Cómo funcionan los reguladores de voltaje en electrónica

Los reguladores de voltaje son una característica común en muchos circuitos para garantizar que se suministre un voltaje constante y estable a la electrónica sensible. Su funcionamiento es típico de muchos circuitos analógicos, el uso juicioso y elegante de la retroalimentación para ajustar la salida al nivel deseado.

Los reguladores de voltaje son una característica común en muchos circuitos para garantizar que se suministre un voltaje constante y estable a la electrónica sensible. Su funcionamiento es típico de muchos circuitos analógicos, el uso juicioso y elegante de la retroalimentación para ajustar la salida al nivel deseado.

Descripción general del regulador de voltaje

Cuando se necesita un voltaje estable y confiable, los reguladores de voltaje son los componentes de referencia. Los reguladores de voltaje toman un voltaje de entrada y crean un voltaje de salida regulado independientemente del voltaje de entrada en un nivel de voltaje fijo o un nivel de voltaje ajustable (seleccionando los componentes externos correctos). Esta regulación automática del nivel de voltaje de salida se maneja mediante varias técnicas de retroalimentación, algunas tan simples como un diodo Zener, mientras que otras incluyen topologías de retroalimentación complejas que pueden mejorar el rendimiento, la confiabilidad, la eficiencia y agregar otras características como aumentar el voltaje de salida por encima del voltaje de entrada a El regulador de voltaje.

Cómo funcionan los reguladores de voltaje lineal

Mantener un voltaje fijo con una entrada desconocida y potencialmente ruidosa (o peor) requiere una señal de retroalimentación para saber qué ajustes deben hacerse. Los reguladores lineales usan un transistor de potencia (ya sea BJT o MOSFET dependiendo del componente utilizado) como una resistencia variable que se comporta como la primera mitad de una red de divisor de voltaje. La salida del divisor de voltaje se usa como retroalimentación para impulsar el transistor de potencia de manera apropiada para mantener un voltaje de salida constante. Desafortunadamente, dado que el transistor se comporta como una resistencia, desperdicia mucha energía al convertirlo en calor, a menudo mucho calor. Dado que la potencia total convertida en calor es igual a la caída de voltaje entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida multiplicado por la corriente suministrada, la potencia disipada a menudo puede ser muy alta y eso requiere buenos disipadores térmicos.

Una forma alternativa de un regulador lineal es un regulador de derivación, como un diodo Zener. En lugar de actuar como una resistencia de serie variable como lo hace el regulador lineal típico, un regulador de derivación proporciona una ruta a tierra para que fluya el exceso de voltaje (y corriente). Desafortunadamente, este tipo de regulador a menudo es incluso menos eficiente que un regulador lineal en serie típico y solo es práctico cuando se necesita y se suministra muy poca energía.

Cómo funcionan los reguladores de voltaje de conmutación

Un regulador de voltaje de conmutación funciona en un principio completamente diferente que los reguladores de voltaje lineal. En lugar de actuar como un sumidero de voltaje o corriente para proporcionar una salida constante, un regulador de conmutación almacena energía a un nivel definido y utiliza la retroalimentación para garantizar que el nivel de carga se mantenga con una fluctuación de voltaje mínima. Esta técnica permite que el regulador de conmutación sea mucho más eficiente que el regulador lineal al encender un transistor completamente (con resistencia mínima) solo cuando el circuito de almacenamiento de energía necesita una explosión de energía. Esto reduce la energía total desperdiciada en el sistema a la resistencia del transistor durante la conmutación, ya que pasa de ser conductor (muy baja resistencia) a no conductor (muy alta resistencia) y otras pérdidas de circuitos pequeños.

Cuanto más rápido cambie un regulador de conmutación, menor será la capacidad de almacenamiento de energía que necesita para mantener el voltaje de salida deseado, lo que significa que se pueden usar componentes más pequeños. Sin embargo, el costo de una conmutación más rápida es una pérdida de eficiencia, ya que se pasa más tiempo haciendo la transición entre los estados de conducción y de no conducción, lo que significa que se pierde más energía debido al calentamiento resistivo.

Otro efecto secundario de una conmutación más rápida es el aumento del ruido electrónico generado por el regulador de conmutación. Mediante el uso de diferentes técnicas de conmutación, un regulador de conmutación puede reducir el voltaje de entrada (topología de reducción), aumentar el voltaje (aumentar la topología), o reducir o aumentar el voltaje (aumento de reducción) según sea necesario para mantener el voltaje de salida deseado lo que hace que los reguladores de conmutación sean una excelente opción para muchas aplicaciones alimentadas por batería, ya que el regulador de conmutación puede aumentar o aumentar el voltaje de entrada de la batería a medida que la batería se descarga. Esto permite que la electrónica continúe funcionando mucho más allá del punto en el que la batería podría suministrar directamente el voltaje correcto para que funcione el circuito.

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