Reguladores de Voltaje

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1 eguladores de Voltaje J. Huircán Abstract Los reguladores permiten mantener el voltaje de la salida jo independiente de las variaciones de carga o ondulación de la entrada (ripple). Las características se especican a través del porcentaje de regulación. Los reguladores pueden ser tipo serie o paralelo, con o sin realimentación. Los reguladores de voltaje pueden ser implementados usando componentes discretos e integrados. Los elementos más importantes del regulador serán la referencia, basada en un zener, usada para jar la salida y el transistor regulador que permitirá proveer la corriente. ndex Terms Power Supply. NTODUCTON La mayor parte de los dispositivos electrónicos requieren de voltajes continuos para operar. Las baterías son una opción útil pero tienen un tiempo de operación limitado. Otra opción consiste en generar la fuente de alimentación utilizando la red de 0 volts alterno (0 MS). Esta tensión puede ser manipulada fácilmente usando un transformador y circuitos recticadores, los que sumados a un dispositivo regulador proporcionan diferentes valores de tensión. En este artículo, se analizarán los reguladores más simples, los cuales se irán modicando hasta obtener conguraciones más complejas y mejoradas. En la parte nal se analizan los reguladores basados en circuitos integrados (C), mostrando algunos métodos para aumento de la corriente de salida y protecciones. control que regula la tensión para dar una salida de régimen continuo. Los reguladores pueden ser tipo serie (el dispositivo de control se conecta en serie con la carga y para regular la salida en todos los casos debe absorber parte de la tensión de alimentación) o paralelo (regulador en derivación, el dispositivo de control está en paralelo con la carga y para efectuar la regulación, debe dejar pasar corriente en todos los casos). Cuando la corriente a través del dispositivo de control cae a cero, la acción de regulación cesa. A. equerimientos de un regulador Mantener la tensión de salida constante independiente de las uctuaciones de la entrada y la temperatura. Mantener la tensión constante de salida, a las exigencias de corriente de carga. El voltaje de salida no debe contener componentes alternos (ripple =0) La fuente debe poseer un sistema para limitar la corriente de salida (protección). El regulador mantendrá el voltaje sin carga (circuito abierto, no provee corriente), o a plena carga, entregando una corriente en la salida como lo indica la Fig.. El circuito no tiene una perfecta regulación, pues, no mantiene el voltage v oc mientras entrega corriente a la carga.. FUENTES EGULADAS El diagrama de bloques de un fuente estabilizada se indica en la Fig.. Fuente egulada i o =0 v o =v oc Fuente egulada i o = v o = ENTADA SALDA ECTFCADO FLTO EGULADO (a) (b) Fig.. Voltage de regulación. (a) Sin carga. (b) Con carga. Fig.. Diagrama de bloques de una fuente regulada. La misión del recticador es distorsionar la sinusoide de entrada para que su salida tenga una componente de continua. Mediante el ltro se rechazan en gran medida los armónicos de la salida del recticador pero por lo general, un vez ltrada la señal, suele permanecer una componente que se conoce como rizado o ripple. El regulador debe eliminar el ripple y por otro lado, debe poseer una impedancia de salida adecuada, con el n de que la tensión regulada a la salida se mantenga independiente de la carga, siempre que ésta varíe entre los límites exigidos del diseño. En en otras palabras, a la salida de la fuente de alimentación no estabilizada, se aplica a un dispositivo de Universidad de La Frontera Departamento de ngeniería Eléctrica. Ver..0. En un regulador ideal la diferencia entre el voltage de salida sin carga y el voltage de salida a plena carga es cero o sea v oc = 0. En la práctica es siempre menor. La variación entre ambos voltajes se conoce como regulación de carga, sin embargo, el porcentaje de regulación esta dado por (), mientras menor sea, mejor es la regulación. %regulacion = v oc 00 () Esta relación se dene con respecto a una condición de carga especíca, es decir para un dado. Como = L L, porcentaje de regulación se expresa el como Note que %regulacion = v oc () L L

