El diseño de potencia reductor-elevador permite una topología viable para la IoT vestible

Nota del editor: Las opciones antitéticas requeridas para diseñar un producto de Internet de las Cosas (IoT) que se pueda llevar puesto subrayan la necesidad de un diseño de sistema de energía fiable y estable. Las consideraciones específicas para este diseño incluyen las siguientes características del producto que se puede llevar puesto: el tamaño físico compacto del producto, su dependencia de las comunicaciones inalámbricas, la necesidad de una gestión eficiente de las baterías y los retos de cumplimiento de las normativas. Este artículo analiza cómo un diseño de sistema de energía basado en un regulador de conmutación reductor-elevador puede abordar y satisfacer estos desafíos de diseño. Para establecer esto, se exploran las especificaciones operacionales de los componentes disponibles en el mercado. Se proporcionan los requisitos de potencia de los módulos transceptores celulares LTE, la métrica de rendimiento de los reguladores de conmutación de reductor-elevador, y la reducción de la potencia, la ESR y la capacitancia de los capacitores de tántalo. En su conclusión, el artículo proporciona una topología de sistema de energía y un ejemplo de caso de uso para demostrar el rendimiento empírico del regulador reductor-elevador para satisfacer las demandas de un producto de IoT vestible.

Introducción

El rendimiento de los transceptores celulares depende de la fiabilidad y la estabilidad de los rieles de alimentación. Las elecciones de diseño deben hacerse para asegurar un margen de potencia adecuado, dimensiones apropiadas del plano de tierra y una ondulación suficientemente reducida. Estas opciones son aún más complicadas cuando los diseños se comprimen en un producto que se puede llevar puesto, que también funciona con pilas, y que está sujeto a normas reglamentarias.

Este artículo aborda algunos de los desafíos de diseño de potencia que se encuentran dentro de los dispositivos de IoT que se pueden llevar puestos, y propone una topología de diseño para abordar estos desafíos utilizando componentes disponibles en el mercado. Durante todo el proceso, se discutirán los equilibrios críticos de diseño y se recomendarán mitigaciones. El objetivo final de este artículo es presentar una topología de diseño de potencia robusta, que proporcione al diseñador una solución eficiente que opere dentro de las limitaciones de un dispositivo de IoT que se pueda llevar puesto.

Definir el reto: fiabilidad y estabilidad

A los efectos de este artículo, la fiabilidad se define como la capacidad del sistema de energía para proporcionar un carril de tensión dentro del rango de funcionamiento del transceptor de radio - en este caso, un transceptor celular. Esta capacidad también debe incluir la obtención de corriente que satisfaga tanto las extracciones de corriente típicas como las de pico previstas en el producto de IoT.

La estabilidad se define como el rizo presente en el riel de voltaje dentro de la especificación del dispositivo. Esta ondulación puede deberse a las características de conmutación del regulador, o puede deberse a una respuesta transitoria a un salto repentino en la demanda de corriente. Independientemente de la causa, la capacidad de respuesta del regulador es la base para determinar su estabilidad.

El poder de los transceptores celulares

Sin duda, los módulos transceptores celulares han permitido la conectividad inalámbrica con dispositivos grandes y pequeños a un nivel de adopción sin precedentes. Estos dispositivos se han ido integrando cada vez más, incluso incorporando reguladores de potencia integrados, osciladores compensados por temperatura y sofisticados co-procesadores. Sin embargo, todos estos dispositivos siguen dependiendo de parámetros de potencia clave, a saber, la fiabilidad y la estabilidad.

Las siguientes muestras de productos se presentan para subrayar este último punto. Aunque cada uno de estos productos está disponible en el mercado, y cualquiera de ellos sería apropiado como base para un producto de IoT que se pueda llevar puesto, las consideraciones de poder siguen siendo una necesidad. Para decirlo de otra manera, si no se alimenta adecuadamente, ninguno de estos dispositivos funcionará al máximo de su rendimiento y capacidad.

u-blox

La tabla 1 proporciona una vista de alto nivel de los parámetros de potencia para el módulo celular MPCI-L201-02S-00.

