Condensador de derivación y acoplamiento: Estabilizar la tensión de forma correcta

Los condensadores de derivación son necesarios con frecuencia en el desarrollo de la electrónica. La figura 1 muestra un regulador de conmutación que puede generar una tensión inferior a partir de una tensión superior. En este tipo de circuito, el condensador de derivación (CBYP) es especialmente importante. Debe transportar las corrientes de conmutación en la ruta de entrada para que la tensión de alimentación sea lo suficientemente estable para el funcionamiento.

Figura 1: Regulador de conmutación ADP2441 con condensador de bypass CBYP en la entrada.

Dado que el condensador de entrada de un convertidor buck forma parte de las rutas críticas (bucles calientes) de esta topología, CBYP debe conectarse con la menor inductancia parásita posible. Por lo tanto, la colocación de este componente es importante. La parte izquierda de la figura 2 muestra una disposición que no es muy útil. Las trazas finas se dirigen al condensador de derivación. La corriente que circula por el convertidor de tensión tampoco fluye directamente desde el condensador de derivación. El condensador de derivación sólo se conecta con contactos finos adicionales. Esto aumenta la inductancia parásita del condensador y reduce la eficiencia de este componente. En la parte derecha de la figura 2 se puede ver una propuesta de disposición en la que la eficiencia del condensador de derivación es muy alta. La conexión se realiza con una inductancia parásita muy baja. También se puede ver que el pinout del componente soportado, por ejemplo un regulador de conmutación, tiene un efecto sobre las opciones de diseño de la placa. En la parte derecha de la Figura 2, el VEN y los pines GND están más juntos que en el ejemplo malo del lado izquierdo. Esto da lugar a un área de bucle más pequeña entre el condensador de derivación y el CI.

Figura 2: Condensador de derivación conectado de forma desfavorable (izquierda) y ventajosa (derecha).

Como los condensadores de derivación deben conectarse con la menor inductancia parásita posible, se recomienda colocarlos en el mismo lado de la placa que el regulador de conmutación. Sin embargo, hay aplicaciones en las que el desacoplamiento con un condensador de derivación sólo es posible en la parte inferior de la placa. Por ejemplo, cuando no hay espacio suficiente para un gran condensador de desacoplamiento. En estos casos, se utilizan vías para conectar el condensador. Desgraciadamente, tienen algunas nanoherencias de inductancia parásita. Para mantener esta impedancia de conexión lo más baja posible, se dan varias propuestas de conexión, como se muestra en la figura 3.

Figura 3. Cuando los condensadores de derivación se conectan con vías, hay varias opciones.

La versión A no es especialmente ventajosa. En este caso, se utilizan trazos finos entre las vías y el condensador de derivación. Dependiendo de la ubicación de las vías que se apoyan en el otro lado de la placa, la disposición geométrica también puede provocar un aumento de la inductancia parásita. En la versión B, las vías se acercan al condensador de derivación, lo que supone una conexión mucho mejor. Además, se utilizan dos vías en paralelo. Esto reduce la inductancia total de la conexión. La versión C es una conexión muy buena en la que el área del bucle para la conexión puede ser muy pequeña, por lo que sólo hay una cantidad muy pequeña de inductancia parásita. Sin embargo, con los condensadores de derivación muy pequeños y los procesos de fabricación de bajo coste, no es posible ni admisible que haya vías bajo los componentes.

El ejemplo D puede ser una conexión interesante. Dependiendo de cómo se diseñe un condensador de derivación cerámico concreto, la conexión lateral a la placa puede representar la ruta con la menor inductancia parásita.

La colocación de los condensadores de derivación en la placa es muy importante para obtener la mayor eficiencia posible de estos componentes. Aquí es importante una conexión con la menor inductancia parásita posible. La conexión más adecuada utiliza el mismo lado de la placa que el circuito bajo carga, como se muestra en la figura 2. En los casos excepcionales en los que se requiera la conexión del condensador de derivación a la parte trasera de la placa, debe elegirse una conexión con una inductancia parásita lo más baja posible, como se muestra en los ejemplos B, C y D de la Figura 3.

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