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The story of magnetics in Europe has many important characters including some who have been in the industry since the 80’s. It is impossible to analyze what makes a good design without these people. I’m not referring to the researchers or the brilliant engineers, but rather the individuals who have been looking for the materials, winding the coils and repairing the winding machines.

People of Magnetics

A few weeks ago, I visited Josep Llano and his son, Raimon Llano, who are the owners of Prodin, a Barcelona-based company who distribute “everything” related to magnetics at high and low frequencies.

Mr. Llano worked in a winding house called Avisor for more than 20 years. After that, he left the company and founded Prodin, which provides electrical steel, ferrites and coil formers.

They started attending small manufacturing conferences in 1990 such as Matelec, where they found their first customers from different markets. During this period, the manufacturing conferences had a much greater impact than they have in the modern-day, internet era, since customers would actively look for their suppliers at these events. During the 90’s, every week suppliers were delivering trucks with tons of ferrites to their European customers like Alcatel or big winding houses. They supplied more than 1 million transformer cores every month for the power supply of TVs.

As time went on, they started to include more products in their portfolio, including powder and nanocrystalline cores, varnish and even winding machines. This converted suppliers into a one-stop shop for magnetics customers. 

However, the story of manufacturers in Spain took a turn when relevant companies in the industry decided to move their factories to China and India. This created uncertainty within the industry, and other small manufacturers and competitors began to follow suit by moving their factories to Asia.

Due to the manufacturing process migrating to China, the minimum quantities of projects increased considerably. Josep Llano recalls that ‘’clients who typically had orders of around 1,000 transformers per year were being rejected by these Asian manufacturers since the minimum order quantity was now 50,000 units’’ which left a gap in the market for small, custom companies who could now focus on low volume production. With very tight profit margins, these companies had survived due to their national clients from the Basque, Catalan and Madrid industries. For example, companies such as Indra continue to support national manufacturers which allows them to carefully control the IP rights of their designs along with delivery periods. It is worth noting that deliveries relating to a large order from a Chinese manufacturer not only have to take duties into account, which can increase the cost of a magnetic by up to 25%, but also require a delivery period of several months in some cases.

In this tough economic climate, many companies started to close down. The reduction in national orders, the specialization of the sector and the increase in complexity and competition caused hundreds of factories in Europe to shut down their operations. Josep saw this happen to dozens of his clients and in some cases he bought part of their machinery to repair it.  

However, not all of the sector within Europe suffered. The enormous technological capacity of Europe and it’s engineers paved the way for the creation of companies with a high level of specialization in custom magnetics. For instance, in Játiva in Valencia, the company Jesiva manufactures transformers weighing hundreds of kilos. Also, magnetics from certain markets such as solar and space along with high-quality products continue to be manufactured in Europe.

Nowadays, Mr. Llano is very well-known within Spain since he and his son are not just simple distributors, they solve all problems relating to magnetics on a national scale for small and medium production levels.

Magnetic design process

In order to figure out what makes a good magnetic, let’s define the magnetic design process which is divided into four main steps:

1. Design
2. Build a sample
3. Test
4. Manufacture

Figure 1. Classic magnetic design process

Since each of these steps are closely correlated, it is impossible to work on any one individually. The design must consider the stock of materials and, even more importantly, it should consider the manufacturing stage. For example, you could create a highly efficient design that is impossible to manufacture.

Also, the tests should consider potential risks to the manufacturing process. The curious point here is that in the classical process the manufacturing step is the only phase for which the customer pays.

However, manufacturing is the result of a large amount of complex work which involves many talented people along the way.

In the design stage we find that designers are unable to consider the majority of the existing options in the market since they don’t have access to them, or because they don’t have the necessary data to consider them. In this area (self-promotion warning), Frenetic has a great advantage and we have succeeded in having an enormous stock of materials and shapes, but we also have a great capacity to help those who need rapid assistance. Given that Frenetic uses AI technology, it continues learning to use new core shapes and materials and the technology is enriched by the supply of ferrites that we receive from manufacturers such as Ferroxcube. There are other names here such as Ferroxcube, or better, Óscar Perez, David Castillo, Mauro Marchesi, Marcin Krolak, etc. They have more than 100 years of experience in manufacturing and selling the ferrites created by Philips and remain one of the main players in the market today.

When we move from the design phase to building the sample, we realise that 50% of the problems during the construction of magnetics arise from the design phase. For example, if we take an optimistic estimation of the window and the complexity of the bobbin strategy, this may make us discard the initial design and have to return to the beginning of the process. 

Figure 2. Design imposible to be manufactured

Once we have built the sample, next comes the step where the majority of magnetics die: the testing phase.

