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. La forma en que operan es típica 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 principales. Los reguladores de voltaje toman un voltaje de entrada y crean un voltaje de salida regulado sin importar el voltaje de entrada ya sea 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 para 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 realimentación para saber qué ajustes deben realizarse. Los reguladores lineales utilizan un transistor de potencia (BJT o MOSFET según el componente utilizado) como resistencia variable que se comporta como la primera mitad de una red divisora de voltaje. La salida del divisor de voltaje se usa como retroalimentación para impulsar el transistor de potencia de manera adecuada para mantener un voltaje de salida constante. Desafortunadamente, como el transistor se comporta como una resistencia, desperdicia mucha energía convirtiéndolo en calor, a menudo mucho calor. Como la potencia total convertida en calor es igual a la caída de tensión entre la tensión de entrada y la tensión de salida por la corriente suministrada, la potencia disipada a menudo puede ser muy alta y eso exige buenos 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 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 de serie típico y solo es práctico cuando se necesita y se suministra muy poca potencia.
Cómo funcionan los reguladores de voltaje de conmutación
Un regulador de voltaje de conmutación funciona con un principio completamente 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 usa retroalimentación para asegurar que el nivel de carga se mantenga con una mínima fluctuación de voltaje. Esta técnica permite que el regulador de conmutación sea mucho más eficiente que el regulador lineal al encender completamente un transistor (con una resistencia mínima) solo cuando el circuito de almacenamiento de energía necesita una explosión de energía. Esto reduce la potencia total desperdiciada en el sistema a la resistencia del transistor durante la conmutación a medida que pasa de la conducción (muy baja resistencia) a la no conductora (muy alta resistencia) y otras pequeñas pérdidas de circuito.
Cuanto más rápidos sean los interruptores de 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 a medida que se gasta más tiempo en la transición entre los estados conductor y no conductor, lo que significa que se pierde más energía debido al calentamiento por resistencia.
Otro efecto secundario de una conmutación más rápida es el aumento del ruido electrónico generado por el regulador de conmutación. Al utilizar diferentes técnicas de conmutación, un regulador de conmutación puede reducir el voltaje de entrada (topología de buck), aumentar el voltaje (topología de boost) o disminuir o disminuir el voltaje (buck-boost) 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 de baterías, 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 más allá del punto en el que la batería podría suministrar directamente el voltaje correcto para que el circuito funcione.
