Los reguladores de micropotencia de alta tensión prosperan en entornos difíciles

Algunos de los entornos más desafiantes para los circuitos electrónicos se encuentran en las aplicaciones industriales y de automoción, donde los transitorios de tensión de entrada elevados e impredecibles, las baterías que fallan y las fuentes de alimentación desconectadas son parte integral de las operaciones. Una batería de coche de 12 V y un raíl de alimentación industrial de 48 V presentan muchos de los mismos retos de diseño de fuentes de alimentación. Las tensiones de entrada pueden ser de hasta 75 V en un raíl industrial o de 60 V en una descarga de automóvil. El arranque en frío o las líneas sobrecargadas pueden hacer caer la tensión de alimentación a unos pocos voltios. En todos estos casos, la fuente de alimentación debe mantenerse viva y en regulación para los circuitos críticos, y no puede disipar mucha potencia en reposo: las baterías de coche muertas o la pérdida de datos de los sensores industriales no hacen felices a los clientes.

Tres nuevos reguladores lineales ofrecen opciones flexibles para operar en estos entornos. Los LT3012 y LT3013 proporcionan hasta 250mA a una tensión de salida de 360mV, y el LT3014 proporciona hasta 20mA a una tensión de salida de 350mV.

Los LT3012 y LT3013 ofrecen un rango de tensión de entrada de 4V a 80V y minimizan la pérdida de energía al funcionar con corrientes de reposo de 55µA (LT3012) y 65µA (LT3013). La corriente de reposo se reduce a sólo 1µA en modo desactivado.

Ambos son estables con sólo un pequeño condensador de 3,3µF en la salida. Se pueden utilizar pequeños condensadores cerámicos sin necesidad de una resistencia en serie adicional, como ocurre con otros reguladores. El LT3013 añade una bandera de buena potencia, PWRGD, para indicar que la salida es superior al 90% del valor nominal, con un retardo programable mediante un único condensador. Tanto el LT3012 como el LT3013 se ofrecen con salidas ajustables y una tensión de referencia de 1,24V. Los reguladores están empaquetados en paquetes TSSOP de 16 pines y DFN de 12 pines de bajo perfil (0,75 mm, 4 mm × 3 mm) con obleas expuestas para mejorar la capacidad de tratamiento térmico. Estos paquetes de montaje superficial son capaces de manejar una disipación continua de 1W a 3W y picos transitorios mucho más altos. Consulta la hoja de datos para una discusión detallada.

El LT3014 ofrece un rango de tensión de entrada de 3V a 80V, y la corriente de reposo de 7µA en funcionamiento (1µA en apagado) lo convierte en una opción atractiva para los sistemas de potencia crítica. El LT3014HV es una opción de mayor voltaje del regulador que está capacitada para soportar transitorios de 100 V durante un máximo de 2 ms. El regulador es estable con sólo 0,47µF de capacidad en la salida: se pueden utilizar pequeños condensadores cerámicos sin necesidad de una resistencia en serie adicional. Está disponible como pieza ajustable con un voltaje de referencia de 1,22 V y se presenta en paquetes ThinSOT de 5 terminales y DFN de 8 terminales (3 mm × 3 mm).

Todos los reguladores tienen circuitos internos de protección para la inversión de la batería, el límite de corriente, el límite térmico y las tensiones inversas de salida a entrada. La tabla 1 ofrece una comparación resumida de las características de estos y otros reguladores lineales de alta tensión.

La figura 1 muestra una aplicación típica que utiliza el LT3014 de baja corriente para proporcionar una fuente de alimentación de 3,3 V de mantenimiento, como un reloj en tiempo real, un sistema de seguridad u otro sistema que funcione constantemente con una batería. La corriente de reposo de 7µA evita que la fuente de alimentación suponga un gasto importante para la batería.