In my opinion, this is where a good magnetic makes all the difference. Until now, the problems have been related to stock and the manufacturing instructions included in the design for an appropriate construction, which you can learn. But when you connect a magnetic to the power supply and the temperature starts to rise, it is as if it were connected to the hell itself. Who are you going to call then? Óscar Pérez from Ferroxcube? Or your managers to ask them if you can include a superfan in the OBC? 

The only solution here, apart from writing a question on Ridley’s Facebook group, is to use technology. That is exactly why we created Frenetic.

Even after these issues have been resolved, the process is not over. Next, we move onto the manufacturing stage, which means creating all of the necessary documents so the magnetic can be manufactured, whether for just one unit or for one million. In Figure 3, we can see an example of a design, including the manufacturing instructions, BOM, winding strategy and performed tests.

Figure 3. Transformer drawings, including winding strategy and instructions.

These instructions are key for manufacturing companies to be able to prepare a production line, which is an area I will not cover in greater detail here.

The considerations above have led me to ask myself again: ‘What makes a good design?’ And more importantly: ‘Who can provide a good design?’

Whilst the answer to the question is highly complex, a good design should: reach the expected efficiency; have a logical price; be the specified size and comply with the expected timeline. The crucial aspects to achieve this are the engineer who defines the specs, the design process itself and the winding houses.

I believe that there is a need to work more closely with the client in order to define the right specifications and to comply with timelines. However, the most important area is to be precise in the design and to be able to manufacture samples and test them in real conditions, finally giving the specific instructions to the winding houses, and completing the whole process in days. 

To return to my previous question about what makes a good design, we are likely to see many different opinions about this during this year’s PSMA Workshop. Some will discuss the importance of using complex mathematical models or customized core shapes. We will also learn about the direction in which the industry is heading. In this topic, Alex Gerfer from WE, has a lot of interesting points.

At Frenetic, we believe that the solution is the appliance of AI to magnetics, and we are traveling along this path. 

Lastly, and related to the topic of my next article, I would like to pose the following questions: Which features does a winding house need to be considered optimal? Which winding houses have the same status in the magnetics industry as Rafael Nadal in the world of tennis?

La importancia de los semiconductores

La revolución que viene con los vehículos eléctricos me recuerda a la que hubo con la llegada de los ordenadores personales a los hogares. Era invierno en 1996, yo tenía 10 años  y en mi casa había un 386 de IBM. No todo el mundo tenía interés, pero empezó a surgir un gran grupo de gente que se interesaba por la tecnología de estos PCs, con palabras como microprocesador, memoria RAM, o disco duro siendo comunes.

Con la llegada del vehículo eléctrico, empezará a pasar igual con los motores eléctricos y la electrónica que los mueve, así como los cargadores. Palabras como cargador de pared que realiza la carga con corriente alterna (AC de sus siglas en inglés) o de carga rápida en continua (DC, de sus siglas en inglés), y  empezar hablar de kilovatios (kW) para hablar de la potencia de los coches o los cargadores, vatios hora…pero al final de todo, lo que marcará la diferencia, junto con las baterías, serán los semiconductores, concretamente transistores y diodos. 

El vehículo eléctrico por dentro

En primer lugar, ¿qué es un vehículo eléctrico? Ya existen artículos donde podréis averiguar detalles de los modelos ya a la venta, aquí sólo comentaremos arquitecturas internas básicas. Un VE puro (Los híbridos son iguales, pero además siguen llevando un motor de combustión) consta de un motor eléctrico, que es alimentado por un inversor DC/AC, que saca la energía de una batería (en las baterías la energía se almacena en continua (DC). La batería se carga desde un cargador, que podemos conectarlo directamente desde la red eléctrica de casa (AC) a través del OBC (On board Charger) o con carga rápida (DC) usando un cargador de alta potencia, llamado rectificador, por convertir la energía alterna en continua (AC/DC). La carga inalámbrica, aún poco común en turismos, funciona igual que en un teléfono, a través de un transformador envía la energía a través de un campo magnético que se recibe en el coche directamente.

Tanto el inversor que alimenta al motor, como el rectificador que hace de cargador son básicamente conversores de energía formados por una serie de semiconductores. Los semiconductores (transistores y diodos) comportándose como interruptores de energía están constantemente conmutando miles de veces por segundo (a centenas de kHz). 

Figura 1. Arquitectura interna de un vehículo eléctrico

Y como podéis imaginar, si lo que maneja la energía son estos semiconductores…de ellos depende en gran parte lo potente que sea vuestro coche. Por eso, la industria de los semiconductores está compitiendo ferozmente por crear los semiconductores de cada modelo, de cada marca. 