Tabla 1: parámetros de potencia de u-blox.

Según la documentación técnica, u-blox tiene unos requisitos bastante estrictos para alimentar este módulo.

Las características del regulador de conmutación conectado a los pines del VCC o 3.3 Vaux deben cumplir los siguientes requisitos para cumplir con los requisitos del módulo VCC o 3.3 Vaux:

• Capacidad de potencia: El regulador de conmutación, con su circuito de salida, debe ser capaz de proporcionar un valor de tensión a los pines del VCC o 3.3 Vaux dentro del rango de funcionamiento especificado y debe ser capaz de entregar el máximo consumo de corriente pico/pulso durante una ráfaga de transmisión (Tx) a la máxima potencia de Tx especificada en la hoja de datos de la serie TOBY-L2 o MPCI-L2.
• Ondulación de salida baja: El regulador de conmutación, junto con su circuito de salida, debe ser capaz de proporcionar un perfil de voltaje limpio (bajo ruido) VCC o 3.3 Vaux.
• La caída de voltaje no puede exceder los 400 mV.

Dentro de estos requisitos, se destacan los dos aspectos críticos, la fiabilidad y la estabilidad. No solo debe estar dentro del rango de voltaje apropiado, sino que debe minimizarse la ondulación. Curiosamente, la "ondulación" se separa en dos tipos diferentes en esta especificación de requisitos: ondulación de conmutación y caída de voltaje. La primera puede pensarse en la ondulación de alta frecuencia, relacionado con la conmutación del regulador. La segunda es una ondulación de baja frecuencia que probablemente se deba a la incapacidad de la fuente de energía para responder rápidamente a una carga de corriente más alta. Esto podría estar relacionado con el rendimiento del regulador; sin embargo, también podría provenir de una resistencia o inducción excesiva dentro de la trayectoria de la energía.

Es probable que un regulador utilizado en el diseño de un kit de desarrollo celular sea suficiente, pero un diseño de kit de desarrollo alimentado por la pared no sería adecuado para aplicaciones de uso con baterías. Además, la reducción del espacio físico del diseño, una necesidad de productos que se puedan llevar puestos, también podría afectar a la resistencia e inducción parásita dentro de la trayectoria de la energía. Es posible que esta complicación no se resuelva únicamente con la selección adecuada del regulador, sino que requiere mitigaciones adicionales, especialmente si estas características parasitarias amenazan el cumplimiento de la normativa del producto.

Digi

La tabla 2 proporciona una vista de alto nivel de los parámetros de potencia para el módulo celular XBC-V1-UT-001.

Tabla 2: Parámetros de potencia Digi.

De la documentación técnica, Digi tiene algunos requisitos bastante estrictos para alimentar este módulo, como se puede ver a continuación:

• La ondulación de la fuente de alimentación debe ser menor de 75 mV de pico a pico.
• La fuente de alimentación debe ser capaz de proporcionar un mínimo de 1.5 A a 3.3 V (5 W). Tenga en cuenta que operar a un voltaje más bajo requiere una mayor capacidad de corriente de la fuente de alimentación para lograr el requisito de 5 W.
• Coloca suficiente capacitancia en la clavija del VCC del XBee para mantener el voltaje por encima de la especificación mínima durante la corriente de entrada. La corriente de irrupción es de unos 2 A durante el encendido inicial de las comunicaciones celulares y el despertar del modo de espera.
• Coloca capacitores cerámicos de alta frecuencia más pequeños muy cerca de la clavija del VCC del Módem Celular XBee para disminuir el ruido de alta frecuencia.
• Usar un amplio trazado de la fuente de alimentación o plano de potencia para asegurar que puede manejar los requerimientos de corriente máxima con una mínima caída de voltaje. Colorado Electronic Product Design recomienda que la fuente de alimentación y el trazado se diseñen de tal manera que el voltaje en el pin del VCC XBee no varíe en más de 0.1 V entre la carga ligera (~0.5 W) y la carga pesada (~3 W).

