Una explicación de tres tipos diferentes de reguladores de voltaje
Los reguladores de voltaje toman un voltaje de entrada y crean un voltaje de salida regulado a un nivel fijo o ajustable. Esta regulación automática del nivel de voltaje de salida es manejada de manera diferente por varios tipos de reguladores de voltaje.
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Tipos de reguladores de voltaje
El tipo de reguladores de voltaje más asequible y, a menudo, el más fácil de usar son los reguladores de voltaje lineales. Los reguladores lineales son compactos y a menudo se utilizan en sistemas de bajo voltaje y baja potencia. Los reguladores de conmutación son más eficientes que los reguladores de voltaje lineales, pero son más difíciles de trabajar y son más caros. Los diodos Zener son baratos y fáciles de usar, pero son menos eficientes que los reguladores lineales.
Reguladores lineales
Una de las formas más básicas de 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 amperios con un voltaje de entrada de hasta 36 voltios (dependiendo del modelo).
Los reguladores lineales funcionan ajustando la resistencia en serie equivalente (ESR) del regulador en función de un voltaje de retroalimentación, convirtiéndose esencialmente en un circuito divisor de voltaje. Esto permite que el regulador emita un voltaje constante independientemente de la carga de corriente colocada sobre él, hasta su capacidad de corriente.
Una de las grandes desventajas de los reguladores de voltaje lineal es la gran caída de voltaje mínimo, que es de 2.0 voltios en el regulador de voltaje lineal LM7805 estándar. 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 debe disipar al menos 2 vatios si entrega una carga de 1 amperio (caída de voltaje de 2 voltios por 1 amperios).
La disipación de potencia empeora a medida que se amplía la diferencia entre el voltaje de entrada y salida. Por ejemplo, mientras que una fuente de 7 voltios regulada a 5 voltios que entrega 1 amperio disipa 2 vatios a través del regulador lineal, una fuente de 10 voltios regulada a 5 voltios que entrega la misma corriente disipa 5 vatios, lo que hace que el regulador sea solo un 50% eficiente.
Reguladores de conmutación
Los reguladores lineales son excelentes soluciones para aplicaciones de baja potencia y bajo costo donde la diferencia de voltaje entre la entrada y la salida es baja, y no se requiere mucha energía. La mayor desventaja de los reguladores lineales es que estos son ineficientes, que es donde entran en juego los reguladores de conmutación.
Cuando se necesita una alta eficiencia, o se espera una amplia gama de voltaje de entrada, 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 de los reguladores de voltaje lineal que a menudo están por debajo del 50%.
Los reguladores de conmutación generalmente requieren componentes adicionales sobre los reguladores lineales. Los valores de los componentes tienen más efecto en el rendimiento general de los reguladores de conmutación que los reguladores lineales. También hay desafíos de diseño en el uso efectivo de los reguladores de conmutación sin comprometer el rendimiento del circuito resultante del ruido electrónico que genera el regulador.
Diodos Zener
Una de las formas más simples de regular el voltaje es con un diodo Zener. Mientras que los reguladores lineales suelen ser básicos en diseño, un diodo Zener proporciona una regulación de voltaje adecuada en un solo componente.
Dado que los diodos Zener derivan todo el voltaje adicional por encima de su umbral de voltaje de ruptura a tierra, se puede usar como un simple regulador de voltaje con el voltaje de salida tirado a través de los cables del diodo Zener.