El convertidor mono-IC funciona en modo Buck y Boost para proporcionar una salida que esté dentro del rango de tensión de entrada

La generación de una tensión de salida siempre superior o inferior al rango de tensión de entrada se puede gestionar fácilmente con reguladores boost o buck convencionales, respectivamente. Sin embargo, cuando la tensión de salida es en el rango de tensión de entrada, como en muchas aplicaciones alimentadas por baterías de iones de litio que requieren una salida de 3 V o 3,3 V, los diseños convencionales se quedan cortos, ya que sufren de diversas formas: baja eficiencia, magnetización compleja, polaridad inversa y complejidad del circuito. El controlador buck-boost del LTC3785 facilita una solución de convertidor simple, eficiente, de bajo número de piezas, fácil de implementar y sin ninguno de los inconvenientes asociados a los circuitos convencionales.

La figura 1 muestra un diseño de buck-boost síncrono de 4 conmutadores que proporciona una salida de 3,3V y 3A a partir de una entrada de 2,7V-10V, perfecta para una entrada de Li-Ion y/o un adaptador de pared ligeramente regulado. El controlador ofrece protección contra cortocircuitos, con la posibilidad de elegir entre el modo de burp o de bloqueo para los fallos graves de sobrecarga. Otras características son el arranque suave, la protección contra sobretensiones (OVP) y un rango de salida de 2,7V-10V.

El circuito funciona sin interrupción en todo el rango de tensión de entrada, funcionando como un convertidor buck síncrono, un convertidor boost síncrono o una combinación de ambos en la región de transición. Con tensiones de entrada muy superiores a la de salida, el convertidor funciona en modo buck. Los interruptores Q1A y Q1B conmutan la tensión de entrada, y Q2A permanece encendido, conectando L1 a la salida. A medida que la tensión de entrada disminuye y se acerca a la salida, el convertidor se acerca al ciclo de trabajo máximo en el lado de entrada (buck) del puente, y el lado de salida (boost) del puente comienza a conmutar, entrando en la región de funcionamiento buck-boost o de 4 conmutaciones. Cuando la entrada sigue siendo reducida, el convertidor entra en la región de refuerzo con un ciclo de trabajo de refuerzo mínimo. El interruptor Q1A permanece encendido, conectando el inductor a la entrada, mientras que los interruptores Q2A y Q2B conmutan el lado de salida del inductor entre el condensador de salida y tierra.

En modo boost, este convertidor tiene la capacidad de limitar la corriente de entrada y de apagar y desconectar la fuente de la salida, dos características muy deseables que un convertidor boost convencional no puede ofrecer. Las figuras 2, 3 y 4 muestran las formas de onda de los interruptores de entrada y salida y la corriente de inductancia para el modo buck (10V_EN), el refuerzo (2,7V_EN), y buck-boost (3,8V_EN) modos de funcionamiento.

La figura 5 muestra la eficacia en modo normal (conducción continua no forzada) y en modo ráfaga. Se alcanza una eficiencia muy alta, del 95%, con cargas típicas. Este nivel de rendimiento es, en parte, el resultado de las sofisticadas características del controlador, incluidos los controladores laterales altos para los MOSFET de canal N y el alto R_DS(ON) detección de corriente para limitarla. Es posible conseguir eficiencias aún mayores utilizando un inductor más grande y mejores MOSFETs a medida que estén disponibles. La eficiencia a 10 V de entrada se beneficiaría de un inductor con un núcleo de ferrita de bajas pérdidas, especialmente para cargas ligeras. Este circuito cabe fácilmente en un espacio de 0,6 pulgadas² con componentes en ambos lados de la placa. Las curvas muestran cómo el funcionamiento en modo ráfaga mejora la eficiencia con cargas extremadamente ligeras, aumentando en gran medida la duración de la batería en aplicaciones como la memoria que debe mantener funciones de mantenimiento incluso cuando el sistema está apagado.

El controlador buck-boost LTC3785 supera las deficiencias de los diseños tradicionales con una solución de transición suave, de 4 interruptores y un solo CI. Es elegantemente sencillo, muy eficiente y sólo requiere un pequeño número de componentes externos de bajo coste. El LTC3785 está disponible en un pequeño paquete QFN de 4 mm × 4 mm y en un SSOP de 28 obleas.