Los reguladores de voltaje toman un voltaje de entrada y crean un voltaje de salida regulado independientemente del voltaje de entrada a un nivel de voltaje fijo o ajustable. Esta regulación automática del nivel de voltaje de salida es manejada por varias técnicas de retroalimentación. Algunas de estas técnicas son tan simples como un diodo Zener. Otros incluyen topologías de retroalimentación complejas que mejoran el rendimiento, la confiabilidad y la eficiencia, y agregan otras funciones, como aumentar el voltaje de salida por encima del voltaje de entrada al regulador de voltaje.
Los reguladores de voltaje son una característica común en muchos circuitos para garantizar que se suministre un voltaje constante y estable a los componentes electrónicos sensibles.
Cómo funcionan los reguladores de voltaje lineal
Mantener un voltaje fijo con una entrada desconocida y potencialmente ruidosa requiere una señal de retroalimentación para aclarar qué ajustes deben realizarse. Los reguladores lineales utilizan un transistor de potencia como resistencia variable que se comporta como la primera mitad de una red divisora de voltaje. La salida del divisor de voltaje impulsa el transistor de potencia apropiadamente para mantener un voltaje de salida constante.
Debido a que el transistor se comporta como una resistencia, desperdicia energía al convertirla en calor, a menudo mucho calor. Dado que la energía total convertida en calor es igual a la caída de voltaje entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida multiplicado por la corriente suministrada, la energía disipada a menudo puede ser muy alta, lo que 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 en serie variable como lo hace el regulador lineal típico, un regulador de derivación proporciona un camino a tierra para que fluya el exceso de voltaje (y corriente). Este tipo de regulador suele ser menos eficiente que un regulador lineal en serie típico. Solo es práctico cuando se necesita y suministra poca energía.
Cómo funcionan los reguladores de voltaje de conmutación
Un regulador de voltaje de conmutación funciona según un principio diferente al de los reguladores de voltaje lineales. 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 utiliza la retroalimentación para garantizar que el nivel de carga se mantenga con una fluctuación de voltaje mínima. Esta técnica permite que el regulador de conmutación sea 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 ráfaga de energía. Este enfoque reduce la potencia total desperdiciada en el sistema a la resistencia del transistor durante la conmutación a medida que pasa de conductor (resistencia muy baja) a no conductor (resistencia muy alta) y otras pérdidas de circuito pequeñas.
Cuanto más rápido cambia un regulador de conmutación, menos capacidad de almacenamiento de energía 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 ya que se dedica más tiempo a la transición entre los estados de conducción y no conducción. Se pierde más potencia con el calentamiento resistivo.
Otro efecto secundario de una conmutación más rápida es el aumento del ruido electrónico generado por el regulador de conmutación. Mediante el uso de diferentes técnicas de conmutación, un regulador de conmutación puede:
- Reduzca el voltaje de entrada (topología reductora).
- Aumente el voltaje (topología de refuerzo).
- Ambos reducen o aumentan el voltaje (reductor-elevador) según sea necesario para mantener el voltaje de salida deseado.
Esta flexibilidad hace que los reguladores de conmutación sean una excelente opción para muchas aplicaciones alimentadas por batería porque el regulador de conmutación puede aumentar o aumentar el voltaje de entrada de la batería a medida que se descarga.
