Introducción

Los controladores y variadores de velocidad de motor reforzados contra la radiación (radhard) son productos especializados, diseñados para funcionar de forma fiable en entornos de alta radiación: espacio (satélites, vehículos de lanzamiento, sondas planetarias), centrales nucleares, física de alta energía/aceleradores de partículas y sistemas de defensa. Estos controladores deben soportar la dosis ionizante total (DIT), los efectos de evento único (EEE), los daños por desplazamiento y mantener su rendimiento a temperaturas extremas, vacío, etc.

Se prevé que el tamaño del mercado de controladores de motores y variadores de velocidad reforzados con radiación alcance los 111,38 millones de dólares estadounidenses en 2031, frente a los 84,95 millones de dólares estadounidenses de 2023. Se proyecta que el mercado crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 3,4 % durante el período de pronóstico de 2023 a 2031.

Segmentos clave

Por tipo

Controlador de motor

Accionamiento por motor

Por motor de accionamiento

Variador de frecuencia CA

Accionamiento de CC

BLDC

Por aplicación

Exploración espacial

Militar y Defensa

Centrales nucleares

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Factores y estrategias de crecimiento del mercado

Creciente exploración espacial y espacio comercial

El uso creciente de constelaciones de satélites, misiones a la Luna y a Marte, sondas de "espacio profundo", fabricantes de vehículos de lanzamiento comerciales y programas espaciales del sector privado requieren controladores de motores más compactos, más livianos y resistentes a la radiación.

Inversiones y modernización en energía nuclear

La remodelación de plantas nucleares antiguas, la construcción de pequeños reactores modulares (SMR) y la automatización del mantenimiento en áreas con alta radiación están aumentando la demanda de discos duros RAD.

Necesidades de defensa y seguridad nacional

Los sistemas que deben operar en entornos de amenazas nucleares o radiológicas requieren estos componentes reforzados.

Miniaturización, problemas de SWaP (tamaño, peso, potencia)

En los satélites en particular, existe una intensa necesidad de poner más funciones en menos chips o módulos, ahorrando masa y mejorando la confiabilidad.

Avances en tecnologías de materiales y semiconductores

Empleo de silicio sobre aislante (SOI), diseños tolerantes a fallos, empaquetado avanzado, FET de GaN, sensores de retroalimentación mejorados, etc.

Tendencias futuras

Soluciones de chip único altamente integradas

Para minimizar el SWaP, los diseñadores integran múltiples funciones, como control de motores, detección de posición, retroalimentación y electrónica de accionamiento, en un único circuito integrado (CI). Por ejemplo, el LX7720 de Microchip integra la mayoría de las funciones de control de motores y detección de posición en un único CI de señal mixta reforzado contra la radiación para aplicaciones satelitales.

Mayor tolerancia a la radiación y niveles de calificación

La industria está impulsando las capacidades de TID (cientos de krad, MGy), mejorando la inmunidad SEE y ofreciendo un empaque hermético y robusto. Además, se están implementando más dispositivos con encapsulado plástico y tolerancia a la radiación para aplicaciones menos exigentes, pero aún críticas (satélites pequeños, etc.), a un menor costo. Renesas ha desarrollado controladores FET de GaN y controladores PWM con encapsulado plástico y tolerancia a la radiación.

Empleo de FET de GaN y dispositivos eficientes

Para una mayor eficiencia, una conmutación más rápida y formatos reducidos, los dispositivos GaN combinados con discos duros de alta calidad son cada vez más esenciales. Los controladores GaN de Renesas son solo un ejemplo.

Actores clave y desarrollos recientes

Tecnología Microchip Inc.

Controlador de motor reforzado con radiación LX7720: Microchip presentó el LX7720, un circuito integrado controlador de motor de señal mixta altamente integrado, utilizado en satélites. Integra características como múltiples controladores MOSFET (medios puentes), sensores de corriente diferencial, controlador de transformador de resolver, entradas de detección de resolver, interruptores de límite, etc. Está homologado para una dosis ionizante total (TID) de 100 krad, un ELDRS de 50 krad y es inmune a eventos individuales.

Familia de MOSFET de potencia resistentes a la radiación (serie JANS/JANSF): Microchip finalizó su gama de MOSFET de potencia resistentes a la radiación en abril de 2025, según el estándar MIL PRF 19500/746. Un dispositivo interesante es el JANSF2N8587U3 (MOSFET de canal N de 100 V), homologado para una TID de 300 krad (Si). La familia abarca dispositivos desde ~100-250 V (con una TID inferior) hasta valores nominales de TID superiores. Estos MOSFET se pueden aplicar en controladores de motores, preetapas de control, convertidores CC/CC, etc.

MACCON GmbH & Co. KG

Motores paso a paso reforzados contra la radiación: Fabricamos motores paso a paso para entornos irradiados (por ejemplo, centrales nucleares y aplicaciones científicas). Los motores están disponibles con o sin retroalimentación de resolver (operación en lazo abierto o cerrado). Los componentes no metálicos y los sensores de retroalimentación están diseñados específicamente para resistir la degradación por radiación gamma   u otros tipos de radiación.

Tecnología de accionamiento para el Telescopio Gigante de Magallanes (GMT): A principios de 2024, MACCON recibió un contrato para suministrar los accionamientos del eje primario del GMT (azimut y elevación). Se trata de desarrollos de accionamiento directo, sin engranajes, que tardaron varios años en materializarse. Si bien no todos son controladores de motor resistentes a la radiación, el entorno operativo del telescopio (por ejemplo, gran elevación, posiblemente rayos cósmicos) y los requisitos de precisión exigen una fiabilidad mecánica y electrónica extremadamente alta.

