Una guía práctica de reguladores de voltaje (explicación de circuitos)

Si estás buscando optimizar el rendimiento de tus dispositivos electrónicos, no puedes ignorar la importancia de los reguladores de voltaje. En esta guía práctica te explicaremos cómo funcionan estos valiosos componentes y cómo puedes utilizarlos eficientemente en tus circuitos. ¡Prepárate para dominar el mundo de la electrónica con una explicación clara y sencilla!

Un regulador de voltaje es un circuito electrónico que mantiene un nivel de voltaje constante. Esto se usa a menudo para proteger los equipos electrónicos de las fluctuaciones de energía y mantener un nivel de voltaje constante para varios dispositivos. En este artículo, discutiremos la necesidad, el funcionamiento y los tipos de reguladores de voltaje.

¿Qué es un regulador de voltaje?

Un regulador de voltaje es un circuito integrado (IC) que mantiene un voltaje de salida estabilizado dentro de un valor preaceptado. Y este voltaje de salida estable luego se alimenta al dispositivo/equipo de salida. Este voltaje de salida es el valor máximo que puede soportar ese equipo sin dañarse.

Una guía práctica de reguladores de voltaje (explicación de circuitos)
CI regulador de voltaje

El regulador de voltaje puede usar un diseño simple de alimentación hacia adelante o puede incluir retroalimentación negativa. El diseño puede consistir en un mecanismo electromecánico o componentes electrónicos.

  • Los reguladores de voltaje electrónicos se colocan en dispositivos como fuentes de alimentación de computadoras donde regulan los voltajes de CC utilizados por el procesador o los demás elementos.
  • En un sistema de distribución de energía eléctrica, los reguladores de voltaje pueden instalarse en una subestación o a lo largo de las líneas de distribución para que obtengan un voltaje constante independientemente de la cantidad de energía que se consuma de la línea.

¿Cuál es la necesidad de regulación de voltaje?

Los dispositivos electrónicos están diseñados para usar suministro de CC. Estos dispositivos están modelados para tener una potencia nominal predefinida, es decir, corriente y voltaje. El suministro de CC se puede proporcionar mediante una batería o celda, lo que puede ser costoso. En cambio, el suministro de CA se convierte en suministro de CC.

La utilización de corriente es dinámica y depende de la carga, lo que afecta la tensión de salida o la potencia nominal. Por eso, la regulación de voltaje es necesaria para el correcto funcionamiento de los dispositivos para mantener la potencia nominal en cualquier condición.

¿Cómo se logra un voltaje DC?

La regulación de voltaje proporciona un voltaje de salida de CC fijo independiente de la variación del voltaje de entrada de la línea de CA, la corriente de carga y la temperatura. El diagrama de bloques muestra cómo el suministro de CA se convierte en CC constante:

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Diagrama de fuente de alimentación lineal

Transformador: Aumentar/disminuir el voltaje de CA proporcionado por la acción deseada del campo magnético.

Rectificador: Convierte el voltaje de entrada de CA en voltaje de CC pulsante.

Filtrar: reducir las fluctuaciones en el voltaje de salida rectificado o las ondas. Esto proporciona un voltaje de CC constante.

Regulador de voltaje: da un valor de voltaje fijo a la carga, independientemente del valor del voltaje de entrada.

¿Cómo funciona un regulador de voltaje?

Para comprender el funcionamiento de un regulador de voltaje, considere el circuito que se muestra en la siguiente figura. Se instala un circuito regulador de voltaje entre el voltaje de suministro (entrada) y la carga eléctrica (salida). Debido a algunas perturbaciones, el voltaje de entrada puede aumentar o disminuir de su valor nominal. El regulador de voltaje actúa en consecuencia para anular el efecto. Considere estos dos casos:

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Circuito regulador de voltaje

Caso 1: Si la magnitud del voltaje de salida excede el voltaje nominal

En este caso, los elementos de control dentro del regulador de voltaje aumentan la caída de voltaje a través de él, reduciendo así la magnitud del voltaje de salida a la clasificación nominal.

Caso 2: Si la magnitud del voltaje de salida cae por debajo del voltaje nominal

En este caso, la caída de tensión en el regulador de tensión se reduce, por lo que la tensión nominal se obtiene de nuevo en el terminal de salida.

De esta forma, un regulador de voltaje siempre mantiene el voltaje nominal en los terminales de salida.

Partes de un regulador de voltaje

En general, un circuito regulador de voltaje consta de tres partes:

  • El circuito de control (elemento de paso): Comprueba la magnitud del voltaje no regulado y pasa el voltaje regulado como salida.
  • El Circuito de muestreo: Muestra una proporción del voltaje de salida y lo compara con el voltaje de referencia.
  • El Circuito comparador: Compara la señal de retroalimentación con un voltaje de referencia fijo y genera una señal de control para el elemento de control.

