Cuidado con ralentizar las transiciones de cambio

Los transitorios de conmutación rápidos en los reguladores de conmutación son ventajosos porque reducen considerablemente las pérdidas de conmutación en una fuente de alimentación conmutada. Especialmente a altas frecuencias de conmutación, la eficiencia de un regulador de conmutación puede mejorar mucho. Sin embargo, las transiciones de conmutación rápidas también tienen algunas desventajas. Las interferencias en la gama de frecuencias de las transiciones de conmutación entre unos 20 MHz y 200 MHz aumentan considerablemente. Por tanto, es importante que el desarrollador de fuentes de alimentación conmutadas encuentre un buen compromiso entre alta eficiencia y baja interferencia en el rango de alta frecuencia. Además, la innovación del Conmutador Silencioso® de Analog Devices ha creado nuevas posibilidades para generar emisiones radiadas mínimas, incluso con bordes de conmutación muy rápidos.

La figura 1 muestra una transición de conmutación rápida y una transición de conmutación lenta. Una transición de conmutación rápida provoca un mayor acoplamiento de las interferencias a los segmentos de circuito vecinos. Las trazas de la placa de circuito impreso que cambian rápidamente de tensión pueden acoplarse capacitivamente a las líneas adyacentes que tienen altas impedancias. Las trazas de la placa de circuito impreso que cambian rápidamente de corriente pueden acoplarse inductivamente a las trazas adyacentes. Al ralentizar las transiciones de conmutación, es posible minimizar estos efectos. La figura 2 muestra una técnica probada para los reguladores de conmutación no sincrónicos. Aquí, uno de los dos interruptores se implementa con un diodo Schottky. Una resistencia en serie con el condensador de disparo CBOOTeste truco se utiliza en los reguladores de conmutación integrados cuando no hay acceso directo a la ruta de la puerta del MOSFET de potencia. Este truco se utiliza en los reguladores de conmutación integrados cuando no hay acceso directo a la ruta de la puerta del MOSFET de potencia. Si se utiliza un regulador asistente con un MOSFET externo, también se puede insertar una resistencia en la línea de recorrido de la puerta. Son habituales los valores de resistencia inferiores a 100 Ω.

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Figura 1: Transiciones de conmutación en una fuente de alimentación conmutada con tensión de entrada en el nodo de conmutación.

Figura 2: Ralentización de las transiciones de conmutación en un convertidor buck no síncrono con una resistencia de arranque.

Sin embargo, la mayoría de los reguladores de conmutación modernos son reguladores de conmutación síncronos con interruptores activos del lado de alta y baja. En este caso, las transiciones de conmutación no se pueden ralentizar fácilmente con una resistencia en el CBOOT camino. Si una resistencia en serie con CBOOT como se muestra en la figura 3, la conmutación del interruptor del lado alto también se ralentizaría. Sin embargo, esto podría llevar a que el interruptor del lado bajo no se desactive completamente. Así, sería posible que el interruptor del lado alto y el del lado bajo se conectaran temporalmente al mismo tiempo. Esto provocaría un cortocircuito destructivo entre la tensión de entrada y la tierra. Esto es especialmente crítico porque la velocidad de las transiciones de conmutación también se ve afectada por parámetros como la temperatura de funcionamiento y cierta variabilidad en la fabricación de semiconductores. Por lo tanto, incluso con las pruebas de laboratorio, no se puede dar ninguna garantía de funcionamiento seguro. Para ralentizar las transiciones de conmutación en los reguladores de conmutación síncrona con interruptores integrados, hay que utilizar un regulador de conmutación síncrona en el que la velocidad de las transiciones de conmutación se pueda ajustar directamente, con un circuito interno. Un ejemplo de ello es el ADP5014 de Analog Devices. En estos CI, se garantiza internamente que ambos interruptores no conducen al mismo tiempo cuando las transiciones de conmutación se ralentizan y que no puede producirse ningún cortocircuito, y todo ello sin ninguna resistencia en el CBOOT camino.

Figura 3: Un convertidor buck síncrono con un posible cortocircuito debido a la ralentización de la transición del interruptor del lado alto.

En cuanto al tema de las transiciones rápidas de los interruptores, no hay que pasar por alto una innovación muy importante de los últimos años. La tecnología Silent Switcher de Analog Devices permite reducir considerablemente las emisiones radiadas de los bordes de conmutación rápida hasta 40 dB (un factor de 10.000). Como resultado, es posible desarrollar fuentes de alimentación conmutadas con bordes extremadamente rápidos y mínimos problemas de EMC. En la mayoría de los casos, el dispositivo Conmutador Silencioso evita la necesidad de reducir la velocidad de conmutación para reducir la EMC. El enorme compromiso entre la máxima eficiencia de conversión y la mínima interferencia generada se ha eliminado en gran medida con la tecnología del Conmutador Silencioso.

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