Explicación de tres diferentes tipos de reguladores de tensión
Cando se necesita unha tensión constante e fiable, os reguladores de tensión son o compoñente de desprazamento. Eles levan unha tensión de entrada e crean unha tensión de saída regulada independentemente da tensión de entrada a un nivel de tensión fixa ou a un nivel de tensión ajustable (seleccionando os compoñentes externos dereita).
Esta regulación automática do nivel de tensión de saída é manexada por varias técnicas de retroalimentación, algunhas tan sinxelas como un diodo Zener mentres que outras inclúen topoloxías complexas de retroalimentación que poden mellorar o rendemento, a fiabilidade, a eficiencia e engadir outras funcións como aumentar a tensión de saída por encima da tensión de entrada o regulador de tensión.
Tipos de reguladores de tensión
Existen varios tipos de reguladores de tensión que van dende moi accesible ata moi eficiente. O máis accesible e, moitas veces, o tipo de regulador de tensión máis fácil de usar son os reguladores de tensión lineal.
Os reguladores lineares veñen nun par de tipos, son moi compactos e usan a miúdo en sistemas de baixa tensión e de baixa potencia.
Os reguladores de conmutación son moito máis eficientes que os reguladores de tensión lineal, pero son máis difíciles de traballar e máis caros.
Reguladores lineais
Unha das formas máis básicas para regular a tensión e proporcionar unha tensión estable para a electrónica é empregar un regulador de tensión lineal de 3 pines estándar como o LM7805, que proporciona unha saída de 1 voltios de 5 voltios cunha tensión de entrada de ata 36 voltios ( dependendo do modelo).
Os reguladores lineares funcionan axustando a resistencia efectiva da serie do regulador a partir dunha tensión de retroalimentación, converténdose esencialmente nun circuíto divisor de tensión. Isto permite que o regulador produza unha tensión constante efectiva independentemente da carga actual que se coloque nel, ata a súa capacidade actual.
Unha das grandes desvantaxes para os reguladores de tensión lineal é a caída de tensión mínima grande a través do regulador de tensión, que é de 2,0 voltios no regulador de tensión lineal LM7805 estándar. Isto significa que para obter a saída estable de 5 voltios, necesítase, polo menos, unha entrada de 7 voltios. Esta caída de tensión desempeña un papel importante na potencia disipada polo regulador lineal, que tería que disipar polo menos 2 vatios se estaba a entregar unha carga de 1 amp (caída de tensión de 2 voltas por 1 amp).
A disipación de enerxía empeora peor a diferenza entre a entrada e a tensión de saída. Así, por exemplo, mentres unha fonte de 7 voltios regulada a 5 voltios que proporcionaba 1 amp disiparía 2 vatios a través do regulador lineal, unha fonte de 10 voltios regulada a 5 voltios que proporcionaba a mesma corrente disiparía 5 vatios, facendo que o regulador só o 50% .
Reguladores de conmutación
Os reguladores lineares son solucións excelentes para aplicacións de baixo consumo e de baixo custo onde a diferenza de tensión entre a entrada e a saída é baixa e non se require moita potencia. O lado máis baixo para os reguladores lineares é que son moi ineficientes, que é onde entra en xogo o cambio de reguladores.
Cando se precisa unha alta eficiencia ou se espera unha gran variedade de tensión de entrada, incluídas as tensións de entrada por debaixo da tensión de saída desexada, o regulador de conmutación converteuse na mellor opción. Os reguladores de tensión de conmutación teñen unha eficiencia enerxética do 85% ou superior en comparación coas eficiencias do regulador de tensión lineal que normalmente son inferiores ao 50%.
Os reguladores de conmutación xeralmente requiren compoñentes adicionais sobre os reguladores lineais e os valores dos compoñentes teñen moito máis impacto no desempeño global dos reguladores de conmutación que os reguladores lineais.
Hai tamén máis desafíos de deseño na utilización de reguladores de conmutación de forma eficaz sen comprometer o desempeño ou o comportamento do resto do circuíto debido ao ruído electrónico que o regulador pode xerar.
Diodos Zener
Unha das formas máis simples de regular a tensión é cun diodo Zener. Aínda que un regulador lineal é un compoñente bastante básico con algúns compoñentes extra requiridos para traballar e moi pouca complexidade de deseño, un díodo Zener pode proporcionar regulación de tensión adecuada nalgúns casos con só un só compoñente.
Unha vez que un diodo Zener destrúe toda a tensión extra por encima do seu límite de tensión de colisión ao chan, pode usarse como un regulador de tensión moi sinxelo coa tensión de saída que se atopa a través dos cables do diodo zener.
Desafortunadamente, os Zeners adoitan ser moi limitados na súa capacidade para manexar o poder que limita onde se poden usar como reguladores de tensión só para aplicacións de moi baixa potencia. Ao usar diodos Zener deste xeito, é mellor limitar a potencia dispoñible que pode fluír a través do Zener seleccionando estratéxicamente un resistor de tamaño axeitado.