2 v o voc egulación Perfecta egulación Típica o v oc o = L v o = L L (a) L o (b) (a) (b) Fig. 3. (a) Curva característica de una fuente de poder. (b) Circuito equivalente de un regulador con resistencia de salida. Fig. 5. (a) egulador Paralelo básico (b) mplementación práctica. o = v oc (3) L Corresponde a la resistencia de salida del regulador, mostrada en la Fig. 3b. En términos generales la salida de una fuente de tensión regulada es función del voltaje de entrada sin regular, (lo podemos llamar V N, voltaje no regulado), indicado en la Fig. 4, la corriente de carga y la temperatura. Fig. 4. Luego si max min Voltaje no regulado s v Comportamiento del voltaje no regulado (V N). v r = f( ; L ; T ) (4) Se denen los coecientes azón de estabilización (factor de regulación de entrada) Coeciente de temperatura S v = (5) S T = (6) T Cuanto más pequeños sean estos coecientes, mejor será la regulación de la fuente de alimentación. A. egulador básico paralelo. TPOS DE EGULADOES El regulador tipo paralelo es mostrado en la Fig. 5a. Cuando el voltaje excede el voltaje de ruptura del diodo, la corriente a través de éste se incrementa, luego el voltaje en el zener y en la carga se mantiene constante e igual al voltaje nominal del diodo zener, así =. En la práctica la fuente de corriente es un resistor, de acuerdo la Fig. 5b. Éste, se diseña para que el diodo esté correctamente polarizado y por lo menos circule la corriente t mínima bajo cualquier exigencia de carga, dentro de los límites especicados por el regulador. Las condiciones más exigidas serán: zmin, Lmax, min o para Lmin, zmax y max, luego = min Zmin LMax (7) En un diseño práctico se especican los requerimientos de potencia de tal forma que ésta pueda ser manejada por los elementos utilizados. Habitualmente, la corriente mínima de un zener varia entre y [ma], pudiendo usarse dicho valor. Una condición adicional establece que zmax = 0 zmin ; reemplazando en la ecuación (7), la corriente máxima que circulará por el diodo zener será zmax = LMin (V z min ) LMax (max V z ) min 0:9V z 0:max (8) Esto SÓLO permite estimar la corriente máxima que circula por el zener. Conciendo la potencia del zener, puede determinarse la corriente máxima de éste, luego zmin = 0:Pz, dicha corriente evidentemente será mayor que la mínima real pero permite establecer un rango para asignar los valores. La desventaja del regulador básico es que al quedar sin carga, el zener debe absorver toda la corriente, por lo tanto, si la corriente máxima requerida por la carga es mayor que la que soporta el zener, éste se quema. B. egulador Básico Serie El regulador serie soluciona el problema del regulador paralelo incorporando un transistor (de potencia) como se muestra en la Fig. 6. Aquí, la corriente que absorve el diodo zener no es la que no quiere la carga L, sino la que no desea la base del transistor. Note que la corriente de carga es la corriente que circula de colector a emisor, luego L B. Esto implica que el valor máximo que podría circular por la base del transistor es la corriente Lmax dividida por el del transistor. Luego en el caso en que la carga no requiera toda la corriente, por el zener sólo podría circular como máximo una fracción de la corriente de la base. El circuito funciona de la siguiente forma: La tensión debe mantenerse ja ante variaciones de la corriente de carga (sólo bajo el rango de diseño). El diodo zener proporciona la referencia de voltaje al cual debe permenecer el regulador,. Siempre debe estar polarizado adecuadamente, a lo menos debe circular zmin.

