Seis preguntas básicas sobre los reguladores de voltaje

El regulador automático de voltaje produce un voltaje de salida fijo con una amplitud preestablecida constante, independientemente de los cambios en el voltaje de entrada o las condiciones de carga.

Los reguladores automáticos utilizan dispositivos de paso activos (BJT o MOSFET) (en serie o paralelo) controlados por un amplificador diferencial de alta ganancia. Este compara el voltaje de salida con una fuente de voltaje de referencia de precisión y ajusta el dispositivo de paso para mantener un voltaje de salida constante.

Los reguladores automáticos convierten un voltaje de entrada de CC en un voltaje de conmutación que se aplica al interruptor MOSFET o BJT de potencia. El voltaje de salida filtrado del interruptor de potencia se realimenta a un circuito que controla los tiempos de encendido y apagado del interruptor de potencia, de modo que el voltaje de salida se mantiene constante independientemente de los cambios en el voltaje de entrada o la corriente de carga.

1. ¿Cuáles son las topologías de los reguladores automáticos?

Existen tres topologías comunes: reductor, elevador y reductor/elevador. Otras topologías incluyen flyback, SEPIC, Cuk, push-pull, forward, puente completo y medio puente.

2. ¿Cómo afecta la frecuencia de conmutación al diseño del regulador?

Las frecuencias de conmutación más altas permiten que el regulador utilice inductores y condensadores más pequeños. Esto también implica mayores pérdidas de conmutación y mayor ruido en el circuito.

3. ¿Cuáles son las pérdidas en un regulador automático?

La potencia necesaria para encender y apagar el MOSFET causa pérdidas y está asociada al controlador de compuerta del MOSFET. De igual forma, cambiar del estado conductor al no conductor requiere cierto tiempo, lo que resulta en la disipación de potencia del MOSFET. Además, la energía necesaria para cargar y descargar la capacitancia de compuerta del MOSFET entre el voltaje umbral y el voltaje de compuerta también causa pérdidas.

4. ¿Cuáles son algunas aplicaciones comunes de los reguladores automáticos?

Dadas las tensiones de entrada y salida, la disipación de potencia de un regulador automático es proporcional a la corriente de salida, por lo que las eficiencias típicas pueden ser del 50 % o menos. Optimizando el dispositivo, los reguladores automáticos pueden alcanzar una eficiencia del 90 %. Sin embargo, el ruido de salida de un regulador automático es mucho menor que el de un regulador automático con los mismos requisitos de voltaje y corriente de salida. En general, un regulador automático puede manejar cargas de corriente más altas que un regulador automático convencional.

5. ¿Cómo controla su salida un regulador automático?

Un regulador automático necesita alguna forma de cambiar su voltaje de salida en respuesta a los cambios en el voltaje de entrada y salida. Una opción es usar PWM para controlar la entrada del interruptor de potencia asociado, controlando así su tiempo de encendido y apagado (ciclo de trabajo). Durante el funcionamiento, el voltaje de salida filtrado del regulador se retroalimenta al controlador PWM para controlar el ciclo de trabajo. Si el voltaje de salida filtrado cambia, la retroalimentación aplicada al controlador PWM modifica el ciclo de trabajo para mantener un voltaje de salida constante.

6. ¿Qué especificaciones de diseño son importantes para los circuitos integrados de reguladores?

Los parámetros básicos incluyen el voltaje de entrada, el voltaje de salida y la corriente de salida. Dependiendo de la aplicación específica, otros parámetros también pueden ser importantes, como el voltaje de rizado de salida, la respuesta transitoria de carga, el ruido de salida y la eficiencia. Los parámetros importantes para los reguladores automáticos incluyen el voltaje de caída, la PSRR (relación de rechazo de la fuente de alimentación) y el ruido de salida.