Un nuevo diodo ideal para circuitos de suministro de energía de baja y media tensión

Analog Devices ha lanzado un IC que proporciona una funcionalidad de diodo de alto rendimiento para aplicaciones automotrices, dispositivos portátiles, equipos informáticos y sistemas fotovoltaicos.

Una parte importante del viaje del estudiante al ingeniero profesional consiste en una serie de reflexiones sobre la naturaleza de los componentes electrónicos reales. Una resistencia no es solo una resistencia; también crea ruido. Un capacitor no es solo un capacitor; También tiene resistencia en serie. Una traza de PCB no es solo una traza de PCB; También tiene inductancia, y resistencia, y capacitancia.

El proceso de despertar a la realidad no ideal de los dispositivos electrónicos es particularmente desalentador cuando es contemporáneo con la realización gradual, o no tan gradual, de que el mundo en general es un lugar más bien no ideal. Afortunadamente, este artículo nos ofrece un respiro de toda esta no idealidad.

El problema con los diodos "normales"

Los diodos son dispositivos extremadamente útiles y se incorporan a una variedad de circuitos en los que, por una razón u otra, la corriente debe fluir en una sola dirección. Esta tarea se conoce como rectificación, y los diodos también se conocen como rectificadores.

Esto le da una idea de las características de voltaje-corriente de un moderno rectificador de potencia. Vea este artículo para más información.

El problema con los diodos es que no pueden rectificarse sin caer un poco de voltaje. En algún momento, la mayoría de nosotros probablemente aprendimos que los diodos caen 0.6 o 0.7 V cuando están conduciendo corriente. Esta es una gran simplificación, y es completamente errónea si no especifica que estamos hablando de un diodo de unión PN de silicio, porque los diodos Schottky ofrecen un voltaje directo significativamente más bajo.

En muchas aplicaciones, la caída de voltaje del diodo se ignora fácilmente, pero en situaciones de alta corriente, como los circuitos de alimentación, este voltaje puede traducirse en una cantidad significativa de energía desperdiciada. La potencia, como siempre, es igual al voltaje multiplicado por la corriente. Si la fuente de alimentación necesita entregar una cierta cantidad de corriente para los circuitos de carga, nuestra única opción para reducir la disipación de energía del diodo es reducir el voltaje directo. El uso de un diodo Schottky en lugar de un típico rectificador de silicio es ciertamente un paso en la dirección correcta, pero ¿podemos hacerlo mejor?

Un diodo "ideal"

El LTC4376 se describe como "un diodo ideal con protección de entrada inversa".

Diagrama tomado de la hoja de datos LTC4376.

Como habrás adivinado, sin embargo, no es del todo ideal y, además, no es realmente un diodo. El LTC4376 es un circuito integrado que proporciona funcionalidad de diodo usando un MOSFET. Se describe como un diodo porque rectifica, y se describe como ideal porque la caída de tensión directa, aunque no es cero, es mucho más baja de lo que se podría obtener de un diodo Schottky.

Los circuitos internos del dispositivo controlan el MOSFET de manera que la caída de voltaje de entrada a salida es de 30 mV, lo que podría ser un orden de magnitud menor que el voltaje directo de un diodo de Schottky comparable. La siguiente gráfica le da una idea de cuánto puede reducir la disipación de energía usando el LTC4376 en lugar de un Schottky.

Diagrama tomado de la hoja de datos LTC4376.

Si se pregunta por qué alguien usa diodos cuando podemos obtener un mejor rendimiento de un MOSFET, observe el diagrama de bloques interno del LTC4376. Al parecer, se necesita una gran cantidad de circuitos para convertir un MOSFET en una versión mejorada de un diodo.

Diagrama tomado de la hoja de datos LTC4376.

Aplicaciones de diodos ideales

Los circuitos de la fuente de alimentación comúnmente emplean rectificadores para la protección contra polaridad inversa y el "ORing". En estas dos situaciones, cantidades grandes de corriente de la fuente de alimentación fluyen a través del diodo, lo que resulta en cantidades potencialmente altas de energía desperdiciada. Además, en los sistemas de baja tensión, la caída de tensión en sí puede ser problemática.

Los rectificadores protegen contra la inversión del suministro asegurándose de que la corriente no pueda fluir en la dirección correspondiente a la polaridad de voltaje incorrecta. El LTC4376 puede realizar esta tarea a la vez que reduce la cantidad de voltaje perdido en el "diodo", prolongando la vida útil de la batería y generando menos calor.

El término "ORing" se refiere a la práctica de conectar las salidas de dos fuentes de alimentación. Esto proporciona redundancia: si un suministro falla, el otro automáticamente toma su lugar y suministra corriente a la carga. El siguiente diagrama le proporciona un ejemplo de un esquema de redundancia de fuente de alimentación LTC4376.

Diagrama tomado de la hoja de datos LTC4376.

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¿Tiene alguna experiencia con circuitos integrados de diodo ideal? ¿Una reducción de orden de magnitud en el voltaje directo lo motiva a comenzar a reemplazar sus rectificadores Schottky? Siéntase libre de compartir sus pensamientos en la sección de comentarios a continuación.