De manera similar, para otros módulos celulares, la estabilidad y la fiabilidad del carril de alimentación son consideraciones clave. Estas directivas, sin embargo, son más específicas, llamando al máximo voltaje de ondulación, corriente de entrada esperada, y proporcionando algunos consejos de ayuda para el diseño de los circuitos.

La topología de la energía reductor-elevador - Una solución estable y fiable para los dispositivos vestibles de IoT alimentados por baterías.

El desafío está planteado. Diseñe un sistema de energía que cumpla con estos requisitos:

• Proporcionar un carril de energía dentro del rango de operación del módulo seleccionado.
• Suministrar suficiente corriente para cubrir las demandas de corriente media y máxima del módulo.
• Cumplir con todos los requisitos mencionados sin exceder el máximo de voltaje de ondulación y sin permitir demasiada caída de voltaje en el riel de energía.
• Hacer todo esto mientras se está confinado a un espacio físico apropiado para una aplicación que se pueda llevar puesto y lograr pasar las normas reguladoras relacionadas con el caso de uso de este producto.

Como se dijo, los módulos celulares tienen requisitos estrictos para sus sistemas de energía. Todo esto puede cumplirse dentro de un espacio físico confinado; sin embargo, deben emplearse consideraciones de orden superior para el éxito del producto. La topología de la figura 1 capta el enfoque recomendado.

Figura 1: Diagrama del regulador de conmutación de alto nivel de reductor-elevador. (Fuente de la imagen: Colorado Electronic Product Design)

Esta topología funciona mejor que algunas de las alternativas de diseño comunes, que también se examinan a continuación. A continuación se repasan cada uno de los aspectos de esta topología recomendada, los respectivos desafíos de diseño que presenta cada uno y cómo mitigar estos cambios.

Batería y resistencia de la batería

La resistencia interna de una batería será mayor que la resistencia de la propia batería. Esto se debe a los circuitos de protección, los cables de interconexión, los fusibles y otros elementos, que van en el paquete de baterías de una aplicación portátil. El cuadro 3 muestra el desglose del pequeño paquete de baterías de polímero de litio promedio que se utiliza en un teléfono móvil, que es un modelo apropiado para un dispositivo de IoT que se puede llevar puesto.

Tabla 3: Resistencias de la batería (detallada). (Fuente de la imagen: Battery University Group)

1) Conexión del módulo celular directamente a la batería

Bajo un consumo típico de corriente, esta resistencia no produce una caída de voltaje significativa; sin embargo, bajo una carga máxima, podrían caerse 0.13 V - 0.33 V del voltaje de la batería (los valores de voltaje se basan en la corriente más pequeña y más alta extraída de los módulos celulares presentados). Aunque esta caída de voltaje no golpee el carril de alimentación por debajo del valor mínimo de funcionamiento del módulo, producirá caída y ondulación, lo que está fuera de las especificaciones de estos módulos celulares. El rendimiento se verá afectado, y por lo tanto, no se aconseja alimentar el módulo directamente de una batería.

2) Uso de más capitacitancia reductora

Otro intento de superar esta caída de voltaje podría ser añadir más capacitancia local. Sin embargo, esta capacitancia tendría que suministrar suficiente corriente durante todo el tiempo que dure el consumo de corriente y hacerlo en todo el rango de temperatura de funcionamiento del producto. Esto en sí mismo es una demanda exigente para que los componentes pasivos se cumplan.

Este enfoque se complica aún más cuando se considera la cantidad de cizallamiento de la capacitancia requerida. Basado en la ecuación de corriente de un capacitor,

Ecuación 1

La ecuación puede ser resuelta para calcular la capacitancia requerida para un determinado voltaje, corriente y duración de tiempo,

Ecuación 2

Usando la parte del u-blox como referencia, se puede ver que el pulso de corriente alta podría estar activo durante 0.6 ms (4.615 ms /8).

