Comprender cómo funciona un regulador de voltaje

Un regulador de voltaje genera un voltaje de salida fijo de una magnitud predefinida que permanece constante independientemente de los cambios en el voltaje de entrada o las condiciones de carga. Hay dos tipos de reguladores de voltaje: lineales y de conmutación.

Un regulador lineal utiliza un dispositivo de paso activo (BJT o MOSFET) (serie o derivación) controlado por un amplificador diferencial de alta ganancia. Compara el voltaje de salida con un voltaje de referencia preciso y ajusta el dispositivo de paso para mantener un voltaje de salida constante.

Un regulador de conmutación convierte el voltaje de entrada de CC en un voltaje conmutado aplicado a un interruptor MOSFET o BJT de potencia. El voltaje de salida filtrado del interruptor de alimentación se retroalimenta a un circuito que controla los tiempos de encendido y apagado para que el voltaje de salida permanezca constante independientemente de los cambios en el voltaje de entrada o el volcado de corriente.

¿Cuáles son algunas topologías de reguladores de conmutación?

Hay tres topologías comunes: buck (reductor), boost (incrementar) y buck-boost (incrementar/reducir). Otras topologías incluyen topologías flyback, SEPIC, Cuk, push-pull, directa, de puente completo y de medio puente.

¿Cómo afecta la frecuencia de conmutación a los diseños de los reguladores?

Las frecuencias de conmutación más altas significan que el regulador de voltaje puede usar inductores y capacitores más pequeños. También significa mayores pérdidas de conmutación y más ruido en el circuito.

¿Qué pérdidas se producen con el regulador de conmutación?

Las pérdidas ocurren debido a la potencia requerida para encender y apagar el MOSFET, que están asociadas con el controlador de puerta del MOSFET. Además, las pérdidas de potencia del MOSFET ocurren porque se necesita un tiempo finito para pasar del estado de conducción al estado de no conducción. Las pérdidas también se deben a la energía requerida para cargar y descargar la capacitancia de la puerta MOSFET entre el voltaje de umbral y el voltaje de la puerta.

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¿Cuáles son las aplicaciones típicas de los reguladores lineales y de conmutación?

La disipación de potencia del regulador lineal es directamente proporcional a su corriente de salida para un voltaje de entrada y salida determinado, por lo que las eficiencias típicas pueden ser del 50 % o incluso inferiores. Utilizando los componentes óptimos, un regulador de conmutación puede lograr eficiencias del orden del 90%. Sin embargo, la salida de ruido de un regulador lineal es mucho menor que la de un regulador de conmutación con los mismos requisitos de voltaje y corriente de salida. Por lo general, el regulador de conmutación puede impulsar cargas de corriente más altas que un regulador lineal.

¿Cómo controla un regulador de conmutación su salida?

Los reguladores de conmutación requieren un medio para variar su voltaje de salida en respuesta a los cambios de voltaje de entrada y salida. Un enfoque es utilizar PWM que controla la entrada del interruptor de alimentación asociado, que controla su tiempo de encendido y apagado (ciclo de trabajo). En funcionamiento, el voltaje de salida filtrado del regulador se retroalimenta al controlador PWM para controlar el ciclo de trabajo. Si la salida filtrada tiende a cambiar, la retroalimentación aplicada al controlador PWM varía el ciclo de trabajo para mantener un voltaje de salida constante.

¿Cuáles son las especificaciones de diseño importantes para un IC regulador de voltaje?

Entre los parámetros básicos se encuentran el voltaje de entrada, el voltaje de salida y la corriente de salida. Dependiendo de la aplicación, otros parámetros pueden ser importantes, como el voltaje de ondulación de salida, la respuesta transitoria de carga, el ruido de salida y la eficiencia. Los parámetros importantes para el regulador lineal son el voltaje de caída, PSRR (relación de rechazo de la fuente de alimentación) y el ruido de salida.

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Referencias

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