Corporación Electrónica Renesas

Controladores MOSFET de medio puente IS 2100AEH / IS 2100ARH: Son circuitos integrados controladores MOSFET de medio puente de canal N de 130 V para alta frecuencia. Están reforzados contra la radiación, con un TID de hasta 300 krad (Si), homologados por QML (MIL PRF 38535), con inmunidad al enganche y protección SEU. Son aplicables a etapas de control de motores de CC y otras cargas de conmutación inductivas en el espacio.

Controlador de medio puente GaN ISL71441SLHMRZ: Controlador FET GaN de medio puente de 12 V para conmutación CC/CC eficiente de alta frecuencia. También se puede utilizar en los frontales de controladores de motores. Compatible con controladores FET GaN para mayor eficiencia, etc.

Controlador de corriente ISL72814SEH de 16 canales: Controlador de disco duro Rad con decodificador integrado para aplicaciones de comando satelital y telemetría. Pulsos de corriente de salida para conmutación de RF, solenoides, relés, motores (p. ej., paneles solares inclinables), etc. Contribuye a la reducción de espacio ocupado/SwaP al combinar varias funciones en un solo circuito integrado.

Oportunidades

"Nuevo espacio" / Auge de los satélites pequeños

La mayoría de las empresas que despliegan constelaciones de satélites pequeños necesitan controladores/unidades de control fiables, económicos y con tolerancia a la radiación. Existe margen para diferenciarse en cuanto a coste, integración, ligereza y eficiencia energética.

Instalaciones de investigación científica

Los aceleradores de partículas, los reactores de fusión, los grandes experimentos de física (ITER, etc.) exigen movimientos de precisión bajo radiación.

Productos personalizados/a medida

La mayoría de las aplicaciones tienen necesidades específicas (par, retroalimentación, vida útil, dosis de radiación, etc.), por lo que se agradece la personalización.

Mejores procesos y empaquetado de semiconductores

Utilizando tecnologías más nuevas, fabricación mejorada (SOI, GaN, etc.), empaquetado hermético y procesos de calificación para mejorar el rendimiento y reducir los costos.

Desafíos / Restricciones

Altos gastos de desarrollo y calificación y largo tiempo de comercialización.

Componentes costosos, particularmente para especificaciones TID/SEE altas, empaque hermético.

Restricciones en la cadena de suministro, pocas casas de fabricación de semiconductores con capacidad de alta resistencia a la radiación.

Resistencia en ciertos mercados comerciales a pagar una prima a menos que la necesidad sea evidente.

Direcciones futuras

Soluciones cada vez más integradas con motor, controlador, retroalimentación y control agrupados en módulos individuales o circuitos integrados.

Controladores que emplean semiconductores de banda ancha (GaN, SiC) para mayor eficiencia y densidad de potencia, calificados para ambiente de radiación.

Algoritmos de control adaptativo/IA integrados para rastrear la degradación de la radiación y adaptar las operaciones.

Arquitecturas de unidades modulares y escalables para soportar múltiples regímenes de potencia/par.

Conclusión

Se prevé que el mercado de controladores y variadores de motor resistentes a la radiación experimente un sólido crecimiento en la próxima década. Factores como el aumento de las misiones espaciales, la inversión en la industria nuclear, las necesidades de defensa y la demanda de "nuevos espacios" impulsan la demanda de variadores de motor resistentes a la radiación eficientes, compactos y fiables.

Sin embargo, los desafíos en materia de costos, calificación, cadena de suministro y el rápido avance de la tecnología implican que las empresas deben seguir centradas en la I+D, las asociaciones, la calificación y el cumplimiento de los requisitos de los casos de uso reales.

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Cuál es la diferencia entre "resistente a la radiación" y "tolerante a la radiación"?

La resistencia a la radiación generalmente implica un diseño, materiales, embalaje y certificación muy herméticos para soportar altas dosis (TID alta), alta inmunidad SEE y, en ocasiones, un embalaje hermético. La tolerancia a la radiación podría ser menos exigente (TID más baja, entorno de radiación menos agresivo), quizás un menor coste, posiblemente un embalaje de plástico, etc.

¿Cuánta radiación deben poder sobrevivir estos controladores?

Depende de la aplicación. Las misiones espaciales pueden requerir 50-300 krad (Si) o más, ocasionalmente hasta niveles de MGy para ciertas piezas mecánicas. Algunos motores (como los de MACCON) están calificados para > 30 MGy.

¿Cuáles son los tipos de motores comunes que se utilizan con los controladores RAD Hard?

Motores paso a paso, motores de CC sin escobillas, motores de CC con escobillas, híbridos. Ocasionalmente, con bucles de retroalimentación como resolvers o codificadores ópticos (aunque los ópticos son más sensibles a la radiación). El control de bucle cerrado aumenta la precisión.

¿Por qué es necesario el embalaje hermético?

El sellado hermético protege contra la contaminación, el agua y la desgasificación, y garantiza la estabilidad de las condiciones internas. También es útil en temperaturas extremas y en condiciones de vacío, y puede mejorar la fiabilidad bajo radiación.

¿Cómo califican las empresas los controladores/variadores de motores para la radiación?

Se someten a pruebas de dosis ionizante total (DIT), daño por desplazamiento, perturbaciones por evento único, bloqueos, etc. También cumplen con las normas militares o aeroespaciales (p. ej., MIL PRF, QML y otras normas específicas de la agencia). Las pruebas se realizan en laboratorios acelerados y mediante la validación de la misión.