Conversión de la tensión en niveles de energía bajos

Este artículo presenta una nueva clase de convertidores CC-CC, un ejemplo de los cuales es el LTC3336. Sólo consume unos 65 nA de corriente en modo de espera, lo que lo hace ideal para sistemas alimentados por batería.

La eficiencia de la conversión es una característica clave de los convertidores de potencia. Los reguladores de conmutación habituales para la conversión descendente (convertidores buck) suelen tener eficiencias de conversión entre el 85% y el 95%. El rendimiento que se consigue depende en gran medida de la tensión de alimentación disponible y de la respectiva tensión de salida que se genere, así como de la corriente de carga necesaria. Sin embargo, muchas aplicaciones requieren un tipo concreto de eficiencia de conversión para el que existen soluciones especiales de reguladores de conmutación. Estos despliegues requieren convertidores optimizados para una baja potencia de salida. Los sistemas que funcionan con baterías y que están siempre encendidos suelen necesitar consumir una cantidad muy pequeña de corriente en modo de espera. Algunos ejemplos son los sensores que miden las vibraciones de los puentes o detectan los incendios forestales. En estos casos, es importante que la descarga de la batería sea baja durante largos periodos. Esta propiedad es especialmente importante en los sistemas que dependen de cosechadoras de energía como fuentes de alimentación.

Estos sensores suelen estar también conectados por radio a otros dispositivos. Los puntos de nodo individuales, que suelen estar alimentados por la recolección de energía o por baterías, están conectados para transmitir señales a través de múltiples puntos de nodo y a largas distancias. Estos nodos radioeléctricos individuales deben estar siempre a la escucha de las señales en una especie de «modo de reposo» y luego, cuando se produce la señal correspondiente, pasan a un modo de funcionamiento con mayor consumo de energía y propagan las señales correspondientes.

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Figura 1: Un sistema con un sensor que se alimenta constantemente con una pequeña cantidad de energía, por ejemplo, para poder detectar un incendio forestal.

Con el LTC3336 se introduce una nueva clase de convertidores CC-CC. Mientras que el
se genera la tensión de salida y hay una pequeña carga en la salida, sólo consume unos 65 nA de corriente en modo de espera
65 nA de corriente en modo de espera. La figura 2 muestra un ejemplo de circuito compacto
que genera una tensión de salida de 2,5 V a partir de un VEN de aproximadamente 7 V.

Figura 2. El convertidor buck LTC3336 con una corriente de reposo de sólo 65 nA para generar una tensión de salida de 2,5 V.

Como es habitual en este tipo de convertidores de tensión, la tensión de salida no se ajusta mediante un divisor de tensión resistivo. Esto desperdiciaría demasiada energía. Para permitir el ajuste de diferentes tensiones de salida, el
para poder ajustar diferentes tensiones de salida, se utilizan los pines OUT0 a OUT3. Según el cableado de estos
dependiendo del cableado de estos pines, la tensión de salida se puede ajustar en pasos entre 1,2 V y 5 V.

En muchas aplicaciones de captación de energía, la fuente de alimentación debe estar protegida de cargas de corriente excesivas. Algunas baterías o recolectores sólo pueden suministrar una cantidad limitada de corriente. Si se sobrepasa este límite de corriente específico, la tensión se desplomará o, en algunos casos, incluso se pueden producir daños. Por tanto, tiene sentido limitar el consumo de corriente del convertidor de potencia. El LTC3336 puede limitar la corriente de entrada en pasos ajustables entre 10 mA y 300 mA. Esta limitación de la corriente de entrada es similar a la de la tensión de salida, ya que puede ajustarse mediante el cableado adecuado de los pines IPK0 e IPK1.

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El gráfico de eficiencia de la Figura 3 muestra las eficiencias que se pueden conseguir con corrientes de salida muy bajas, como 1 µA. Se ahorra una gran cantidad de energía, especialmente en aplicaciones con tiempos de funcionamiento largos y cargas bajas.

Figura 3. La eficiencia de conversión de potencia de 7,2 V a 2,5 V es de aproximadamente el 70%, incluso con corrientes de carga de sólo 1 µA.

Conclusión

Este documento ha demostrado que el LTC3336 es la opción ideal para los sistemas alimentados por batería
porque sólo consume 65 nA de corriente en modo de espera. Esto significa que
los circuitos con baterías de tamaño fijo pueden funcionar mucho más tiempo, o
esto significa que los circuitos con baterías de tamaño fijo pueden funcionar mucho más tiempo, o que los recolectores de energía pueden diseñarse para ser más pequeños y, por tanto, menos costosos.

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