Tipos de reguladores de voltaje

Hay dos tipos de reguladores de voltaje:

  • Regulador de voltaje lineal
  • Regulador de voltaje de conmutación

Nota: Mientras discutimos los componentes de un regulador de voltaje y su propósito, consideraremos el transistor como el elemento de paso en el regulador de voltaje.

Regulador de voltaje lineal

Cuando un transistor opera en la región activa (o actúa como un interruptor) para controlar el voltaje de salida, este tipo de regulador se conoce como regulador de voltaje lineal.

Tipos de reguladores de voltaje lineales (según la naturaleza del voltaje de salida)

Los reguladores de voltaje lineal se clasifican además en cuatro tipos, que son:

  • Reguladores de salida fija
  • Reguladores Ajustables
  • Reguladores de seguimiento
  • Reguladores Flotantes
Reguladores de salida fija

Un regulador de voltaje fijo produce un voltaje de salida de CC fijo, que es positivo o negativo.

Regulador de voltaje fijo positivo: Serie IC 78xx

Reguladores de voltaje fijo negativo: Serie IC 79xx

Se deben tener en cuenta los siguientes puntos al trabajar con las series 78xx y 79xx:

  • «xx» representa la magnitud del voltaje que produce un IC regulador de voltaje
  • Ambas series tienen 3 pines y los 3rd pin se utiliza para recoger la salida.
  • Los pines primero y segundo de 78xx Los circuitos integrados reguladores de voltaje se utilizan para conectar la entrada y la tierra respectivamente.
  • Los pines primero y segundo de 79xx Los IC reguladores de voltaje se utilizan para conectar la tierra y la entrada respectivamente.
Regulador de voltaje ajustable

Un regulador de voltaje ajustable produce un voltaje de salida de CC, que se puede ajustar a cualquier otro valor de un determinado rango de voltaje. Puede ser positivo o negativo.

Regulador de voltaje ajustable positivo: IC regulador de voltaje LM317

Regulador de voltaje ajustable negativo: IC regulador de voltaje LM337

Tipos de reguladores de voltaje lineales (según la ubicación del elemento de paso)

Un regulador de voltaje lineal usa un circuito de retroalimentación cerrado para pasar un elemento de polarización para obtener un voltaje fijo a través de sus terminales de salida. Según cómo se conecta la carga al elemento de paso, se clasifica en:

  • Reguladores de voltaje en serie
  • Reguladores de voltaje de derivación
Reguladores de voltaje en serie
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Regulador de voltaje en serie

En este regulador, el elemento de control está conectado en serie con la carga. Al cambiar la resistencia del elemento en serie, se puede cambiar la caída de voltaje a través de él. El voltaje de carga de salida permanece constante dependiendo del comparador y el controlador.

En los reguladores de voltaje en serie, no se desvía corriente de la carga, por lo que son más eficientes que los reguladores de voltaje en derivación. Para comprender en detalle el funcionamiento del regulador serie, considere dos casos:

Caso 1: Si aumenta la tensión de salida

En este caso, el circuito comparador proporciona una señal de control al elemento de control en serie para reducir su magnitud de voltaje de salida, manteniendo así un voltaje de salida fijo.

Caso 2: Si el voltaje de salida disminuye

En este caso, el circuito comparador proporciona una señal de control al elemento de control en serie para aumentar su magnitud de voltaje de salida, manteniendo nuevamente un voltaje de salida fijo.

Reguladores de voltaje de derivación
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Regulador de voltaje de derivación

El voltaje de derivación consta de una resistencia variable que proporciona un camino a la corriente desde el voltaje de suministro a tierra. Como una parte de la corriente se desvía de la carga, es menos eficiente que el regulador en serie. La siguiente figura muestra un regulador de voltaje de derivación que contiene un elemento de control, un comparador y un circuito de muestreo.

Si el voltaje de salida tiende a cambiar debido al cambio en la carga, entonces el circuito de muestreo proporciona una señal de retroalimentación al circuito comparador. Así, el comparador proporciona una señal de control para variar la magnitud de la corriente desviada de la carga. Por lo tanto, mantiene el voltaje de salida regulado.

Ventajas del regulador de voltaje lineal

Un regulador de voltaje lineal ofrece las siguientes ventajas:

  • Tienen un diseño sencillo.
  • Los reguladores de voltaje lineales tienen un tiempo de respuesta rápido, es decir, responden rápidamente a los cambios en el voltaje de la carga.
  • El voltaje de salida contiene menos ondas.
  • Tienen una mejor relación de rechazo de ruido, es decir, baja interferencia electromagnética y menos ruido.

Desventajas del regulador de voltaje lineal

  • Su eficiencia es baja.
  • Aunque tienen un diseño simple, el requisito de espacio es grande.
  • El voltaje de salida no se puede aumentar más allá del voltaje nominal, es decir, solo es posible la operación reductora (reductora).
  • A veces se requiere un disipador de calor debido a la considerable generación de calor.
  • Son económicos en comparación con los reguladores de voltaje de conmutación.