Las tecnologías de los fabricantes de semiconductores se dividen entre las más clásicas, como MOSFET (siglas) y IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) y las más modernas como GaN (Galium Nitrode) y SiC (Carburo de Silicio). 

Figura 2. Tecnologías de transistores MOSFET y GaN

En la figura anterior podéis observar la diferencia de tamaño entre un MOSFET y uno basado en GaN. Como podéis imaginar, si los ingenieros pudieran reducir los tamaños, manteniendo los mismos niveles de potencia, estaríamos ante las posibilidades de manejar potencias muy altas con pesos y tamaños de la electrónica muy reducidos.

Compañías como Texas Instruments, EPC o Infineon, presentan en congresos como el APEC sus novedades y hacen demostraciones a los miles de ingenieros que acuden a este evento. 

El rol español en el vehículo eléctrico

El mercado español en la electrónica referente a la automoción es muy importante, tanto desde el punto de vista de investigación como de desarrollo. La cantidad de escuelas de ingeniería con centros de investigación especializados en la electrónica de alimentación en España es muy significativa, destacan la UPM y Carlos III en Madrid, Universidad de Zaragoza, Universidad de Oviedo, de Valencia, la UPC o la Pompeu Fabra en Barcelona. En ellas, podemos encontrar investigadores que han formado parte de la historia de la tecnología, como Javier Uceda, Javier Sebastian, Esteban Sanchís o Pablo Zumel. 

Figura 3. Javier Sebastián y Javier Uceda en el congreso PESC en 1988 en Kyoto

Todos estos investigadores, también tienen la tarea de formar a los ingenieros del mañana que ocupan las posiciones en las empresas que en España desarrollan la electrónica de los vehículos eléctricos. Una de las más destacadas, es la americana Lear Corporation que en su sede en Valls, Tarragona, llevan más de 20 años desarrollando electrónica para la automoción, liderando el desarrollo de OBC (Cargadores a bordo). La española Ficosa, actualmente parte del grupo Panasonic, también ha sido un referente en este mercado.

Y si miramos hacia fuera, vemos multitud de españoles liderando grupos de investigación de electrónica por el mundo, tanto en el mundo privado como académico. Tanto es así, que es habitual escuchar el castellano en los congresos especializados. Especialmente en APEC, el más importante de electrónica de alimentación en el mundo, donde se dan cita los investigadores y empresas más importantes a contar sus avances.

Figura 4. Fernando Carpintero (Crisa) en un keynote en APEC 2020 en California

El gol de Iniesta, nos hizo campeones del mundo, uno de los momentos más importantes de la historia reciente de España a nivel social. Fue algo que la sociedad española deseaba e incluso necesitaba. Todos empujamos aquel balón contra la red. Y si también nos ilusionara conseguir un premio Nobel? No sería maravilloso?
Tenemos todos los ingredientes. Talento, un espacio científico relativamente maduro, una conexión directa con América y con Europa. El apoyo de la UE.
Claro, ahora vendrán los peros…es que no invertimos suficiente, es que la fuga de cerebros…
¿Y si nos dejamos de excusas y simplemente, empezamos a hablar de ello?
Podemos empezar por hablar de tecnologías desarrolladas en España. Somos uno de los países con más infraestructura de transplantes del mundo.
Pero si me centro en lo que más conozco, electrónica, somos uno de los países que más talento reparte por todo el mundo a nivel científico.
La industria aeroespacial en España es brillante.
Algunas de las startups de espacio más relevantes, como PLD space, son españolas.
Un grupo de estudiantes de valencia, son finalistas en el hiperloop de Elon Musk.
¿No creéis que si empezamos a conversar sobre las deep tech españolas, quizás se animen más? Creo en el talento español y creo en un ecosistema tecnológico
Español, donde las grandes corporaciones no dejen escapar grandes desarrollos y que empresas americanas compren lo que hemos desarrollado aquí.
No creo que sea algo que tenga que venir desde los gobiernos solo, sino de todos los que creamos en ello.

• La caja de plata- Luis Alberto de Cuenca
• Los cantos de cada cual- María Eloy García
• Las personas del verbo- Jaime Gil de Biedma

• Palos de ciego – David Torres
• El viejo y el mar- Ernest Hemingway

• El principe moderno- Pablo Simón
• La superioridad moral de la izquierda- Ignacio Sanchez Cuenca

Have you ever substituted a GaN transistor from a PCB? If the answer is Yes, you know what I am talking about. If it is not your case, you are a lucky guy and this can be very interesting for you.

