Opciones de Amplificadores de Detección de Corriente para la Regulación Precisa de Potencia

Muchos diseñadores se centran tanto en la parte divertida del diseño de PCB: seleccionar procesadores y memorias, trazar interfaces de alta velocidad, añadir capacidades de RF... la lista continúa. Pero algo que a veces puede quedar en segundo plano es tu estrategia de regulación de potencia. Los reguladores de potencia son tan estables como su voltaje de entrada. Si tu voltaje de entrada tiene grandes fluctuaciones o esperas que disminuya durante la vida útil del dispositivo, necesitas encontrar alguna manera de estabilizar la salida al valor deseado.

Para sistemas de bajo voltaje, o en sistemas donde la caída del voltaje es relativamente pequeña (quizás el 20% del valor de salida deseado) la estrategia sería regular el voltaje de entrada a un valor deseado, y luego regular la salida usando un LDO. Una vez que introduces un LDO, tendrás un regulador lineal ineficiente que puede generar mucho calor. Usar solo un LDO es suficiente solo cuando el margen es bastante bajo.

Hay una mejor opción para regular la potencia en un sistema donde la entrada puede variar en un amplio rango de valores. Esto implica un amplificador de detección de corriente, que luego puede ser utilizado en el lazo de retroalimentación de un regulador conmutado. Al usar un amplificador de detección de corriente, puedes regular la potencia inyectada en el lazo de retroalimentación del regulador, o usar la salida para controlar una señal PWM con un MCU. Aquí tienes algunas opciones de amplificadores de detección de corriente para tu próximo regulador de potencia.

Cómo usar un amplificador de detección de corriente

El propósito de un amplificador de detección de corriente es bastante sencillo: emite un voltaje que es proporcional a la corriente en la entrada del dispositivo. La corriente en estos sistemas puede medirse usando una resistencia de precisión externa o interna. Estos son básicamente circuitos de op-amp que toman una medición de voltaje como entrada, y la salida se amplifica usando retroalimentación. Si te sientes aventurero, ciertamente podrías construir tu propio amplificador de detección de corriente a partir de componentes discretos, aunque hay una variedad de amplificadores de detección de corriente disponibles de los principales fabricantes de IC. Estos IC ofrecen una gama de salidas de voltaje y corriente, y pueden integrarse fácilmente en circuitos reguladores de alta potencia.

¿Dónde necesita situarse un amplificador de detección de corriente en un diseño de regulador de potencia? La respuesta es: en el lazo de retroalimentación. Como ejemplo de aplicación, el amplificador puede usarse para medir la corriente en la salida de un regulador económico, y alimenta la potencia de vuelta al circuito del regulador para ajustar la salida. Esto se muestra en el diagrama de bloques a continuación.

Amplificador de detección de corriente utilizado para ajustar una señal PWM, que se utiliza para controlar un regulador conmutado.

Algunos amplificadores de detección de corriente son programables a través de una interfaz estándar de alta velocidad. En lugar de ajustar una señal PWM, la ganancia en la salida puede ser programada con otro dispositivo, como un MCU. Estos dispositivos también pueden ser utilizados para la regulación de potencia sin un circuito integrado regulador estándar, es decir, con retroalimentación en un MOSFET de potencia de conmutación en un circuito de regulación personalizado.

Especificaciones Importantes de los Amplificadores de Detección de Corriente

Aquí hay algunas especificaciones importantes a considerar al seleccionar un amplificador de detección de corriente e integrarlo en un circuito de regulación de potencia.

• Voltaje máximo de entrada nominal: Un amplificador de detección de corriente típicamente mide un voltaje a través de una resistencia de precisión, no la corriente directamente. El límite de voltaje de entrada debe ser mayor que la salida de tu etapa reguladora.
• Entrada de modo común vs. modo diferencial: El modo común es el tipo de entrada más común para la potencia de CC y la CA de baja frecuencia.
• Ganancia de salida: La ganancia de salida se define a nivel de hardware y determinará qué nivel de caída de voltaje puedes compensar con el sistema.
• Corriente de polarización de entrada: La entrada es normalmente de alta impedancia, por lo que debería tener un consumo de corriente muy bajo. Los valores típicos están en el nivel de microamperios.

Varias otras especificaciones son importantes, pero estas son el mejor punto de partida para seleccionar un componente para la regulación de potencia.

Opciones de Amplificadores de Detección de Corriente

Texas Instruments, INA223

El amplificador de ganancia programable de detección de corriente INA223 de Texas Instruments opera hasta 26 V de entrada e incluye una interfaz programable a través de SPI. Este dispositivo utiliza una entrada de 3.3 V con una resistencia de detección externa para la detección de corriente de lado alto. Note que la resistencia de lado alto necesita ser elegida de tal manera que el voltaje de entrada exceda el voltaje de desplazamiento máximo de 10-20 mV (dependiendo de la ganancia de salida). A continuación, se muestra un circuito de aplicación típico.

Diagrama de aplicación de ejemplo del datasheet de INA223.

Analog Devices, LTC6102

El amplificador de detección de corriente LTC6102 de Analog Devices es un componente más antiguo adquirido de Linear, pero todavía está en producción y es una excelente opción para reguladores de mayor voltaje. La variante estándar permite una entrada que varía de 4 a 60 V, y la variante de alto voltaje (LTC6102HV) opera de 5 a 100 V. Este componente tiene un ancho de banda alto que abarca desde CC hasta ~200 kHz, y tiene un voltaje de salida altamente estable frente a la temperatura.

Variación de la corriente y el voltaje de salida con cambios en la temperatura para las variantes del amplificador de detección de corriente LTC6102 y LTC6102HV. Del datasheet del LTC6102.

Maxim Integrated, MAX4172

El MAX4172 de Maxim Integrated es ideal para su inclusión en un bucle de retroalimentación de un regulador. Este componente proporciona monitoreo de corriente de lado alto con hasta 32 V de voltaje de entrada. La corriente de escala completa y el factor de escala (voltaje de salida/corriente de detección) se pueden ajustar seleccionando la resistencia de detección de lado alto apropiada en la salida del regulador. El error de salida con este componente es de ~2% a temperatura ambiente y no excede de +/-6% en temperaturas de operación extremas.

Diagrama de bloques funcional del datasheet del MAX4172.

Existe una amplia gama de circuitos integrados reguladores de detección de corriente para su uso en diferentes rangos de corriente y voltaje. Cuando estés buscando los componentes que necesitas para la regulación de potencia, Octopart estará aquí para ayudarte a encontrar los componentes que necesitas.

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