Paso 12: Reguladores de voltaje
Un regulador de voltaje genera una tensión de salida fija de una magnitud preestablecida que se mantiene constante independientemente de los cambios a las condiciones de tensión o carga de entrada. Hay dos tipos de reguladores de voltaje:
- Lineal
- De la conmutación
Disipación de potencia del regulador lineal es directamente proporcional a su corriente para una entrada dada y el voltaje de salida, por eficiencias típicas pueden ser 50% o incluso inferior. Usando los componentes óptimos, un regulador de conmutación puede lograr eficiencias en el rango del 90%. Sin embargo, la salida de ruido de un regulador lineal es mucho menor que un regulador de conmutación con la misma tensión de salida y requisitos actuales. Por lo general, el regulador de conmutación puede conducir cargas actuales más altas que un regulador lineal.
Regulador lineal
Un regulador lineal emplea un (BJT o MOSFET) paso dispositivo activo (serie o derivación) controlado por un amplificador diferencial de alta ganancia. Compara la tensión de salida con una tensión de referencia precisa y ajusta el dispositivo de paso para mantener una tensión de salida constante.
Este dispositivo de regulación actúa como un resistor variable y ajusta continuamente la red del divisor de tensión para mantener una tensión de salida que es constante. La diferencia entre el voltaje de entrada y el voltaje regulado continuamente es disipación de calor como residuos. Debido a los reguladores de voltaje lineales a menudo siendo utilizados en varios dispositivos electrónicos, los reguladores lineares en forma de circuito integrado (IC) son muy comunes. Hay varios tipos de reguladores lineales.
Todos los reguladores lineares requieren un voltaje de entrada por lo menos un mínimo más alto que el voltaje de salida deseado. Ese mínimo se llama el voltaje de salida. Por ejemplo, un regulador común como el 7805 tiene un voltaje de salida de 5V, pero sólo puede mantener esta si la tensión de entrada permanece por encima de 7V, antes de que la tensión de salida comienza el descenso por debajo de la salida clasificada. Su voltaje de salida es por lo tanto 7V − 5 v = 2V. Hay dos tipos de regulador lineal:
Reguladores fijos
Reguladores lineales de tres terminales "Fijos" están comúnmente disponibles para generar tensiones fijas de más de 3 V, y más o menos 5 V, 6 v, 9 V, 12 V y 15 V, cuando la carga es menos de 1.5 A. La serie "78xx" (7805, 7812, etc.) regulan voltajes positivos mientras que la serie "79xx" (7905, 7912, etc.) regulan voltajes negativos. A menudo, los dos últimos dígitos del número de dispositivo son el voltaje de salida (por ejemplo, un 7805 es un regulador de + 5 V, mientras que un 7915 es un regulador de V −15). Hay variantes de la serie 78xx ICs, como L 78 y 78S, algunas de las cuales pueden suministrar hasta 2 amperios.
Reguladores variables
Un regulador ajustable genera una baja tensión nominal fija entre su salida y su ajuste terminal (equivalente al terminal de tierra en un regulador fijo). Esta familia de dispositivos incluye dispositivos de baja potencia como LM723 y potencia media como el LM317 y L200. Algunos de los reguladores variables están disponibles en paquetes con más de tres pernos, incluyendo paquetes en línea duales. Ofrecen la capacidad para ajustar la tensión de salida mediante el uso de resistores externos de valores específicos.
La serie LM317 (+ 1.25V) regula voltajes positivos mientras que la serie LM337 (−1.25V) regula voltajes negativos. El ajuste se realiza mediante la construcción de un divisor potencial con sus extremos entre la salida del regulador y tierra y su centro-grifo conectado al terminal 'ajuste' del regulador. La relación de resistencias determina el voltaje de salida utilizando los mismos mecanismos de retroalimentación descritos anteriormente.
Regulador de voltaje lineal de uso general
L7805 (regulador de voltaje - 5V): Este es el regulador de tensión L7805 básico, un regulador positivo de tres terminales con un 5V fijada la tensión de salida. Este regulador fijo proporciona una regulación local, limitación interna de corriente, control de apagado térmico y protección de la zona de seguridad para su proyecto. Cada uno de estos reguladores de tensión puede hacer salir una corriente máxima de 1.5A.
L7812 (regulador de Voltaje - 12V): Este es el regulador de tensión L7812 básico, un regulador positivo de tres terminales con un fijo de voltaje de la salida de 12V. Este regulador fijo proporciona una regulación local, limitación interna de corriente, control de apagado térmico y protección de la zona de seguridad para su proyecto. Cada uno de estos reguladores de tensión puede hacer salir una corriente máxima de 1.5A.
LM317 (1.25V ajustable a 37V): TheLM317 es un regulador de tensión positiva de tres terminales ajustable capaz de suministrar más than1.5 A sobre una gama de voltaje de la salida de 1.25 V a 37V. Requiere solo dos resistores externos para ajustar la tensión de salida. El dispositivo cuenta con una regulación de línea típica de 0,01% y regulación de la carga típica del 0,1%. Incluye limitación de corriente, protección contra sobrecarga térmica y protección área operación segura.
Por favor revise la hoja de datos para obtener más información.
Cambiando el regulador
Un regulador de conmutación convierte el voltaje de entrada dc a un voltaje conmutado aplicado a un interruptor MOSFET o BJT. La tensión de salida del interruptor de energía filtrada se alimenta a un circuito que controles el poder encender y apagar veces para que el voltaje de salida permanece constante independientemente del voltaje de entrada o carga los cambios actuales.
Existen tres topologías comunes: buck (descendente), boost (Step-up) y buck-boost (step-up/Paso descendente). Otras topologías son el flyback, SEPIC, Cuk, topologías de vaivén, hacia delante, puente completo y medio puente.
Los reguladores de conmutación requieren un medio para variar su tensión de salida en respuesta a la información y cambios de voltaje de salida. Una aproximación es usar PWM que controla la entrada al interruptor asociado, que controla su conexión y desconexión tiempo (ciclo de trabajo). En la operación, voltaje de la salida filtrada del regulador es alimentado hacia el controlador PWM para controlar el ciclo de trabajo. Si la salida filtrada tiende a cambiar, la regeneración aplicada al controlador PWM varía el ciclo de lavado para mantener una tensión de salida constante.
Convertidor Boost
Un convertidor boost (Step-up converter) es un inversor de DC a DC con una tensión de salida superior a su voltaje de entrada. Convertidores Boost se utilizan cuando se requiere un voltaje más alto que el voltaje disponible de la batería. Supongamos que tienes una batería de V 3.7 pero necesita 5 V para su dispositivo entonces puede usar convertidor.
Debido a la facilidad con que boost pueden suministrar convertidores grandes sobretensiones, casi siempre incluyen alguna regulación para controlar la tensión de salida y hay muchos I.Cs. fabricados para este ejemplo típico propósito de un convertidor boost I.C. es la LM27313 de Texas Instruments. Este chip está diseñado para uso en sistemas de baja potencia tales como PDAs, cámaras, teléfonos móviles y dispositivos GPS. Otro común ajustable convertidor es LM2577.