Figura 2: perfil de consumo de corriente de u-blox. (Fuente de la imagen: u-blox)

Entonces, ¿cuánta capacitancia se requiere para suministrar 2 Amperios durante 0.6 ms para superar una caída de voltaje de 0.26 V? Usando la ecuación anterior, el valor calculado es 4.62 mF (4.62 X 10-3 Farad). Los capacitores cerámicos más grandes, que serían los mejores ya que típicamente tienen una resistencia en serie equivalente (ESR) más baja, son alrededor de 680 μF y no son típicamente componentes de montaje superficial. Varios de ellos tendrían que colocarse en paralelo, y habría que considerar la reducción del voltaje, la variación de la temperatura y la tolerancia. Hay capacitores de tántalo de gran valor, pero con ellos, la ESR limita la cantidad de corriente que se puede suministrar. Una vez más, varios de ellos tendrían que colocarse en paralelo para tener en cuenta las propiedades parasitarias no deseadas de los componentes.

El hecho de tener que utilizar varios capacitores consumiría un espacio precioso en la placa de circuitos dentro de un producto ya confinado que se puede llevar puesto, y aumentaría considerablemente la factura de los materiales. Además, la capacitancia tendría que ser rediseñada cada vez que hubiera un cambio de la batería, o cualquier otra cosa dentro de la trayectoria de la energía. Estas restricciones hacen que la solución capacitiva sea un enfoque problemático para resolver esta consideración de diseño.

Regulador de conmutación reductor-elevador

Este regulador es el corazón de esta topología de diseño de energía. En esta sección, se presentarán dos reguladores reductor-elevador disponibles en el mercado. Cada una de ellas sería una opción adecuada para una aplicación de IoT portátil. Sin embargo, antes de entrar en estos detalles, los pocos puntos que se mencionan ayudarán a explicar la necesidad de dicho regulador.

1) Un regulador reductor no es suficiente

En este punto, se ha argumentado que conectar un módulo celular directamente a la batería no es una buena elección de diseño. Sin embargo, en esta sección se va más allá y se argumenta que, aunque el uso de un regulador de la carga sería una mejora con respecto a una conexión de batería directa, todavía no es una opción de diseño que funcione para la mayoría de los casos de uso de IoT que se pueden llevar. El impulso es necesario, y lo siguiente explica por qué.

Figura 3: Curva de descarga de una batería de litio (3.7 V nominal) a corrientes de descarga de 0.2 C, 0.5 C y 1 C. (Fuente de la imagen: Innovative Battery Technology)

Cuando a una batería le queda el 20% de su carga, el voltaje de la misma podría estar dentro del rango de 2.8 V - 3.7 V. Ahora bien, el circuito de protección contra subvoltaje puede desconectar la batería cuando el voltaje cae por debajo de 3.0 V. Basándonos en esto, supongamos que el rango de voltaje "efectivo" para una batería con un 20% de capacidad restante es de 3.7 V - 3.0 V. Acoplando esta información con el hecho de que un regulador reductor requiere que el voltaje de entrada sea mayor o igual que el voltaje de salida, el dilema del diseño comienza a enfocarse.

Si se ajusta el VOUT a 3.3 V y si se utiliza un regulador reductor, entonces el voltaje más bajo de la batería utilizable será el valor que la batería puede sostener mientras el módulo celular tira de su corriente máxima, siempre y cuando este valor sea de 3.3 V o mayor.

Matemáticamente, la eficiencia se calcula como,

Ecuación 3

Reordenando esta ecuación,

Ecuación 4

Al asumir una eficiencia del 90% para el regulador reductor, debe proporcionar 3.3 V * 2.5 A = 8.25 W, si el módulo u-blox está diseñado en este. Esto significa que la potencia de entrada debe ser de 8.25 W/0.9 = 9.2 W.

