El diodo ideal de 9 V a 80 V reduce la disipación de calor en órdenes de magnitud en comparación con Schottky

Los sistemas de alta disponibilidad suelen utilizar fuentes de alimentación o baterías conectadas en paralelo para proporcionar redundancia y mejorar la fiabilidad del sistema. Los diodos ORing Schottky se han utilizado durante mucho tiempo para conectar estas fuentes de alimentación al punto de carga. Desafortunadamente, la caída de voltaje directo de estos diodos reduce el voltaje de suministro disponible y disipa una potencia significativa a altas corrientes. Mantener fríos los diodos Schottky requiere costosos disipadores de calor y diseños elaborados.

Una mejor solución es reemplazar el diodo Schottky con un diodo ideal basado en MOSFET. Esto reduce la caída de voltaje y la disipación de energía, lo que reduce la complejidad, el tamaño y el costo del diseño térmico y aumenta la eficiencia del sistema. El LTC4357 es un controlador de diodo ideal que controla un MOSFET de canal N y funciona en un rango de voltaje de 9 V a 80 V.

El funcionamiento básico del LTC4357 es sencillo. La fuente MOSFET externa está conectada al suministro de entrada y actúa como el ánodo de un diodo, mientras que el drenaje es el cátodo. Cuando se aplica energía por primera vez, la corriente de carga primero fluye a través del cuerpo de diodo del MOSFET. El LTC4357 detecta la caída de voltaje y activa el MOSFET. El amplificador interno y la bomba de carga del LTC4357 intentan mantener una caída de 25 mV en el MOSFET. Si la corriente de carga provoca una caída de voltaje superior a 25 mV, el MOSFET está completamente encendido y la caída directa se vuelve igual a RDS(AR) • yoCarga. Si la corriente de carga se invierte, como podría ocurrir durante un cortocircuito de entrada, el LTC4357 responde bajando rápidamente el MOSFET de puerta en menos de 0,5 µs.

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La figura 1 muestra una aplicación ideal de un diodo de 48 V/10 A. Un diodo Schottky MBR10100 disiparía 6 W en estas condiciones de funcionamiento. Por el contrario, el MOSFET FDB3632 de 7,5 mΩ disipa solo 7,5 mΩ • (10 A)2 = 0,75 W La reducción de la pérdida de potencia aumenta la eficiencia y ahorra el espacio necesario para la disipación del calor. Si los voltajes de suministro son casi iguales, la corriente de carga se divide entre los dos suministros. De lo contrario, la fuente de alimentación con el voltaje de salida más alto suministra la corriente de carga.

Figura 1. Dos fuentes de alimentación redundantes de 48 V/10 A que utilizan un diodo ideal.

El reparto de carga se logra utilizando una técnica simple llamada reparto de caída. La corriente de carga se extrae primero de la salida de suministro más alta. A medida que este rendimiento disminuye o aumenta la carga, la menor oferta comienza a acumularse. La regulación de caída de tensión directa a 25 mV garantiza un reparto de carga fluido entre salidas sin oscilación. La cantidad de uso compartido es una función de MOSFET RDS(AR), la impedancia de salida de las fuentes de alimentación y sus voltajes de salida iniciales. La retroalimentación de un suministro a otro está excluida por la acción del diodo del LTC4357.

En los sistemas de energía solar, los diodos Schottky se utilizan para evitar que la batería se agote durante las horas de oscuridad. Desafortunadamente, la caída de voltaje y la disipación de energía de un diodo Schottky pueden ser bastante significativas cuando se usan con paneles solares de alta potencia, lo que reduce la cantidad de energía disponible para cargar la batería. La figura 2 usa el LTC4357 con un MOSFET FDB3632 para reemplazar el diodo Schottky.

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Figura 2. Un panel solar que carga una batería de 12 V a través de un diodo ideal para evitar la retroalimentación.

Cuando el panel solar se ilumina con luz directa, carga la batería. Un regulador de derivación absorbe cualquier corriente de sobrecarga para evitar la sobrecarga. Si la corriente directa es superior a 25 mV/RDS(AR)el MOSFET está completamente mejorado y la caída de voltaje aumenta en función de RDS(AR) • (yoCIUDAD + yoCarga). En la oscuridad, o si hay un cortocircuito en los terminales del panel solar o falla un componente en el controlador de derivación, el voltaje de salida del panel solar será menor que el voltaje de la batería. En este caso, el LTC4357 corta el MOSFET para que la batería no se descargue. La corriente extraída de la batería al pin de SALIDA del LTC4357 es de solo 7 µA a 12 V.

En aplicaciones automotrices, las entradas LTC4357 se pueden invertir. Un componente adicional, que se muestra en la Figura 3, evita que el MOSFET se encienda y protege el LTC4357. Con una entrada inversa, el diodo conectado a tierra del sistema tiene polarización inversa. El pin GND en el segundo diodo se coloca dentro de los 700 mV del voltaje de entrada inversa. Cualquier corriente de carga o descarga tenderá a mantener la salida cerca de la tierra del sistema, desviando el LTC4357 a la condición de bloqueo. Si la salida se mantiene en +12 V por una fuente de respaldo o una carga almacenada en el capacitor de salida, el MOSFET verá aproximadamente el doble del voltaje de entrada. El MOSFET se apaga y se mantiene en estado de bloqueo.

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Figura 3. Entrada inversa: la protección bloquea el voltaje de entrada inversa de 12 V a la carga.

El controlador de diodo LTC4357 ideal puede reemplazar los diodos Schottky en muchas aplicaciones. Esta solución simple reduce la caída de voltaje y la disipación de energía, lo que reduce el diseño térmico y reduce la pérdida de energía. Su amplio rango operativo de suministro de 9 V a 80 V y su clasificación general máxima de 100 V se adapta a una amplia gama de voltajes de suministro de entrada y aplicaciones, incluidas la industria automotriz, las telecomunicaciones y la industria. Una versión dual, la LTC4355, está disponible en paquetes DFN-14 o SSOP-16 de 4 mm × 3 mm.

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