Cuando el voltaje de suministro es dinámico

Los reguladores de voltaje generalmente tienen el propósito de generar un voltaje de salida regulado constante. Por medio de lazos de control, se genera un suministro estable y preciso a partir de un voltaje de entrada no regulado. Entonces, ¿para qué sirve el escalado dinámico de voltaje (DVS)?

La escala dinámica de voltaje significa que el voltaje de salida de una fuente de alimentación se puede ajustar durante la operación. Tal ajuste puede hacerse por varias razones.

Aumento de la eficiencia de conversión de una etapa de PFC en operación de carga ligera

Una etapa de corrección del factor de potencia (PFC) para la compensación de potencia reactiva toma el voltaje de CA del voltaje de la red y lo aumenta a un voltaje de circuito intermedio de CC. En los sistemas de 240 V CA, este voltaje del circuito intermedio suele ser de 380 V, como se muestra en la Figura 1. El controlador PFC ADP1047 puede usar DVS y reducir la carga de voltaje de salida dependiendo del conjunto de 380 V, por ejemplo, a 360 V. Esto puede aumentar la eficiencia de conversión de la fuente de alimentación durante el funcionamiento a cargas parciales.

Operación eficiente de un microcontrolador en varios estados operativos

Otro ejemplo del uso de DVS se muestra en la Figura 2. Aquí, un regulador de conmutación reductor ADP2147 alimenta un procesador de señal digital (DSP). En muchas aplicaciones, es posible aumentar la eficiencia de un sistema con un microcontrolador, DSP o FPGA al reducir el voltaje central cuando el procesador está en modo de espera. Numerosos DSP, incluido el ADSP-BF527 de Analog Devices, se pueden operar de manera más eficiente cuando se reduce el voltaje VDD_INT (voltaje central), por ejemplo, de 1,2 V a 1,0 V mientras el DSP se ejecuta en una condición con poca carga de trabajo. La potencia disipada por un procesador es en gran medida una función de su frecuencia de reloj y el cuadrado de la tensión de funcionamiento. Reducir la tensión de alimentación del ADSP-BF527 en un 25 % reduce la disipación de potencia dinámica en más de un 40 %. Muchos de los DSP de Analog Devices se comportan de manera similar.

Mejora de la velocidad de recuperación tras transitorios de carga

Como se muestra en los dos ejemplos anteriores, una razón común para usar DVS es aumentar la eficiencia o reducir las pérdidas. Sin embargo, también existen otras aplicaciones interesantes. En muchos sistemas, es necesaria una tensión de alimentación regulada con mucha precisión. La figura 3 muestra un rango de tensión en el que se permite una tensión de núcleo de 1,2 V. Podría ser 1,2 V ± 10%. En este ejemplo, el voltaje debe mantenerse no solo en el caso de carga estática, sino también si la carga cambia dinámicamente. Si el control de retroalimentación se configurara en el medio del rango permisible, la mitad del rango estaría disponible para fuentes de error estático y también cambios dinámicos de voltaje después de transitorios de carga. Un buen truco es aumentar ligeramente el voltaje de salida para una carga baja y disminuirlo ligeramente para una carga alta. En el caso de carga alta, se puede esperar que se aplique una carga más baja en algún momento, generalmente con un pequeño sobrepaso de voltaje. Esto se mantiene dentro del rango permisible mediante una ligera reducción del voltaje de consigna para una carga alta, como se muestra en la Figura 3. Se suministra una carga alta a la izquierda y una carga baja a la derecha.

Naturalmente, el caso inverso también funciona. Cuando la carga es baja, se puede esperar que aumente en algún momento. Entonces, los subimpulsos de voltaje podrían ocurrir dinámicamente. El voltaje se eleva ligeramente con una carga baja para que permanezcan dentro del rango permitido. Un término común para esta característica es posicionamiento automático de voltaje.

Hay muchas otras aplicaciones además de las presentadas aquí en las que un voltaje cambiado dinámicamente es beneficioso. Algunos ejemplos son el control de un motor de CC, la operación de un actuador o la activación de un elemento Peltier para la regulación de la temperatura. El escalado de voltaje dinámico, es decir, el ajuste dinámico de un voltaje generado, es útil o incluso necesario en muchas aplicaciones. Especialmente en fuentes de alimentación controladas digitalmente, DVS es común y fácil de implementar.