In Figure 1 you can appreciate the size of a GaN transistor from EPC. As you can see, they are really small, therefore, they are not as simple to substitute as a TO-247. However, they can give you a better performance in your circuit.

Figure 1. GaN device from EPC

(http://epc-co.com/epc/Products/eGaNFETsandICs/EnhancementModeMonolithicHalf-Bridge.aspx)

Substituting GaN transistors after breaking any of them used to be a headache for engineers. Sp Control, together with the UAM University, has a solution: emulation of power converters.

The Emulation of systems is very common in big scale system, like medium and high voltage electric grids or motor control, known as Hardware in the Loop (HIL), but it is not very common at circuit level due to the difficulty of achieving high resolution of the analysis. Sp has developed a technology that will allow you to emulate classical converter behavior at high frequency to ensure the functionality of your circuit before using the real one.

Figure 2 Control instability is a very common problem during the close loop test

Most of the problems appear closing the control loop, where load steps can create instabilities, provoking electrical problems. With our emulator, you can test your control under safe conditions. Removing GaN devices will not frustrate you by using this amazing technology.

Hace un tiempo que no escribía nada y la razón principal ha sido mi propia ignorancia. He escrito varias cosas sobre temas delicados, como las controversias en España y su bandera, las dos Españas y los prejuicios crónicos en el territorio español.
Pero después de revisarlo con expertos, descubrí, que no todos podemos escribir u opinar de todo, sobretodo si es de algo que no somos expertos. Es algo que me llevó a leer el libro «La desfachatez intelectual» de Ignacio Sanchez Cuenca, donde se presentan algunos ejemplos de cómo «los intelectuales españoles», principalmente todos ellos, literatos, mostraban su opinión sin apenas informarse sobre un tema.Y así nos va, los lectores asíduos de éstos, se impregnan diariamente de píldoras de narradores de historias que distan muy poco del que pretende ser entrenador de futbol nacional en el bar de la esquina. Dicho esto, he decidido escribir sólo de lo que sepa que pueda tener certeza de su veracidad.

No quiero que estas líneas se lean con el ceño fruncido, al revés, con una sonrisa, que produce arrugas más sanas y tampoco estamos aquí para refunfuñar sobre todo. Para dejaros con un buen sabor de boca, voy a escribir un poema que escribí en Tamariu, un pueblo de la costa de Girona donde disfruté de unos días de descanso. Espero que os guste.

La singularidad es una ventana de madera
acoplada a una pared blanca.
Rozan la ventana
las acículas de un pino
que yace en la tierra
con sus raíces amenazadas por el mar.
En la poyata de la ventana
reposa arrenilla marina
o quizás restos de pintura.
A la cornisa se agarra una cuerda
de la que tienden
una toalla y un biquini negro
Aún están húmedos
y se puede ver el brillo
del sol en las costuras
Desde dentro, se abre la ventana
y aparece una chica
y desde el fondo de la estancia
Salvador Dalí la inmortaliza
en su muchacha de la ventana

Es un grito. Un verso elemental y complejo. Es la belleza de un instante sobre una hoja de papel.
Así es la poesía de Andrés García en su nuevo libro, «Puntos de No retorno».
LLevo leyendo a Andrés desde hace 8 años. Fuentealamero (Como yo), Rockerman (Como yo) y un erudito de las letras (Como pocos). He seguido su obra, buscado los libros pérdidos de sus inicios y esperado los nuevos con anhelo, cuando aún a mitad de su carrera como escritor y poeta, puedo decir, que es mi poeta contemporáneo favorito.
Probablemente no venda 100.000 libros de su última obra como hacen los famosos poetas de twitter. Pero después de haber leído a ambos, puedo decir, que aunque vendan 100.000 libros, apenas en 100 páginas consiguen elevar mi pulso arterial dos veces.

Sin embargo, cuando leo un poemario de Andrés, voy notando como me va abrazando, me va enganchando, con belleza, con dolor o con nostalgia. Poco a poco, te va alterando el pulso, con momentos de gran intensidad. Sus poemas, siempre te llevan por un viaje lleno de emociones que no deja lugar a la indiferencia.
En este último libro (lo podéis comprar aquí) nos lleva por poemas como «Petite Morte», desafiando a su propia belleza o «Ramones», un poema que me hace imaginar a un Andrés rockero, con melena y una camiseta negra de los ramones.
Termino este post con uno de los poemas de este libro, que más me han gustado. Disfrutadlo.

Image From http://www.kickstarter.com

Estamos en un ciclo de software, donde aún se le puede sacar mucho partido al hardware actual?  Está la sociedad preparada para el salto hacia las ciudades inteligentes y casas inteligentes?