El divisor de resistencias está dimensionado para adaptarse a las diminutas corrientes de funcionamiento del LT3014. Hay que tener cuidado al trabajar con corrientes tan bajas, ya que un pequeño error puede dar lugar a grandes diferencias porcentuales. Una limpieza insuficiente del flujo de soldadura tras el montaje puede proporcionar resistencias del orden de MΩ, lo que da lugar a salidas erróneas.

El sitio SHDN del LT3014 puede conducirse a GND mediante un circuito externo para desactivar la salida del controlador y reducir la corriente de funcionamiento. Al dejar la SHDN cuando el regulador se abre o se tira de él por encima de 2V, el regulador se activará.

La salida del LT3014 sólo necesita el condensador de 0,47µF para ser estable. El regulador está diseñado para ser estable con la gama más amplia posible de condensadores de salida: la ESR del condensador de salida puede ser nula, como ocurre con los condensadores cerámicos pequeños, o puede ser tan alta como 3Ω, un valor más habitual en los condensadores electrolíticos pequeños de tantalio o aluminio. El condensador de salida mínimo, unido a la naturaleza de micropotencia del LT3014, tiende a dar mayores oscilaciones de tensión con transitorios rápidos, por lo que se recomiendan valores mayores si hay grandes pasos de corriente.

Cuando se necesitan corrientes de salida más altas, Linear Technology ofrece varias opciones. El regulador LT3010 puede proporcionar 50mA de corriente de salida con una caída máxima de 300mV y una tensión de entrada máxima de 80V. Si se necesita una corriente de salida mayor, ahora están disponibles los LT3012 y LT3013. La figura 2 muestra una fuente de alimentación de 5V que puede proporcionar hasta 250mA de corriente utilizando el LT3013. Esta fuente de alimentación funciona con una corriente de reposo de sólo 65µA y requiere sólo 3,3µF de capacitancia en la salida. Una característica adicional de esta pieza es una bandera PWRGD que indica cuando el pin ADJ está dentro del 10% de su tensión nominal de 1,24V.

La bandera PWRGD del LT3013 puede utilizarse para proporcionar una señal de reinicio del microprocesador u otra bandera lógica. La figura 3 muestra el diagrama de bloques de la bandera PWRGD. La patilla PWRGD es una salida de colector abierto, capaz de absorber 50µA cuando la salida es baja; no hay pull-up interno en la patilla PWRGD, hay que utilizar una resistencia externa. Cuando la salida sube a menos del 10% de su valor final, un flip-flop JK permite que una fuente de corriente de 3µA empiece a cargar el condensador de la patilla CT. Cuando la patilla CT alcanza su nivel de disparo (aproximadamente 1,6V a 25°C), la corriente de 3µA se desvía para bloquear la tensión del condensador y poner el estado de la bandera PWRGD en alta impedancia.

Durante el funcionamiento normal, un filtro de fallos interno ignora los transitorios cortos (<15µs) en la tensión de salida. Los transitorios más largos, por debajo del umbral bajo del 10%, reinician el latch JK interno. Este enclavamiento garantiza que el condensador de la clavija CT se descargue completamente hasta la V_CT(BAJO) antes de reiniciar el temporizador. Esto se hace para proporcionar un retardo consistente después de que la salida vuelva a menos del 10% de su tensión regulada antes de que el pin PWRGD pase al estado de alta impedancia.

Si la función PWRGD del LT3013 no es necesaria para tu aplicación, se puede utilizar el LT3012 para proporcionar el mismo rendimiento del regulador. La eliminación del circuito PWRGD permite que el LT3012 funcione con una corriente de reposo reducida de 55µA.

Tres nuevos reguladores satisfacen las necesidades de los entornos eléctricos industriales y de automoción más exigentes. Una gama de posibles corrientes de salida y corrientes de reposo permite a los diseñadores elegir una solución que pueda limitar la disipación de energía durante el funcionamiento normal, al tiempo que ofrece la capacidad de manejar transitorios de alta tensión. La característica más importante de estos dispositivos es que pueden soportar los rigores de los peores entornos eléctricos, asegurando un suministro constante de energía a los circuitos críticos.