Obtener voltajes superiores al de alimentación o voltajes negativos

Hay ocasiones en las que un determinado componente o parte del circuito electrónico que estamos diseñando requiere una tensión mayor a la empleada para alimentar el resto del circuito o proporcionada por una batería. Por ejemplo, si necesitamos implementar un puerto de comunicación serie RS232, se requieren tensiones de aproximadamente ±12 voltios. O puede que algún sensor o amplificador de instrumentación requiera tensiones superiores a los +5 o +3,3 voltios empleados por el resto de la electrónica digital que lo controla, o incluso tensiones negativas.

En los casos planteados anteriormente, y en infinidad de otras necesidades que se pueden plantear, en las que se requieren “tensiones especiales” con consumos de corriente bajos para alimentar cargas eléctrónicas de poca potencia o como simples tensiones de referencia, se suelen plantear soluciones alternativas a la clásica que sería montar distintas fuentes de alimentación, lo que aumentaría el coste económico y el consumo eléctrico, produciría más calor, aumentaría el tamaño del circuito, etc.

Pero en el caso de que el circuito vaya a ser portátil, o en el mundo de la automoción donde la alimentación eléctrica proviene de baterías…

¿cómo alimentar estos circuitos que requieren tensiones superiores a la proporcionada por las baterías o incluso tensiones negativas?

Una solución muy habitual es el uso de un sistema llamado Bomba de Carga Elevadora o Duplicadora (más conocido en inglés como Boost Charge Pump), que realiza una convertidor DC a DC cuyo principio de funcionamiento nos explica perfectamente Twistx77 en el siguiente video.

Controlando los tiempos de las conmutaciones, entre ciertos límites que dependerán del uso que se le vaya a dar, podríamos regular la tensión que se entrega. En el desarrollo práctico de este método, siempre que pretendamos alimentar cargas eléctricas pequeñas, no se requieren bobinas o componentes electrónicos voluminosos y caros.

Aplicando este sistema de conmutación rápida para poner en serie tensión de fuente de tensión y condensadores, también se puede triplicar o cuadruplicar la tensión conectando en serie varias etapas elevadoras. O conseguir tensiones negativas (Bomba de Carga Inversora) invirtiendo la conexión de los condensadores una vez cargados. Es el principio de funcionamiento en que se basan circuitos integrados como el LTC3265 de Linear Technology.

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Incluye una Bomba de Carga Duplicadora con un rango de tensión de entrada (VIN_P) de entre 4,5V y 16V, una Bomba de Carga Inversora con un rango de tensión de entrada de entre 4,5V y 32V cuya entrada (VIN_N) se puede conectar a la salida de la Bomba de Carga Duplicadora, y dos Reguladores de Baja Caída de Tensión (LDO por sus siglas en inglés) que nos permiten regular las tensiones de salida de las Bombas de Carga (VOUT+ y VOUT-) y ajustar las tensiones LDO+ y LDO- a nuestras necesidades mediante resistencias externas, pudiendo proporcionar desde ±1.2V hasta el doble de la tensión de entrada (máximo 2 x VIN_P = ±32V) de manera independiente en cada una de sus salidas positiva y negativa (LDO+ y LDO-), con una corriente máxima de 50 mA. La frecuencia de la conmutación, que vimos en el video explicativo del sistema, en este integrado es de 500kHz, pero permite modificarla entre 50kHz y 500khz conectado una resistencia externa.33551

De características similares a este, podemos encontrotar cientos de integrados (Texas Instruments: Boost Charge Pump Inductorless) (Linear Technology: Inductorless (Charge Pump) DC/DC Converters) que se adaptan a todas las necesidades, por lo que conseguir cualquier tensión en nuestros circuitos electrónicos a partir de una sola tensión fija de alimentación no debería ser ningún inconveniente.

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