Un regulador de tensión es un componente que proporciona una tensión de salida estable, independientemente de que cambie la tensión de entrada. Es un circuito integrado (CI), normalmente con tres o más pines.
Un ejemplo típico de cuando necesitas un regulador de voltaje es si todo lo que tienes es una batería de 9V, pero tu dispositivo necesita 5V. Un regulador de voltaje puede tomar esos 9V como entrada y crear una salida agradable y estable de 5V que puedes utilizar para alimentar tu dispositivo.
O si necesitas distintos niveles de tensión para un circuito que estás construyendo. Digamos que tienes un circuito con un microcontrolador que necesita 5V y un motor que necesita 12V. En lugar de usar dos fuentes de alimentación, puedes usar sólo una de 12V y añadir un regulador de voltaje para proporcionar 5V al microcontrolador.
Cómo Conectar un Regulador de Tensión
Normalmente, necesitas algunos componentes adicionales conectados a tu regulador de tensión para que la salida sea un poco más estable. Al menos un capacitor o dos. Pero depende del regulador de voltaje que tengas.
Encontrarás información sobre cómo conectar un regulador de tensión específico en su hoja de datos.
Por ejemplo, el regulador de voltaje 7805 es común. Te da una salida de 5V. En la hoja de datos del 7805, puedes encontrar este circuito de ejemplo que muestra que necesitas dos capacitores:
Tipos de Reguladores de Tensión
Existen dos tipos principales de reguladores de tensión que merece la pena conocer:
- Reguladores de tensión lineal
- Reguladores de conmutación CC-CC
El regulador de tensión lineal es el más sencillo y sólo necesita un par de capacitores y quizá un resistor o dos para funcionar. Pero sólo puede crear una tensión de salida inferior a la de entrada.
Ejemplos de reguladores lineales son el 7805 y el LM317 con una tensión de salida ajustable.
El regulador de conmutación CC-CC es un poco más complejo y también necesita un inductor y un diodo para funcionar. Un ejemplo es el LM2596. Pero a menudo puedes encontrarlos como pequeños módulos (busca convertidores DC-DC) que tienen todo lo que necesitas en la placa.
Algunos convertidores DC-DC pueden darte un voltaje de salida más alto que el que has puesto.
Reguladores Lineales ó de Conmutación
La principal diferencia entre los dos tipos de reguladores es que un regulador lineal gasta mucha más energía que un regulador de conmutación. Por tanto, el regulador lineal puede calentarse mucho si no se refrigera bien. Y si se calienta demasiado, se apaga.
Además, el regulador de conmutación es el único que puede darte una tensión de salida superior a la que le has puesto. Un regulador lineal siempre te dará un voltaje de salida más bajo.
Cómo Funcionan los Reguladores de Tensión Lineal
Hay muchas formas de diseñar un regulador de tensión lineal. Ésta es quizá una de las más sencillas:
La salida siempre será la tensión Zener del diodo Zener menos la tensión VBE del transistor. VBE suele ser de 0,6V a 0,7V. Así que con un diodo Zener de 5,6V, obtendrás unos 5V en la salida.
Si la tensión de salida sube más allá de 5V, significa que VBE se reduce. Eso haría que el transistor redujera la corriente para que la tensión volviera a bajar. Si la salida baja de 5V, ocurriría lo contrario.
Reguladores de Baja-Caída (LDO)
Con los reguladores de tensión lineal, a menudo es necesario proporcionar una tensión de entrada que sea al menos 2 V superior a la salida deseada. Pero un regulador de baja caída, o LDO, es un regulador lineal en el que se puede utilizar una tensión de entrada mucho más cercana a la tensión de salida deseada.
Cómo Funcionan los Reguladores de Conmutación
El otro tipo principal es el regulador de conmutación. Se trata de un regulador de tensión que conecta y desconecta la tensión de entrada y utiliza algunos trucos de circuitos inteligentes con un inductor para convertir la tensión de una forma mucho más eficiente desde el punto de vista energético.
Hay tres tipos principales:
- Convertidor Buck (o reductor): puede convertir a una tensión más baja.
- Convertidor Boost (o elevador): puede convertir a una tensión superior
- Convertidor Buck-boost: puede convertir tanto a una tensión más baja como a una más alta.
Este es el concepto básico de un convertidor Buck:
Para entender realmente cómo funciona esto, hay que entender cómo funciona un inductor.
Cuando se pulsa el interruptor (Switch), la corriente fluye hacia el inductor, el capacitor y la carga desde la batería. Tanto el inductor como el capacitor se cargan. Cuando se suelta el interruptor, la energía almacenada en el inductor y el capacitor proporciona la corriente para la carga.
En la vida real, el interruptor se sustituye por un transistor. Y hay un mecanismo de detección que verifica el voltaje de salida y enciende y apaga el transistor más rápido (para obtener más voltaje) o más lento (para obtener menos voltaje).
Cómo Elegir un Regulador de Voltaje
Elegir un regulador de voltaje es bastante fácil. He aquí algunos casos de ejemplo:
- ¿La tensión de entrada es unos pocos voltios superior a la tensión de salida deseada? Entonces puede utilizar cualquier regulador de tensión.
- ¿Su tensión de entrada es sólo unos pocos voltios superior a la tensión de salida deseada, pero necesita mucha corriente? Entonces la mejor opción es un convertidor Buck, ya que un regulador lineal se calentaría mucho.
- ¿Su tensión de entrada es muy superior a la tensión de salida que necesita (por ejemplo, 24 V de entrada y 5 V de salida)? Entonces lo más probable es que necesite un convertidor Buck.
- ¿Necesitas que la tensión de salida del regulador sea superior a la de entrada? Entonces necesita un convertidor Boost o Buck-Boost.
- ¿Su tensión de entrada es inestable y puede ser tanto superior como inferior a la tensión de salida que desea? Entonces necesita un convertidor Buck-Boost.