Al aplicar la ecuación,

Ecuación 5

Se puede ver que el voltaje de entrada al valor nominal de su batería de 3.7 V debe suministrar 2.49 A. Sin embargo, esta es la corriente suministrada al regulador, que debe pasar primero a la resistencia de la serie del paquete de baterías. Por lo tanto, el voltaje real de la batería debe ser la suma del voltaje en la entrada del regulador y el voltaje caído a través de la resistencia en serie de la batería: 3.7 V + (2.49 A * 0.13 ohmios) = 4.02 V. Por lo tanto, se realiza una caída de 0.32 V sobre la resistencia en serie de la batería.

Esto significa que el valor útil más bajo que puede tener esta batería es 3.3 V + Resistencia_Serie_V = ~3.62 V. Si el voltaje de la batería cayera por debajo de esto, el voltaje de entrada al regulador reductor ya no sería mayor o igual que el voltaje de salida, y como tal, la regulación fallaría. Esta falla en la regulación causaría que el riel de energía del módulo celular se desplome y también violaría los requerimientos de voltaje de ondulación y caída. El rendimiento se vería afectado.

2) Consideraciones adicionales

En resumen, la porción de elevador del regulador reductor-elevador permite al sistema acceder al 20% final de la capacidad de la batería. Con el regulador reductor-elevador, el carril de alimentación del módulo se mantendrá mientras la batería pueda sostener la alimentación del regulador, y no dejará de funcionar prematuramente con la carga todavía en la batería.

Vale la pena señalar que con un regulador reductor-elevador, el último 20% de la carga de la batería se consumirá más rápido que el 80% anterior. Esto se debe al aumento de la corriente de entrada necesaria una vez que el voltaje de entrada cae por debajo del punto de ajuste del voltaje de salida. Sin embargo, este aumento de la corriente debe tenerse en cuenta al seleccionar la máxima corriente de descarga del paquete de baterías.

3) Ejemplo de producto - ISL91110 de Renesas

Los siguientes gráficos muestran las capacidades de esta parte. Esta parte tiene cambio automático de operación de carga ligera a operación de carga pesada. El resultado efectivo de esto es la mejora de la eficiencia en todo el rango de operación de la corriente de salida.

Figura 4: comparación de eficiencia y V_IN de ISL91110 de Renesas. (Fuente de la imagen: Renesas)

Figura 5: Transitorio de carga de 0 A a 2 A ISL91110 de Renesas (V_IN = 3.6 V, V_OUT = 3.3 V). (Fuente de la imagen: Renesas)

4) Ejemplo de producto - FAN49103 de ON Semiconductor

Esta parte también tiene cambio automático de operación de carga ligera a operación de carga pesada. Aunque los parámetros son para un voltaje de salida fijado en 3.4 V (en lugar de 3.3 V), esta parte funcionaría para esta aplicación de ejemplo.

Figura 6: comparación de eficiencia y carga I (mA) FAN49103 de ON Semiconductor (Fuente de la imagen: ON Semiconductor)

Figura 7: transiente de carga FAN49103 de 0 A a 2 A de ON Semiconductor (V_IN = 3.6 V, V_OUT = 3.4 V). (Fuente de la imagen: ON Semiconductor)

Capacitores locales

Los capacitores locales tienen dos funciones importantes: suministrar almacenamiento de energía local para satisfacer aumentos repentinos de la corriente de carga, y filtrar los transitorios de alta frecuencia y los voltajes de ondulación que pueden ser perjudiciales para el rendimiento.

La ubicación recomendada del capacitor dentro del diseño es crítica. La colocación debe hacerse de manera que el módulo celular sea alimentado por el riel de voltaje más limpio posible. Esto significa que los capacitores que están inmediatamente al lado del módulo celular deben tener la menor ESR y ESL. De hecho, su capacidad nominal real puede estar en el rango de pico-faradio. Se recomiendan los capacitores cerámicos de C0G.

