Circuitos reguladores de voltaje

El regulador de voltaje, como su nombre indica, es un circuito que se utiliza para regular el voltaje. El voltaje regulado es un suministro uniforme de voltaje, libre de ruidos o perturbaciones. La salida del regulador de voltaje es independiente de la corriente de carga, la temperatura y la variación de la línea de CA. Los reguladores de voltaje están presentes en casi todos los aparatos electrónicos o electrodomésticos como TV, refrigerador, computadora, etc., para estabilizar el voltaje de suministro.

Básicamente, el regulador de voltaje minimiza la variación de voltaje para proteger el dispositivo. En el sistema de distribución eléctrica, los reguladores de voltaje están en las líneas de alimentación o en la subestación. Hay dos tipos de reguladores utilizados en esta línea, uno es el regulador de paso, en el que los interruptores regulan el suministro de corriente. Otro es el regulador de inducción, que es una máquina eléctrica alterna similar a un motor de inducción que suministra energía como fuente secundaria. Minimiza la variación de voltaje y proporciona una salida estable.

Existen diferentes tipos de reguladores de voltaje que se explican a continuación.

Tipos de circuito regulador de voltaje

Circuito regulador de voltaje lineal

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

Circuito regulador de voltaje Zener

Circuito regulador de voltaje de conmutación

• Tipo dólar
• Tipo de impulso
• Tipo Buck / Boost

Circuito regulador de voltaje lineal

Estos son los reguladores más comunes utilizados en electrónica para mantener el voltaje de salida constante. Los reguladores de voltaje lineal actúan como un circuito divisor de voltaje, en este regulador la resistencia varía con respecto al cambio de carga y proporciona un voltaje de salida constante. Algunas ventajas y desventajas del regulador de voltaje lineal se dan a continuación:

Ventajas

• El voltaje de ondulación de salida es bajo
• La respuesta es rápida
• Menos ruido

Desventajas

• Baja eficiencia
• Requiere gran espacio
• El voltaje de salida siempre será menor que el voltaje de entrada

1. Regulador de voltaje en serie

El voltaje no regulado es directamente proporcional a la caída de voltaje a través de la resistencia conectada en serie y esta caída de voltaje depende de la corriente consumida por la carga. Si el consumo de corriente de la carga aumenta, la corriente de base también disminuirá y, debido a esto, menos corriente del colector fluirá a través del terminal del emisor del colector y, por lo tanto, la corriente a través de la carga aumentará y viceversa.

El voltaje de salida regulado del regulador de voltaje en derivación se define como:

V _SALIDA = V _Z + V _BE

Regulador de voltaje Zener

Los reguladores de voltaje Zener son más baratos y solo son adecuados para circuitos de baja potencia. Se puede utilizar en aplicaciones donde la cantidad de energía desperdiciada durante la regulación no es una preocupación importante.

Una resistencia está conectada en serie con el diodo zener para limitar la cantidad de corriente que fluye a través del diodo y el voltaje de entrada Vin (que debe ser mayor que el voltaje zener) se conecta como se muestra en la imagen y el voltaje de salida Vout, se toma a través del diodo Zener con Vout = Vz (voltaje Zener). Como sabemos, el diodo Zener comienza a conducir en dirección inversa cuando el voltaje aplicado es mayor que el voltaje de ruptura de Zener. Entonces, cuando comienza a conducir, mantiene el mismo voltaje a través de él y devuelve la corriente adicional, lo que proporciona un voltaje de salida estable.

Obtenga más información sobre el funcionamiento del diodo Zener aquí.

