión el funcionamiento del sistema.
Muchos módulos de potencia incluyen circuitos para detectar fallos como sobretensión, sobrecorriente, sobretemperatura, entre otros. El software de diseño de potencia también puede monitorizar estas alarmas y fallos y, mediante los registros paramétricos, los diseñadores pueden comprender el estado exacto del sistema inmediatamente anterior a la falla.
Figura 2: La configuración se puede enviar y leer desde el hardware físico.
El diseño y el desarrollo son, por su propia naturaleza, un proceso iterativo, y el software de diseño de potencia reconoce la necesidad de ajustar y adaptar los diseños para lograr un rendimiento óptimo. Los diseñadores pueden leer los valores almacenados en la memoria RAM de los módulos y, a continuación, realizar ajustes de configuración dentro del software antes de recargar los parámetros ajustados en los módulos y continuar el análisis del hardware físico.
Una vez finalizada la fase de desarrollo y estabilizado el diseño, el software permite escribir la configuración en un archivo de configuración final que puede utilizarse en el entorno de fabricación.
Análisis y evaluación térmica
Hasta hace poco, la única funcionalidad importante que faltaba en el software de diseño de sistemas de potencia era la capacidad de realizar simulaciones térmicas detalladas del diseño. Dado el rendimiento y la densidad de potencia que suelen requerir los sistemas de potencia actuales, la simulación y el análisis pueden garantizar un margen de diseño suficiente en todas las condiciones de funcionamiento.
A principios de este año, Flex Power Modules lanzó recientemente la versión 3.0 de su Software de diseño de energía Flex Esta función incluye de serie un análisis térmico exclusivo. Gracias a esta nueva característica, los diseñadores pueden simular completamente el rendimiento térmico de sus diseños y observar los efectos de modificar parámetros clave como la temperatura ambiente, el grosor del cobre de la placa de circuito impreso y la refrigeración por aire forzado.
La herramienta de simulación proporciona una representación gráfica que muestra las relaciones entre múltiples parámetros, como la temperatura y la corriente de salida, la tensión de entrada o la velocidad del ventilador. Con base en esta información, los diseñadores pueden confirmar que su diseño cumple con las directrices de reducción de potencia y con los requisitos de las agencias de seguridad, lo que reduce el riesgo de fallos en el diseño.