Ahora bien, aunque estos pequeños capacitores logran filtrar la alta frecuencia bastante bien, tienen poco almacenamiento de energía. Para este objetivo, un capacitor de tántalo más grande en el rango de cientos de micro-faradios se coloca más lejos de las clavijas de alimentación del módulo celular. Esto no significa que esté lejos; sigue estando cerca, pero no tan cerca como los capacitores cerámicos mencionados anteriormente. Una característica adicional e importante de este gran capacitor es que su ESR es baja en la frecuencia fundamental del transitorio de corriente previsto. Se recomienda una ESR de 100 mΩ a 100 KHz.

La figura 8 ilustra la disposición recomendada para el módulo celular MPCI u-blox.

Figura 8: Esquema de disposición de capacitores locales recomendados para la serie MPCI-L2 de u-blox. (Fuente de la imagen: u-blox)

En la figura 8, C1-C3 son los capacitores de bajo valor, de baja ERS, de baja ESL y de C0G. C4 - C5 son cerámicas dentro del rango 0.1 - 10 μF. Por último, C6 es el gran valor de tántalo para la baja ESR en la frecuencia fundamental de la corriente de carga transitoria.

Es extremadamente importante que los índices de voltaje se seleccionen de manera que se mitigue la reducción de la potencia. Esto es especialmente cierto para los capacitores de cerámica.

Esta sección concluye con un par de capacitores disponibles comercialmente. Se proporcionan los parámetros aplicables.

1) KEMET

Número de pieza: T520D337M006ATE045

Capacidad: 330 μF

Tolerancia: 20%

Clasificación de voltaje: 6.3 V

ESR a 100 KHz: 45 mΩ

2) Panasonic Electronic Components

Número de pieza: 6TPF470MAH

Capacidad: 470 μF

Tolerancia: 20%

Clasificación de voltaje: 6.3 V

ESR a 100 KHz: 10 mΩ

Consideraciones sobre el diseño de la disposición

Aunque cada uno de los componentes seleccionados tendrá sus recomendaciones específicas de diseño en sus hojas de datos, hay algunas directrices generales de diseño, que conducen a un rendimiento eficiente y de bajo ruido.

1) La puesta a tierra y la energía se vierten

Usen los vertidos de los polígonos siempre que sea posible. Esto es especialmente cierto para las conexiones con el voltaje de entrada, el voltaje de salida, el inductor y los nodos de tierra. En resumen, no escatimar en cobre, ya que estos planos proporcionan vías de baja resistencia y baja inducción para el flujo de corriente, que incluye cualquier corriente espuria o de conmutación. La figura 9 es una disposición de la capa superior recomendada para el regulador reductor-elevadorLTC3113 de Linear Technology, e ilustra bien la preferencia de los vertidos de cobre.

Figura 9: Diseño de la capa superior recomendado por LTC3113 de Linear Tech. (Fuente de la imagen: Linear Technology)

2) Amortiguador

Aunque se han hecho todos los esfuerzos para reducir las resistencias e inductancias parásitas, este es un diseño de tamaño limitado y llevable. Los aviones de tierra y de potencia no serán tan grandes como deberían ser. Las disposiciones de este diseño deberían permitir la colocación de un circuito de amortiguador RC. Aunque no es necesario poblar estos componentes inicialmente, los diseñadores se beneficiarán de tener las huellas asignadas en caso de que este circuito sea necesario para reducir las emisiones.

Estos elementos parásitos contribuyen a que suene dentro de la corriente de conmutación (Figura 10).

Figura 10: Zumbido dentro del regulador reductor cambiando la corriente del inductor. (Fuente de la imagen: ROHM Semiconductor).

