¿Qué son los reguladores de voltaje y cómo funcionan en la electrónica?
Reguladores de voltaje tome un voltaje de entrada y cree un voltaje de salida regulado independientemente del voltaje de entrada a un nivel de voltaje fijo o un nivel de voltaje ajustable. Esta regulación automática del nivel de voltaje de salida se maneja mediante varias técnicas de retroalimentación. Algunas de estas técnicas son tan simples como un diodo Zener. Otros incluyen topologías de retroalimentación complejas que mejoran el rendimiento, la confiabilidad y la eficiencia y agregan otras características como aumentar el voltaje de salida por encima del voltaje de entrada al regulador de voltaje.
Los reguladores de voltaje son una característica común en muchos circuitos para asegurar que se suministre un voltaje constante y estable a la electrónica sensible.
Cómo funcionan los reguladores de voltaje lineal
Mantener un voltaje fijo con una entrada desconocida y potencialmente ruidosa requiere una señal de retroalimentación para aclarar qué ajustes deben realizarse. Los reguladores lineales utilizan un
Debido a que el transistor se comporta como una resistencia, desperdicia energía convirtiéndola 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, lo que exige un buen disipadores de calor.
Una forma alternativa de un regulador lineal es un regulador de derivación, como un diodo Zener. En lugar de actuar como una resistencia en 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). Este tipo de regulador suele ser menos eficiente que un regulador lineal en serie típico. Solo es práctico cuando se necesita y se suministra poca energía.
Cómo funcionan los reguladores de voltaje de conmutación
Un regulador de voltaje de conmutación funciona según un principio diferente al de 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 retroalimentación para garantizar que el nivel de carga se mantenga con un voltaje mínimo onda. Esta técnica permite que el regulador de conmutación sea más eficiente que el regulador lineal girando un transistor completamente encendido (con resistencia mínima) solo cuando el circuito de almacenamiento de energía necesita una ráfaga de energía. Este enfoque reduce la potencia total desperdiciada en el sistema a la resistencia del transistor durante la conmutación, ya que transiciones de conductores (muy baja resistencia) a no conductores (muy alta resistencia) y otras pérdidas de circuito pequeñas.
Cuanto más rápido cambia un regulador de conmutación, menor capacidad de almacenamiento de energía necesita para mantener el voltaje de salida deseado, lo que significa que se pueden utilizar componentes más pequeños. Sin embargo, el costo de una conmutación más rápida es una pérdida de eficiencia a medida que se dedica más tiempo a la transición entre los estados de conducción y no conducción. Se pierde más potencia por el 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:
- Reduzca el voltaje de entrada (topología reductora).
- Aumente el voltaje (aumente la topología).
- Ambos reducen o aumentan el voltaje (reducción-aumento) según sea necesario para mantener el voltaje de salida deseado.
Esta flexibilidad hace que los reguladores de conmutación sean una excelente opción para muchas aplicaciones que funcionan con baterías porque el regulador de conmutación puede aumentar o aumentar el voltaje de entrada de la batería a medida que la batería descargas.