AES_8 2022

Novembre - Dicembre 2022 n Automazione e Strumentazione ELETTRONICA Applicazioni 78 alimentazione del sistema principale. Di particolare rilievo è il fatto che l’efficienza di un LDO è diretta- mente legata alla differenza tra la tensione di ingresso e quella di uscita: maggiore differenza significa minore efficienza. Tuttavia, a differenza dei convertitori a commutazione, gli LDO non possono fornire una ten- sione di uscita superiore a quella di ingresso. La figura 2 illustra il design interno di un LDO. L’LDO nell’esempio è la variante a uscita fissa del dispositivo ST730 di STMicroelectronics (ST). Un’uscita dell’amplificatore operazionale pilota, il gate di un transistor con source e drain collegati tra Vin e Vout. L’ingresso positivo dell’amplificatore operazionale è polarizzato con una tensione di rife- rimento bandgap, mentre l’ingresso negativo traccia la Vout utilizzando un partitore resistivo. Il segnale di uscita dall’amplificatore di errore viene utilizzato per modificare la tensione di gate dell’elemento pass per mantenere la Vout stessa al valore nominale. Il dispositivo ST730 è inoltre disponibile con un inter- vallo di tensione regolabile. Ciò permette di sostituire il partitore di tensione interno con componenti esterni configurati dall’utente. Un pin di abilitazione con- sente all’applicazione host di attivare/disattivare l’u- scita utilizzando la logica digitale. Il dispositivo vanta una corrente di riposo ultrabassa di 5 µA. La comprensione di alcune terminologie chiave del- l’LDO aiuta gli ingegneri a selezionare e specificare i dispositivi adatti per il loro progetto. I termini inclu- dono: caduta di tensione, corrente di riposo, regola- zione del carico, regolazione di linea e Power Supply Ripple Rejection (PSRR). Caduta di tensione: differenza di tensione da ingresso a uscita oltre la quale l’LDO non può più regolare l’uscita a fronte di ulteriori riduzioni della tensione di ingresso. Per mantenere la Vout nominale, Vin deve essere pari a Vout + la tensione di caduta. Corrente di riposo: è la corrente richiesta per ali- mentare le funzioni interne dell’LDO. La corrente viene consumata - indipendentemente dallo stato del carico - dall’amplificatore operazionale, dal genera- tore di polarizzazione, dal riferimento bandgap banda e dal partitore di tensione. Regolazione del carico: capacità dell’LDO di man- tenere una Vout costante nonostante le variazioni nelle condizioni di carico. La regolazione del carico è espressa come variazione percentuale della tensione di uscita rispetto alla variazione della corrente di carico. Regolazione di linea: la regolazione di linea è espressa come variazione percentuale della tensione di uscita rispetto alla variazione della tensione di ingresso. PSRR: caratteristica essenziale che descrive la capa- cità di un LDO di filtrare il ripple della Vin e impedire che diventi rumore sulla Vout. Il PSSR è specificato in una gamma di frequenze ed è espresso in dB. Monitoraggio della tensione Come evidenziato in precedenza, nei modelli alimen- tati a batteria, la misurazione della tensione di uscita della batteria indica il suo stato di carica (State of Charge - SoC). Per ogni chimica di batteria, il produt- tore pubblicherà un grafico che descrive in dettaglio la percentuale di stato di carica (SoC) della batteria rispetto alla tensione. Questo grafico può essere utiliz- zato per misurare lo stato di carica rispetto alle icone dell’indicatore di autonomia (25%, 50%, eccetera). Tuttavia, il circuito di misurazione non deve imporre un carico sulla batteria tale da contribuire attivamente al consumo di corrente complessivo del dispositivo. La figura 3 mostra un amplificatore operazionale ST configurato per un’applicazione di monitoraggio della tensione della batteria. Il dispositivo TSU101 di ST consuma solo 580 nA per canale, il che impone un carico minimo sulla batteria. È compatibile con configurazioni rail-to-rail a 5 V sia in ingresso che in uscita. È ideale per l’uso in applica- zioni alimentate a batteria in cui è fondamentale una lunga durata tra una sostituzione e l’altra. È disponi- bile nelle varianti single, dual e quad package. Figura 3 - Nano amplificatore operazionale di potenza TSU101 di ST che misura la tensione della batteria (fonte: ST)