Todos los sensores e instrumentos tienen un rango de voltaje operativo, y solo dentro de este rango el sistema puede operar de forma estable y fiable. Sabemos que el umbral de alto voltaje se puede controlar mediante un circuito de protección contra sobretensiones, pero ¿cómo se define el umbral de bajo voltaje? Las fuentes de alimentación suelen utilizar una solución de tipo reductor (BUCK) con baja caída de tensión (LDO). El voltaje mínimo de funcionamiento se establece mediante la función UVLO (bloqueo por subtensión) del circuito reductor, que actúa como una "puerta de seguridad". Esto garantiza que el sistema funcione solo cuando el voltaje de entrada es superior al UVLO, evitando la inestabilidad en las fuentes de alimentación posteriores y posibles interrupciones del sistema debido a voltajes de entrada excesivamente bajos.
El bloqueo por subtensión (UVLO) es un mecanismo de protección de circuitos que monitorea la tensión de entrada del sistema. Cuando la tensión de entrada cae por debajo de un umbral establecido, el UVLO corta la salida de la fuente de alimentación, lo que previene la inestabilidad del sistema, daños a los componentes e incluso riesgos de seguridad causados por una tensión insuficiente.
Diseño de umbral doble UVLO
Umbral de inicio (V_START): cuando el voltaje de entrada aumenta a este valor, el circuito comienza a funcionar (por ejemplo, 6,5 V).
Umbral de apagado (V_STOP): Cuando la tensión de entrada cae a este valor, el circuito deja de funcionar (por ejemplo, 5 V). Tensión de histéresis (HYS): Esto evita la conmutación frecuente causada por fluctuaciones de tensión cerca del umbral (por ejemplo, tras arrancar a 6,5 V, la tensión debe caer a 5 V antes de apagarse).
Tomemos como ejemplo el chip de fuente de alimentación reductor TPS54561 de TI. Su función UVLO se implementa mediante el pin EN. Su estructura interna incluye dos módulos clave: 1. Comparador de tensión: Detecta la tensión del pin EN frente a un umbral interno (valor típico V_ENA = 1,2 V). 2. Fuente de corriente de histéresis: Proporciona una corriente de histéresis de Ihys = 3,4 μA para evitar la conmutación frecuente causada por fluctuaciones de tensión.
Según la hoja de datos, el pin EN del TPS54561 incluye una fuente de corriente de pull-up I1 = 1,2 μA, una fuente de corriente de histéresis Ihys = 3,4 μA y V_ENA = 1,2 V (umbral del pin EN). El umbral UVLO se configura mediante dos resistencias divisoras de tensión, como se muestra en la siguiente fórmula:
Método de configuración UVLO TPS54561
Utilice una red divisoria de resistencia externa para ajustar el voltaje de inicio de UVLO (V_START) y el voltaje de apagado (V_STOP):
Comience cuando el voltaje de entrada sea ≥ 6,5 V (agregue pasos de 1 a 3 V al objetivo de voltaje de salida de 5 V, aquí 5 V + 1,5 V = 6,5 V).
Detenerse cuando el voltaje de entrada sea ≤ 5 V (porque el voltaje de salida objetivo es 5 V).
Pasos del cálculo:
Calcular R1/R_UVLO1:
R_UVLO1 = (V_INICIO - V_PARADA) / I_HYS = (6,5 V - 5 V) / 3,4 μA ≈ 442 kΩ
Calcular R2/R_UVLO2:
R_UVLO2 = (V_ENA * R_UVLO1) / (V_START - V_ENA + I1 * R_UVLO1) ≈ 90,9kΩ
El resultado final se muestra en la siguiente figura:
UVLO actúa como un guardián del sistema de suministro de energía, tomando medidas decisivas cuando el voltaje es anormal, ¡agregando un bloqueo de seguridad a su solución de suministro de energía!
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