Ahora, como ya se ha dicho, esto puede ser inevitable debido al cumplimiento de los requisitos espaciales. El circuito de amortiguación, figura 11, desvía estas energías espurias a la tierra. Sin hacer esto, estas oscilaciones podrían empujar las emisiones del diseño por encima de los límites aceptables para el cumplimiento de la normativa. El circuito de amortiguamiento es una herramienta útil para silenciar el regulador con limitaciones espaciales.

Figura 11: El regulador reductor recomienda la ubicación del RC Snubber. (Fuente de la imagen: ROHM Semiconductor).

3) Perla de ferrita

La última recomendación es abordar cualquier ruido duradero de alta frecuencia que esté conduciendo junto con la potencia de salida. Coloca una perla de ferrita de alta corriente, seleccionada para tener la atenuación adecuada en las frecuencias clave, en serie con la salida del regulador reductor-elevador. Esto debe colocarse entre la salida del regulador y los capacitores reductores de paso.

Estudio de caso - LTC3113 alimentando el módulo SARA del u-blox

El módulo SARA es un transceptor celular 3G. Al igual que los módulos celulares mencionados anteriormente, también puede atraer grandes corrientes en chorros que hacen que el voltaje de la batería se desplome debido a la resistencia en serie. El diseño del circuito de la figura 12 para el regulador de conmutación reductor-elevador LTC3113 se utilizó para mantener un carril de alimentación de 3.3 V estable y fiable para este diseño.

Figura 12: Estudio de caso del circuito regulador de conmutación reductor-elevador LTC3113. (Fuente de la imagen: Colorado Electronic Product Design)

Este diseño del regulador, en combinación con los capacitores de derivación local dispuestos como se muestra en la figura 12, produjo un carril de potencia estable bajo todas las corrientes de funcionamiento que se tomaron. El gráfico de alcance de la figura 13 captura la corriente que extrae el SARA (azul), el riel de potencia de salida a 3.3 V que viene del regulador reductor-elevador (verde), el voltaje de la batería de entrada y cualquier hundimiento en este riel (púrpura), y el voltaje de rizado medido en el riel de potencia de salida (naranja).

Como se puede ver, este gran pico de corriente no causa hundimiento u ondulación significativa en el carril de salida regulado de 3.3 V. Sin embargo, hace que el riel de entrada se desvíe.

Figura 13: Estudio de caso del circuito regulador de conmutación reductor-elevador LTC3113, dibujo del módulo SARA ~0.9 A de corriente de módulo (azul), carril de salida de 3.3 V (verde), carril de entrada de la batería (púrpura), y ondulación de riel de salida de 3.3 V (naranja). (Fuente de la imagen: Colorado Electronic Product Design)

Una vez más, la estabilidad y la fiabilidad del carril de salida se mantienen constantes a un sólido 3.3 V y con un mínimo de ondulación. Sin embargo, el carril de entrada de la batería experimenta una caída de ~0.32 V, lo que está fuera de la especificación del módulo SARA y fuera de la especificación de los otros módulos mencionados en este documento. El regulador reductor-elevador es capaz de acomodar estos picos de corriente y mantener un carril de alimentación adecuado para el funcionamiento del módulo celular en todas las condiciones previstas.

Conclusión:

Los diseños de IoT que se pueden usar presentan una serie de desafíos para los ingenieros de diseño, y el sistema de energía se encuentra en la convergencia de muchos de ellos. La topología del regulador reductor-elevador aborda directamente estos cambios proporcionando un carril de alimentación estable y fiable en el rango de condiciones de funcionamiento de un módulo celular. Esto no quiere decir que no sea necesario un cuidadoso trabajo de diseño. Más bien, es decir que si se siguen buenas prácticas de diseño, esta topología funcionará. A medida que los diseños de IoT se vuelven más compactos, las expectativas de rendimiento también aumentarán. Considere esta robusta topología para impulsar diseños de IoT compactos y de alto rendimiento.

Reconocimiento: Agradecimientos especiales a Linear Tech/Analog Devices y a la dirección y el personal del CEPD (Colorado Electronic Product Design).