Fácil fuente de alimentación de voltaje dividido de ±5 V para circuitos analógicos consume solo 720 nA sin carga

Los circuitos analógicos a menudo necesitan una fuente de alimentación de voltaje dividido para lograr una conexión a tierra virtual en la salida de un amplificador. Estas fuentes de alimentación de voltaje dividido son generalmente fuentes de alimentación bajas que soportan decenas de miliamperios de cargas de corriente diferencial. La figura 1 muestra una fuente de alimentación de este tipo con dos reguladores reductores de alta eficiencia LTC3388-3 de 20 V alimentados desde una fuente de alimentación de 6 V a 12 V.

El riel de voltaje positivo se crea configurando un LTC3388-3 en su topología reductora estándar, mientras que el riel de voltaje negativo se crea con un segundo LTC3388-3 conectando a tierra el V_AFUERA conexión y usando el pin GND como el riel de voltaje negativo. El riel de voltaje negativo está conectado a la plataforma expuesta de este LTC3388-3 y debe estar aislado del plano de tierra del sistema y tener un área de superficie suficiente para proporcionar una refrigeración adecuada del LTC3388-3.

El LTC3388-1 y el LTC3388-3 son reguladores reductores de alta eficiencia que consumen solo 720 nA (típico) de corriente CC sin carga mientras mantienen la regulación de salida. Son capaces de suministrar hasta 50 mA de corriente de carga y contienen una función precisa de bloqueo por bajo voltaje (UVLO) para mantener una corriente de reposo baja cuando la entrada es inferior a 2,3 V. El voltaje de salida es programable digitalmente a cuatro voltajes regulados de salida junto con un pin de estado PGOOD que indica que las salidas están por encima del 92% (típico) de la configuración de salida. El LTC3388-1 se puede configurar digitalmente en 1,2 V, 1,5 V, 1,8 V o 2,5 V, mientras que el LTC3388-3 se puede configurar en 2,8 V, 3,0 V, 3,3 V o 5,0 V. Ambos dispositivos están disponibles en un paquete MSE de 10 derivaciones o DFN de 3 mm × 3 mm.

La configuración del LTC3388 como un regulador reductor crea un voltaje positivo al aumentar la corriente del inductor hasta I_CIMA (típico de 150 mA) a través de un interruptor PMOS interno y luego reduciendo la corriente a 0 mA a través de un interruptor NMOS interno. Esta acción carga el condensador de salida ligeramente por encima del voltaje de regulación, momento en el que el regulador reductor entra en modo de suspensión.

A medida que el voltaje de salida decae debido a una carga externa, el regulador reductor permanece en modo de reposo y un comparador de reposo interno monitorea el voltaje de salida. Cuando el voltaje de salida cae por debajo del voltaje de regulación, el regulador reductor se activa y el ciclo se repite. Este método histérico de proporcionar una salida regulada reduce las pérdidas asociadas con la conmutación MOSFET y mantiene un voltaje de salida con cargas ligeras. El regulador reductor puede admitir 50 mA de corriente de carga promedio cuando está conmutando.

Se crea un riel de voltaje de salida negativo al conectar a tierra el V_AFUERA nodo del regulador buck. Esto establece la conexión de referencia a tierra del LTC3388 como un riel de voltaje negativo. El voltaje de la V_EN pin al riel de voltaje negativo es la suma del voltaje de entrada más la magnitud del riel de voltaje negativo. Esto limita el voltaje de la fuente a 20 V (el V del LTC3388_{EN (MÁX.)}) menos la magnitud del voltaje negativo del riel.

La corriente del inductor aumenta hasta I_CIMA a través del interruptor PMOS interno como en la configuración del regulador reductor y luego a cero a través del interruptor NMOS, cargando el capacitor de salida a un voltaje negativo. Esta acción de conmutación es la de un convertidor reductor-elevador síncrono de conducción crítica inversor. La corriente de salida máxima de esta configuración está limitada por la corriente máxima del inductor, el voltaje de entrada y la magnitud del voltaje de salida. La siguiente expresión estima la corriente de salida máxima disponible.

En una aplicación de suministro de energía de voltaje dividido, el circuito analógico está conectado entre el riel de voltaje positivo y el riel de voltaje negativo. Esto da como resultado que la corriente de carga de ambos reguladores sea igual en magnitud. La Figura 2 es un gráfico de la corriente de entrada frente a la corriente de salida del circuito de la Figura 1. Con corrientes de carga muy bajas, <10 μA, el efecto de la corriente de entrada en reposo puede verse como una compensación positiva en la corriente de entrada. Para corrientes de carga más altas, >100 μA, este efecto es mínimo y la corriente de entrada es aproximadamente igual a la corriente de salida. La expresión para la corriente de entrada se puede aproximar como:

La Figura 3 muestra la configuración reductor-elevador que crea un riel de voltaje de salida negativo. En esta configuración, el voltaje de entrada solo necesita estar por encima del voltaje UVLO de 2,5 V (típico) para iniciar el regulador. La curva de –5V en la Figura 2 se aplica aquí con una entrada de 12V, como en el circuito anterior.

Una fuente de alimentación de voltaje dividido fácil de implementar que utiliza el LTC3388 produce una solución de baja corriente de reposo y alta eficiencia para alimentar circuitos analógicos de baja corriente que necesitan una salida de tierra virtual. El voltaje de salida de cada dispositivo se puede programar digitalmente a cuatro voltajes de salida de 1,2 V a 5,0 V y admitirá una corriente de carga de hasta 50 mA. Cada regulador requiere solo cuatro condensadores externos y un inductor, lo que cubre un espacio mínimo en la placa. Se proporciona un pin de estado PGOOD para indicar cuándo la salida está dentro de la regulación. El LTC3388-1 y el LTC3388-3 están disponibles en un paquete MSE de 10 derivaciones o DFN de 3 mm × 3 mm.