Nuovi regolatori lineari risolvono vecchi problemi

GESTIONE POTENZA –

I nuovi regolatori proposti da Linear Technology offrono funzioni di regolazione migliori a fronte delle variazioni di carico e di linea. Tra la nuove funzionalità il monitoraggio della temperatura e della corrente e regolazione del limite di corrente.

I regolatori hanno il compito di regolare, ma possono fare anche molto di più. L'architettura dei regolatori lineari è rimasta invariata fin dal 1976, anno in cui fu introdotto il regolatore di tensione variabile a tre terminali. I regolatori erano un'architettura flottante oppure un loop amplificatore con feedback dall'uscita all'amplificatore. Entrambe queste architetture presentano alcuni limiti in termini di versatilità, regolazione e precisione.
I resistori di feedback impostano la tensione di uscita e attenuano il segnale di feedback verso l'amplificatore. Pertanto la regolazione all'uscita è una percentuale della tensione di uscita, quindi tensioni di uscita maggiori hanno una regolazione peggiore in “volt”, mentre la percentuale può essere uguale. Inoltre la larghezza di banda del regolatore cambia in base alla tensione. Alla riduzione del guadagno d'anello corrisponde una riduzione della larghezza di banda con tensioni di uscita maggiori. Di conseguenza la risposta ai transitori rallenta e il ripple peggiora mano a mano che la tensione di uscita aumenta. Il vecchio regolatore fissa una limitazione della corrente che non si può regolare. È inserito nel circuito integrato e occorre usare dispositivi diversi per correnti di uscita diverse. Quindi, per adattare il limite di corrente all'applicazione o avere un limite di corrente preciso, si deve utilizzare un circuito esterno.
Nel 2007 fu introdotta una nuova architettura nell'LT3080 che usava un generatore di corrente per il riferimento e un inseguitore di tensione per l'amplificatore di uscita. I due vantaggi offerti da questa architettura sono la capacità di collegare in parallelo i regolatori per aumentare la corrente di uscita e la capacità del regolatore di operare anche con una tensione di uscita pari a zero. Dato che l'amplificatore di uscita opera sempre con un guadagno unitario, sia la larghezza di banda sia la regolazione sono costanti. La risposta ai transienti è indipendente dalla tensione di uscita e la regolazione può essere specificata in millivolt invece che con una percentuale dell'uscita. La Fig. 1b illustra la nuova architettura del regolatore. Oltre a diverse variazioni della corrente di uscita, questi regolatori offrono nuove caratteristiche funzionali non presenti negli attuali regolatori. Sono disponibili uscite di monitoraggio della temperatura e della corrente e un controllo esterno del limite di corrente. Un dispositivo (LT3086) è anche dotato di controllo esterno dello spegnimento per surriscaldamento. Un nuovo regolatore negativo ha funzioni di monitoraggio e può operare come regolatore flottante o Ldo. Tutti questi regolatori nuovi possono essere collegati in parallelo per ottenere una corrente maggiore e migliorare la condivisione della corrente e la diffusione del calore.

Un nuovo regolatore industriale

L'LT3081 è un regolatore industriale con una Safe Operating Area estesa. Può fornire una corrente di uscita di 1,5A, è regolabile fino a una tensione di uscita pari a zero, è dotato di protezione contro la corrente inversa e di uscite per il monitoraggio della temperatura e della corrente di uscita. È inoltre possibile regolare il limite di corrente collegando un resistore esterno al dispositivo. Le uscite di monitoraggio della temperatura e della corrente sono generatori di corrente configurati per operare da 0,4 V sopra VOUT a 40 V sotto VOUT. L'uscita di temperatura è 1 μA/°C per grado e il monitoraggio della corrente è IOUT/5.000. La temperatura e la corrente vengono misurate collegando a terra un resistore in serie con il generatore di corrente e rilevando la tensione sul resistore. Il generatore di corrente ha un range di funzionamento compreso tra -40 e 0,4 V riferito all'uscita e continua a funzionare anche quando l'uscita è in cortocircuito. Il range dinamico delle uscite di monitoraggio è 400 mV sopra l'uscita, quindi è possibile continuare a misurare la temperatura e la corrente anche quando l'uscita è in cortocircuito o impostata a zero. Un resistore da 1k offre un margine sufficiente e garantisce il funzionamento quando l'uscita è in cortocircuito.
L'uscita è impostata con un resistore dal pin Set a massa e un generatore di corrente di precisione di 50 μA. L'amplificatore inseguitore interno forza la tensione di uscita in modo che sia uguale alla tensione del pin Set. Solo nell'LT3081 il condensatore di uscita è opzionale. Il regolatore è stabile con o senza condensatori di ingresso e uscita. Tutta la corrente di esercizio interna scorre nel pin di uscita, per mantenere la regolazione basta un carico minimo. In questo caso un carico di 5 mA con tutte le tensioni di uscita serve a mantenere il dispositivo perfettamente regolato.
Il resistore esterno che determina la tensione di uscita può aumentare la deriva di temperatura del sistema. I resistori a montaggio superficiale di tipo commerciale hanno un ampio range di coefficienti di temperatura che, a seconda del produttore, possono andare da 100 ppm a oltre 500ppm. Anche se il resistore non si riscalda con la dissipazione di potenza nel regolatore, su un range di temperature ambiente ampio il suo coefficiente di temperatura può modificare l'uscita dell'1%-4%. Per le applicazioni di precisione sono disponibili resistori a film sottile con coefficienti di temperatura inferiori. Il vantaggio di usare un generatore di corrente interno come riferimento invece di un riferimento bootstrap, come nei regolatori precedenti, non è così evidente. Un vero generatore di corrente di riferimento consente al regolatore di avere un guadagno e una risposta in frequenza indipendenti dall'impedenza sull'ingresso positivo. In tutti i regolatori regolabili precedenti, come l'LT1086, il guadagno d'anello e la larghezza di banda variano con il variare della tensione di uscita. Se il pin di regolazione è derivato a terra, cambia anche la larghezza di banda. Per l'LT3081, il guadagno d'anello è invariato con la tensione di uscita o la derivazione. La regolazione dell'uscita non è una percentuale fissa della tensione di uscita, bensì un numero fisso di millivolt. Il vero generatore di corrente consente a tutto il guadagno nell'amplificatore separatore di garantire la regolazione, senza essere usato per amplificare il riferimento su una tensione di uscita maggiore.

Una Safe Operating Area molto ampia

Le applicazioni industriali hanno bisogno di una Safe Operating Area ampia. La Soa è la capacità di condurre correnti elevate con differenziali di ingresso-uscita elevati. L'LT1086, introdotto a metà degli anni '80, è un regolatore da 1,5A in cui la corrente di uscita diminuisce molto al di sopra di un differenziale di ingresso/uscita di 20 V. Sopra 20 V è disponibile solo una corrente di uscita di circa 100 mA, per cui la tensione di uscita non è più regolata se la corrente di carico supera i 100mA e i transienti sull'ingresso provocano un superamento del limite di corrente. Anche l'LT1963A, un regolatore a basso dropout, ha una Soa limitata. L'LT3081 estende la Soa, offrendo quasi 1 A di corrente di uscita con un differenziale di 25 V. Anche sopra 25 V è comunque possibile utilizzare la corrente di uscita di 500 mA. Questo consente di usare il regolatore in applicazioni in cui sia possibile applicare tensioni di ingresso molto variabili. Per ottenere una Soa ampia occorre usare una struttura grande per il dispositivo di commutazione Pnp. Inoltre l'LT3081 è dotato di protezione da tensione di ingresso inversa.

Pubblica i tuoi commenti