3 3 L L C L L (a) (b) Fig. 7. egulador serie alternativo. Fig. 6. (a) egulador serie. (b) mplementación práctica. Si existe un incremento de la corriente de carga L (por disminución de L ), esto implica una disminución del voltaje, entonces el voltaje aplicado v be = aumenta, lo que lleva a un incremento de la corriente de base. Finalmente aumenta la corriente de colector, restaurandose del original. Si existe un disminución de la corriente de carga, crece, luego disminuye B, lo que lleva a una disminución de la corriente de carga L, disminuyendo. El resistor se debe diseñar para que por el diodo zener circule la corriente mínima necesaria para que se polarice adecuadamente. Además, Bmax proporciona la corriente de carga máxima ( Lmax ). Así C. egulador Básico ealimentado Los reguladores anteriores no son adecuados cuando se requiere una tensión de salida extremadamente precisa, dado que: La tensión de salida es establecida por el diodo zener, luego no existe posibilidad de ajuste. Los circuitos revisados no tienen ningún tipo de control interno para que cuando la tensión de salida disminuya o aumente por cualquier causa, se produzca un proceso de realimentación que permita que la tensión permanezca constante. En la Fig. 8 se muestra un diagrama de bloques de un regulador realimentado. Luego Lmax = Bmax (9) = zmin Bmax (0) VN Transistor egulador Amplificador Detector de Sensor Error Error Z L = min = min z min B z min L max () En la práctica se puede considerar zmin = 0: zmax. El transistor utilizado de complir con los requerimientos de potencia adecuados. La potencia disipada en un transistor BJT se dene P D = v CE c B v BE v CE c () De acuerdo a lo planteado ( max ) L max < P D (3) La diferencia entre el voltaje entrada máximo y el voltaje de la carga multiplicada por la corriente de colector no debe superar la potencia del transistor. El regulador de le Fig.7, es una variación del egulador serie, para esta situación se establece que = min z min L max (4) Se dene =. El capacitor hace que la corriente sea constante. El regulador serie funciona en base a un tipo de realimentación, pues la salida tiene efecto sobre las variables de entrada, sin embrago no está clasicado como regulador realimentado. Fig. 8. Voltaje de eferencia egulador básico realimentado. Este regulador funciona como sigue: Supongamos que por cualquier causa la tensión de salida tiende a aumentar (disminuir), la salida del sensor aumenta (disminuye), luego la salida del detector de error disminuye (aumenta), luego esta salida es amplicada por el detector de error y es transmitida por el transistor regulador a la salida, que consecuentemente decrece, nalmente la salida del regulador tiende a mantenerse constante. Los bloques transistor regulador, sensor y tensión de referencia permanecen prácticamente inalterados de un circuito regulador a otro. La principal diferencia entre estos circuitos es el amplicador de error, el que puede implementarse con un transistor, un par diferencial o un amplicador operacional. El circuito de la Fig. 9, es un regulador realimentado con componentes discretos sin limitador de corriente. Si disminuye, debido a un aumento de la corriente requerida, entonces el voltaje de la juntura b-e de disminuye, haciendo que la corriente en el colector de disminuya, es decir, extrae menos corriente de la base de, permitiendo así que un porcentaje más grande de la corriente que circula por 4 excite a (en la base), activándolo más en el estado de conducción.

4 4 v o 4 3 V = ef v L β Fig.. egulador ealimentado usando AO. Fig. 9. egulador práctico ealimentado. D. Limitador de corriente Establece una realimentación negativa cuando la corriente de carga sobrepasa la máxima especicada por el regulador, manteniendo la corriente de carga constante aun cuando la resistencia de carga sea menor al mínimo requerido por las especicaciones del regulador. En esta última situación el circuito ya no funciona como regulador, puesto que la tensión de salida no puede permanecer constante, sino que decrece conforme la resistencia de carga disminuye. Cuando la corriente de carga excede el máximo permitido, se genera una caída de tensión en la juntura b-e de, logrando que dicho transistor conduzca, luego disminuye la corriente que excita la base de, haciendo que la corriente de carga disminuya. Luego se diseña de tal forma que cuando la corriente de carga aumente en forma excesiva, el transistor comience a conducir. VN Limitador de corriente Como en al AO se cumple que v = v, entonces De esta forma = v o (6) v o = (7) Note que v o puede ser mayor que la referencia, habitualmente se diseña y, conociendo la tensión en la salida y el voltaje zener. El resistor se diseña para la peor condición, es decir