Regulador de voltaje de conmutación

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Regulador de voltaje de conmutación

Cuando el transistor cambia entre el estado de corte y el estado de saturación, el regulador se denomina regulador de voltaje de conmutación.

Este regulador también tiene un mecanismo de retroalimentación para controlar la cantidad de carga transferida a la carga. Se establece como el ciclo de trabajo del interruptor, que controla el voltaje de salida a un valor constante. En la figura a continuación, el transistor actúa como el elemento de conmutación que conecta y desconecta la alimentación de entrada a la carga. Puede ser un BJT o un MOSFET y operará en la región de saturación o corte.

Los reguladores de conmutación son eficientes porque no se disipa energía ya que el elemento en serie conduce completamente o está apagado. Los reguladores de conmutación pueden generar voltajes de salida más altos que el voltaje de entrada o de polaridad opuesta.

Tipos de reguladores de voltaje de conmutación (según el diseño del circuito)

Según el diseño del circuito, podemos clasificar los reguladores de voltaje de conmutación en dos tipos:

  • Convertidores no aislados
  • Convertidores aislados

Los convertidores no aislados se pueden clasificar en tres tipos:

  • Regulador de voltaje reductor (convertidor reductor)
  • Regulador de voltaje elevador (convertidor elevador)
  • Convertidor Buck/Boost

Mientras que los convertidores aislados se pueden clasificar en dos tipos:

  • Convertidores de retorno
  • Convertidores directos

Ventajas de los reguladores de voltaje de conmutación.

  • Su eficiencia es muy alta.
  • El tamaño y el peso del convertidor es muy bajo.
  • Es posible la operación de impulso o reductor o inversión o reductor/impulso
  • Generan menos calor en comparación con los reguladores de voltaje lineales.

Desventajas de los reguladores de voltaje de conmutación

  • El tiempo de recuperación transitoria es más.
  • La producción de ruido es mayor.
  • Son más costosos en comparación con los reguladores de voltaje lineal.
  • Tienen un diseño complejo, es decir, se requieren más partes externas.

Aplicación de reguladores de voltaje.

Los reguladores de voltaje se utilizan en la mayoría de los dispositivos eléctricos y electrónicos. Algunos de ellos se enumeran a continuación:

  • Cargador del celular: La señal de entrada de CA se alimenta al adaptador, mientras que la señal de CC regulada se produce como salida.
  • La televisión, la computadora y toda clase de dispositivos electrónicos utilizan un regulador de voltaje para obtener el voltaje de salida deseado.
  • Circuitos integrados y otros pequeños circuitos electrónicos: Para proteger contra daños debido a la más mínima fluctuación en la señal de voltaje.
  • Sistema de generación de energía: En los molinos de viento, la electricidad se genera de acuerdo con la velocidad del viento. Por lo tanto, se requiere un regulador para generar una señal de salida constante.

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Una guía práctica de reguladores de voltaje (explicación de circuitos)

Preguntas más frecuentes sobre reguladores de voltaje

1. ¿Qué es un regulador de voltaje?

Un regulador de voltaje es un dispositivo utilizado para mantener un flujo constante de voltaje en un circuito eléctrico, asegurando que los componentes conectados funcionen dentro de los límites de voltaje especificados.

2. ¿Cuál es la función principal de un regulador de voltaje?

La función principal de un regulador de voltaje es estabilizar el voltaje de salida, independientemente de las fluctuaciones en el voltaje de entrada. Esto es importante para proteger los componentes electrónicos sensibles a las variaciones en el voltaje y garantizar un funcionamiento adecuado.

3. ¿Cuáles son los tipos comunes de reguladores de voltaje?

Existen varios tipos de reguladores de voltaje, entre los más comunes se encuentran:

  1. Reguladores de voltaje lineales: Más información
  2. Reguladores de voltaje conmutados (switching): Más información
  3. Reguladores de voltaje ajustables: Más información
  4. Reguladores de voltaje de conmutación (switchmode): Más información

4. ¿Cómo se conecta un regulador de voltaje en un circuito?

La conexión de un regulador de voltaje en un circuito puede variar dependiendo del tipo de regulador utilizado. Generalmente, se conecta entre la fuente de voltaje y los componentes a proteger. Sin embargo, es importante seguir las recomendaciones del fabricante y consultar el datasheet del regulador para conocer los detalles de conexión específicos.

5. ¿Cuáles son las aplicaciones comunes de los reguladores de voltaje?

Los reguladores de voltaje son ampliamente utilizados en diversas aplicaciones, como:

  • Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI).
  • Fuentes de alimentación de equipos electrónicos.
  • Sistemas de carga de baterías.
  • Electrónica de consumo, como televisores, computadoras, etc.

Esperamos que esta guía práctica haya resuelto algunas de tus preguntas sobre los reguladores de voltaje. Si te interesa obtener más información sobre los distintos tipos de reguladores, te recomendamos visitar la siguiente fuente:

Fuente: Wikipedia


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