Tipos de reguladores de voltaje

Una explicación de tres tipos diferentes de reguladores de voltaje. Cuando se necesita un voltaje estable y confiable, los reguladores de voltaje son el componente ideal.

Una explicación de tres tipos diferentes de reguladores de voltaje.

Cuando se necesita un voltaje estable y confiable, los reguladores de voltaje son el componente ideal. Toman un voltaje de entrada y crean un voltaje de salida regulado independientemente del voltaje de entrada en un nivel de voltaje fijo o en 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.

Tipos de reguladores de voltaje

Hay varios tipos de reguladores de voltaje que van desde muy asequibles hasta muy eficientes. Los reguladores de voltaje más asequibles y, a menudo, los más fáciles de usar son los reguladores de voltaje lineal.

Los reguladores lineales vienen en un par de tipos, son muy compactos y se usan a menudo en sistemas de baja tensión y baja potencia.

Los reguladores de conmutación son mucho más eficientes que los reguladores de voltaje lineal, pero son más difíciles de trabajar y más caros.

Reguladores lineales

Una de las formas más básicas para regular el voltaje y proporcionar un voltaje estable para la electrónica es usar un regulador de voltaje lineal estándar de 3 pines como el LM7805, que proporciona una salida de 5 voltios y 1 amperio con un voltaje de entrada de hasta 36 voltios ( Dependiendo del modelo).

Los reguladores lineales funcionan ajustando la resistencia en serie efectiva del regulador en función de un voltaje de retroalimentación, convirtiéndose esencialmente en un circuito divisor de voltaje. Esto permite que el regulador produzca un voltaje constante efectivo independientemente de la carga de corriente que se le aplique, hasta su capacidad actual.

Una de las grandes desventajas de los reguladores de voltaje lineal es la gran caída de voltaje mínimo a través del regulador de voltaje, que es de 2.0 voltios en el regulador de voltaje lineal estándar LM7805. Esto significa que para obtener la salida estable de 5 voltios, se requiere al menos una entrada de 7 voltios. Esta caída de voltaje juega un papel importante en la potencia disipada por el regulador lineal, que tendría que disipar al menos 2 vatios si entregara una carga de 1 amperio (caída de voltaje de 2 voltios multiplicada por 1 amperio).

La disipación de potencia empeora cuanto mayor es la diferencia entre el voltaje de entrada y el de salida. Entonces, por ejemplo, mientras que una fuente de 7 voltios regulada a 5 voltios que entrega 1 amperio disiparía 2 vatios a través del regulador lineal, una fuente de 10 voltios regulada a 5 voltios que entrega la misma corriente disiparía 5 vatios, haciendo que el regulador solo 50 % eficiente.

Reguladores de conmutación

Los reguladores lineales son excelentes soluciones para aplicaciones de bajo consumo y bajo costo donde la diferencia de voltaje entre la entrada y la salida es baja y no se requiere mucha potencia. El mayor inconveniente de los reguladores lineales es que son muy ineficientes, que es donde entran en juego los reguladores de conmutación.

Cuando se necesita una alta eficiencia o se espera un amplio rango de voltaje de entrada, incluidos voltajes de entrada por debajo del voltaje de salida deseado, un regulador de conmutación se convierte en la mejor opción. Los reguladores de voltaje de conmutación tienen eficiencias de potencia del 85% o mejores en comparación con las eficiencias del regulador de voltaje lineal que a menudo están por debajo del 50%.

Los reguladores de conmutación generalmente requieren componentes adicionales sobre los reguladores lineales, y los valores de los componentes tienen un impacto mucho mayor en el rendimiento general de los reguladores de conmutación que los reguladores lineales.

También existen más desafíos de diseño al usar reguladores de conmutación de manera efectiva sin comprometer el rendimiento o el comportamiento del resto del circuito debido al ruido electrónico que el regulador puede generar.

Diodos Zener

Una de las formas más simples de regular el voltaje es con un diodo Zener. Si bien un regulador lineal es un componente bastante básico con pocos componentes adicionales necesarios para trabajar y muy poca complejidad de diseño, un diodo Zener puede proporcionar una regulación de voltaje adecuada en algunos casos con un solo componente.

Dado que un diodo Zener desvía todo el voltaje adicional por encima de su umbral de voltaje de ruptura a tierra, se puede usar como un regulador de voltaje muy simple con el voltaje de salida atravesado por los cables del diodo Zener.

Desafortunadamente, los Zeners a menudo tienen una capacidad muy limitada para manejar la energía, lo que limita dónde pueden usarse como reguladores de voltaje solo para aplicaciones de muy baja potencia. Cuando se usan diodos Zener de esta manera, es mejor limitar la potencia disponible que puede fluir a través de Zener seleccionando estratégicamente una resistencia de tamaño adecuado.

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