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Convertiendo 5,0 V en 3,0 V (ART518S)

En este artículo, basado en el Application Note AN1025 de Microchip (www.microchip.com), describimos el uso de un LDO (Low Dropout Regulator - Regulador Con Baja Caída de Tensión) en la elaboración de un circuito que reduce los 5 V de una línea alimentación para 3,0 V. La documentación completa se puede descargar en el sitio web de la empresa (en inglés, en formato PDF).

Una buena gama de aplicaciones modernas utiliza una tensión de alimentación, operando en conjunto con circuitos en los que se utiliza la fuente de 5 V. Para alimentar estos circuitos se debe utilizar una fuente separada o bien, se puede aprovechar la línea de 5,0 v para obtener los 3,0 V deseados.

Sin embargo, cuando se adopta este procedimiento es necesario tener mucho cuidado en la elección de los componentes usados, ya que el circuito usado debe tener un excelente rendimiento, tanto para no consumir energía innecesaria (cuando el dispositivo es alimentado por batería), así como para no traer problemas de diseño y generación de calor.

Los circuitos propuestos normalmente se basan en soluciones que emplean un LDO, como se muestra en la figura 1.

Recordamos que los LDOs o Low Dropout Regulators son reguladores de tensión que se caracterizan por presentar una caída muy baja de tensión. Como esta caída multiplicada por la corriente determina no sólo su rendimiento como su disipación, esos dispositivos, presentan un rendimiento muy alto con baja disipación.

 

Figura 1 - Diagrama simplificado de un LDO.
Figura 1 - Diagrama simplificado de un LDO.

 

Como podemos ver por el diagrama de la figura 1, un LDO contiene cuatro elementos principales. Un transistor de control, una referencia de tensión, un amplificador operacional y resistores de retroalimentación.

En este circuito, la tensión de salida es comparada con la tensión de referencia, generando una señal de error por el amplificador operacional, el cual actúa sobre el transistor por donde pasa la corriente principal.

Para obtener la tensión deseada de salida, en un circuito como ese, basta calcular los resistores de la entrada de control. La ventaja principal de este tipo de circuito, que hace uso de transistores de efecto de campo de potencia, en relación a los reguladores lineales convencionales que hacen uso de transistores bipolares está justamente en la baja resistencia drenaje-fuente que esos dispositivos presentan.

Sin embargo, esta eficiencia aún depende de la relación entre la tensión de salida y la tensión de entrada.

Para poder trabajar con el dispositivo de control en su máxima eficiencia, la solución consiste en apuntar el dispositivo de control y eso justamente puede ser logrado por una bomba de carga, como lo que hace uso del circuito integrado MCP1252 /3 de Microchip, cuyo diagrama básico se muestra en la figura 2.

 

Figura 2 - Circuito con bomba de carga.
Figura 2 - Circuito con bomba de carga.

 

Operando de modo conmutado se puede obtener un rendimiento mucho mayor para el circuito, y al mismo tiempo una salida regulada con precisión.

Lo que ese circuito hace es sensoriar la tensión de salida ya través de ella conmutar las cuatro claves analógicas existentes en el componente de modo sincronizado por un oscilador, generando así la tensión media deseada en la salida.

Este procedimiento permite obtener una conversión de tensión de alto rendimiento, generando los 3 V necesarios para la alimentación de los circuitos con precisión.

 

 

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