Regulador de voltaje de conmutación

Hay tres tipos de reguladores de voltaje de conmutación:

• Regulador de voltaje de conmutación reductor o reductor
• Regulador de voltaje de conmutación de refuerzo o elevador
• Regulador de voltaje de conmutación Buck / Boost

Regulador de voltaje de conmutación reductor o reductor

Se usa un regulador Buck para reducir el voltaje en la salida, incluso podemos usar el circuito divisor de voltaje para reducir el voltaje de salida, pero la eficiencia del circuito divisor de voltaje es baja, porque las resistencias disipan energía en forma de calor. Usamos condensador, diodo, inductor e interruptor en el circuito. El diagrama de circuito para el regulador de voltaje de conmutación Buck se muestra a continuación:

Cuando el interruptor en ON, el diodo permanece con polarización inversa y la fuente de alimentación está conectada al inductor. Cuando el interruptor está abierto, la polaridad del inductor se invierte y el diodo se polariza hacia adelante y conecta el inductor a tierra. Entonces la corriente a través del inductor disminuye con la pendiente:

d I _L / dt = (0-V _SALIDA) / L

El condensador se utiliza para evitar que el voltaje caiga a cero en la carga. Si seguimos abriendo y cerrando el interruptor, el voltaje promedio a través de la carga será menor que el voltaje de entrada suministrado. Puede controlar el voltaje de salida variando el ciclo de trabajo del dispositivo de conmutación.

Voltaje de salida = (Voltaje de entrada) * (porcentaje de tiempo que el interruptor está encendido)

Si desea obtener más información sobre el convertidor Buck, siga el enlace.

Regulador de voltaje de conmutación de refuerzo o elevador

El regulador de refuerzo se utiliza para aumentar el voltaje a través de la carga. El diagrama de circuito para el regulador de refuerzo se muestra a continuación:

Cuando el interruptor está cerrado, el diodo se comporta como polarizado inverso y la corriente a través del inductor sigue aumentando. Ahora, cuando se abre el interruptor, el inductor creará una fuerza que hará que la corriente continúe fluyendo y el condensador comience a cargarse. Al encender y apagar continuamente el interruptor, recibiremos el voltaje en la carga más alto que el voltaje de entrada. Podemos controlar el voltaje de salida controlando el tiempo de encendido (Ton) del interruptor.

Voltaje de salida = Voltaje de entrada / Porcentaje de tiempo que el interruptor está abierto

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Regulador de voltaje de conmutación Buck-Boost

El regulador de conmutación Buck-Boost es la combinación del regulador Buck y Boost, proporciona una salida invertida que puede ser mayor o menor que el voltaje de entrada suministrado.

Cuando el interruptor está encendido, el diodo se comporta como polarizado inverso y el inductor almacena energía y cuando el interruptor está apagado, el inductor comienza a liberar la energía con la polaridad inversa, lo que carga el condensador. Cuando la energía almacenada en el inductor se vuelve cero, el capacitor comienza a descargarse en la carga con polaridad inversa. Debido a este regulador reductor-elevador, también llamado regulador inversor.

El voltaje de salida se define como

Vout = Vin (D / 1-D) Donde, D es el ciclo de trabajo

Por lo tanto, si el ciclo de trabajo es bajo, el regulador se comporta como el regulador reductor y cuando el ciclo de trabajo es alto, el regulador se comporta como el regulador de refuerzo.

Ejemplo práctico de circuitos reguladores

Circuito regulador de voltaje lineal positivo

Hemos diseñado un circuito regulador de voltaje lineal positivo utilizando 7805 IC. Este IC tiene todos los circuitos para proporcionar el suministro regulado de 5 voltios. El voltaje de entrada debe ser al menos más de 2v del valor nominal como para LM7805 deberíamos proporcionar al menos 7v.

Se suministra voltaje de entrada no regulado al IC y obtenemos voltaje regulado en el terminal de salida. El nombre del IC define su función, 78 representa el signo positivo y 05 representa el valor de la tensión de salida regulada. Como puede ver en el diagrama del circuito, le estamos dando 9V al 7805IC y regulando + 5V en la salida. El condensador C1 y C2 se utilizan para la filtración.

Circuito regulador de voltaje Zener

Aquí, hemos diseñado un regulador de voltaje Zener usando 5.1V de diodo Zener. El diodo Zener funciona como elemento sensor. Cuando el voltaje de suministro excede su voltaje de ruptura, comienza a conducir en dirección inversa y mantiene el mismo voltaje a través de él y refluye la corriente adicional, proporcionando así el voltaje de salida estable. En este circuito estamos dando 9 V de voltaje de entrada y obteniendo casi 5,1 voltaje de salida regulada.