El convertidor CC/CC de corriente limitada simplifica las fuentes de alimentación USB

Muchos dispositivos portátiles Universal Serial Bus (USB) se alimentan a sí mismos desde el host USB o la fuente de alimentación del concentrador cuando se conectan al puerto USB. Se deben cumplir varios requisitos para garantizar la integridad del bus: la especificación USB dicta que la capacitancia de entrada de un dispositivo debe ser inferior a 10 µF para minimizar las corrientes de entrada cuando el dispositivo está conectado al puerto USB; cuando se conecta por primera vez, el dispositivo debe consumir menos de 100 mA del puerto y, para dispositivos de alta potencia, la corriente extraída del puerto puede aumentar a 500 mA solo después de que el controlador USB le dé permiso para hacerlo. Estos requisitos se pueden cumplir fácilmente con el convertidor CC/CC LT1618, que proporciona un control de corriente de entrada preciso, ideal para aplicaciones USB. El LT1618 combina un circuito de retroalimentación de voltaje tradicional con un circuito de retroalimentación de corriente único para operar como una fuente de voltaje constante y corriente constante.

Además de proporcionar un límite de corriente de entrada preciso, el LT1618 también se puede utilizar para proporcionar una corriente de salida regulada con precisión para aplicaciones de fuente de corriente. La conducción de LED blancos es una aplicación para la que el dispositivo es ideal. Con un rango de voltaje de entrada de 1,6 V a 18 V, el LT1618 funciona con una variedad de fuentes de entrada. La clasificación del interruptor de 36 V permite que se generen voltajes de salida de hasta 35 V, manejando fácilmente hasta ocho LED blancos en serie. La frecuencia de conmutación de 1,4 MHz permite el uso de inductores y condensadores de bajo perfil que, junto con el paquete MSOP-10 del LT1618, ayuda a minimizar el área de la placa.

La Figura 1 muestra un convertidor elevador de 5 V a 12 V ideal para aplicaciones USB. El convertidor tiene un límite de corriente de entrada seleccionable de 100mA/500mA, lo que permite cambiar fácilmente el dispositivo entre los modos USB de baja y alta potencia. La eficiencia, que se muestra en la Figura 2, supera el 85%. Si la carga exige más corriente de la que el convertidor puede proporcionar con la corriente de entrada limitada a 100 mA (o 500 mA), el voltaje de salida simplemente disminuirá y el LT1618 funcionará en modo de corriente constante. Por ejemplo, con un límite de corriente de entrada de 100 mA, se pueden proporcionar unos 35 mA a la salida de 12 V. Si la carga aumenta a 50 mA, el voltaje de salida se reducirá a aproximadamente 8 V para mantener una corriente de entrada constante de 100 mA.

A diferencia de los convertidores elevadores, los SEPIC (convertidores de inductancia primarios de un solo extremo) tienen una salida que está aislada de CC de la entrada, por lo que un límite de corriente de entrada no solo ayuda a iniciar suavemente la salida, sino que también proporciona una excelente protección contra cortocircuitos. El convertidor SEPIC de 5 V que se muestra en la Figura 3 es ideal para aplicaciones que necesitan que el voltaje de salida llegue a cero durante el apagado. El límite de corriente de entrada preciso garantiza el cumplimiento del dispositivo USB incluso en condiciones de falla de salida. La Figura 4 muestra la característica de arranque del convertidor SEPIC con una carga de 50mA. Al limitar la corriente de entrada a 100 mA, la salida se inicia de forma suave, aumentando suavemente y sin sobrepasar su valor final de 5 V. La Figura 5 muestra que la corriente de entrada no supera los 100 mA incluso con la salida en cortocircuito a tierra (por lo tanto, la forma de onda de voltaje de salida plana en la foto del osciloscopio). La eficiencia se muestra en la Figura 6. Este convertidor también tiene un límite de corriente de entrada seleccionable de 100 mA o 500 mA, lo que lo hace ideal para aplicaciones USB de alta potencia.

El circuito de la Figura 7 es capaz de controlar seis LED blancos desde una sola celda de iones de litio. El brillo del LED se puede ajustar fácilmente usando una señal modulada por ancho de pulso (PWM), como se muestra, o usando un voltaje de CC para impulsar el I_AJUSTAR Pin directamente, sin el filtro de paso bajo R3, C3. Si no se necesita control de brillo, simplemente conecte el I_AJUSTAR clavija a tierra. El voltaje de salida típico es de aproximadamente 22 V y el divisor de salida R1, R2 establece el voltaje de salida máximo en alrededor de 26 V para proteger el LT1618 si se desconectan los LED. El bucle de corriente constante del LT1618 regula 50 mV a través de la resistencia de detección de 2,49 Ω, configurando la corriente del LED en 20 mA. La eficiencia de este circuito, que se muestra en la Figura 8, supera el 70 %, lo que es significativamente más alto que las eficiencias del 30 % al 50 % que se obtienen cuando se usa una bomba de carga para la unidad LED. No fluye corriente en los LED cuando el LT1618 está apagado. Sus altos voltajes directos evitan que se enciendan, lo que garantiza un verdadero apagado de baja corriente sin fugas excesivas de batería o salida de luz.

Para pantallas LCD más grandes donde se necesita una mayor cantidad de salida de luz, se pueden controlar varias cadenas de LED en paralelo. Al conducir cadenas paralelas, se deben agregar resistencias de balasto para compensar las variaciones de voltaje directo del LED. La cantidad de balasto necesaria depende de los LED utilizados y qué tan bien se combinan. El circuito de la Figura 9 es ideal para pantallas más grandes, ya que proporciona un impulso de corriente constante para veinte LED blancos desde una sola celda de iones de litio. La eficiencia alcanza un respetable 82%, como se ve en la Figura 10.

La operación de corriente constante/voltaje constante del LT1618 hace que el dispositivo sea una opción ideal para una variedad de diseños de corriente constante. El dispositivo proporciona una regulación precisa de la corriente de salida o una limitación de la corriente de entrada, junto con una excelente regulación del voltaje de salida. Con un amplio rango de voltaje de entrada y la capacidad de producir salidas de hasta 35 V, el LT1618 funciona bien en muchas aplicaciones diferentes.

Referencias

¹ Kim, Dave. "Los reguladores diminutos impulsan la retroiluminación LED blanca". Nota de diseño de tecnología lineal 231 (mayo de 2000).