min y z min. El transistor se elige de acuerdo a la corriente necesaria requerida. Note que el transistor está siempre en zona activa. Si se necesita más corriente se puede usar un par Darlington y además puede tener un limitador de corriente como se muestra en la Fig.. v 3 sc L Fig. 0. Limitador de corriente La resistencia se diseña como Fig.. egulador con AO, par darlingon y limitador de corriente. = v BE( ) L max (5) Esto asegura que comienza a conducir cuando la corriente de carga sobrepasa el máximo permitido. E. eguladores ealimentados Utilizando AO La conguración a nivel de bloques de un regulador con AO es idéntica la de un regulador con componentes discretos, sólo cambia la etapa de detección y amplicación de error, la cual es realizada por el AO. Para diseñar este regulador en forma apropiada se requiere la referencia proporcionada por un zener, una red de realimentación. El funcionamiento es idéntico a cualquier regulador realimentado. En la Fig., el bloque un simple divisor de tensión, note que en este caso se esta comparando y sensando tensión a la vez. La diferencia de tensión excitará al transistor. V. EGULADOES NTEGADOS (C) En la actualidad existe gran variedad de circuitos integrados (C) reguladores, de características jas o ajustables, los cuales son muy versátiles, de fácil uso y de bajo costo. El diagrama de la Fig. corresponde a un circuito integrado monolítico (muy simplicado) de la serie 78XX, el cual es una familia de reguladores positivos de valores jo, note que es un circuito realimentado y con limitador de corriente, además tiene una salida en emisor común, para proveer más corriente. Este regulador posee un amplicador diferencial ( y ) que compara el voltaje de zener con el voltaje proporcionado por el par.(que es la red de realimentación). Los transistores 4 y 5 forman el transistor regulador. La etapa de protección contra sobre corriente es realizada por 3 y la resistencia 5. El funcionamiento es exáctamente igual que el de un regulador de voltaje realimentado.

5 5 C p A. eguladores positivos y negativos En la mayoría de los casos los reguladores positivos son usados para regular tensiones positivas (ídem para los reguladores negativos), sin embargo, dependiendo de los requerimientos de tierra del sistema cada regulador puede ser usado para tensiones opuestas a las diseñadas. D Fig XX Esquema de un egulador ntegrado simplicado (78XX). Las fuentes de corriente e proveen la polarización adecuada tanto para D, como para el amplicador diferencial. En este diagrama el zener sólo representa una referencia, habitualmente este circuito puede ser más complejo. El voltaje de entrada (no regulado) ingresa entre los terminales -3 y el voltaje de salida se obtiene entre los terminales -3. La tensión de salida depende de la relación de las resistencias de la forma = (8) Para determinar esta expresión, podemos ignorar 3, pues no estará activo mientras no circule una corriente mayor a la corriente máxima en la salida. La caida de tensión en 5 puede considerarse despreciable ( Por qué?), luego la tensión en la base de es: v BE = (9) Puede considerarse ese valor pues, el amplicador diferencial debiera tener una resistencia de entrada muy alta. El mayor o menor voltaje de diferencia hará que por el colector de circule mayor o menor corriente, esto implica que la corriente de base de 4, aumentará o disminuirá si el voltaje aplicado en la base de baja o sube. El transistor 3 con la resistencia 3 forman el el limitador de corriente. V. ESPECFCANDO EGULADOES NTEGADOS Existen 5 tipos de reguladores lineales básicos: Positivo, negativo, salida ja, tracking (seguimiento) y salida otante. Cada uno de ellos tiene su característica y uso especial, pero su selección dependerá de las necesidades del diseñador, prestaciones y costo. 3 B. eguladores de 3 terminales con salida ja Son muy simples de usar y muy baratos, se encuentran disponibles para distintos valores de voltaje, tanto positivos como negativos. Tienen las siguientes ventajas: Fácil uso, proteccion interna contra corriente, no requiere circuitos adicionales para el ajuste, bajo costo. Sus desventajas son: Su salida no puede ser ajustada con precisión, disponibles sólo para algunos valores de salida de voltaje y corriente, la obtención de grandes corrientes en la salida es más dicil de obtener con este tipo que al usar otros reguladores. C. eguladores de 3 teminales con salida ajustable Son muy simples de usar, exibles y sus rangos de voltaje pueden variar entre : a 40[V ] mediante la incorporación de dos resistencias externas y la corriente varía entre 00 [ma] a 3:0 [A]. TABLE EGULADOES NTEGADOS. Serie del egulador LM78XX LM79XX LM37 LM337 Valor eguladores positivos Fijos eguladores negativos jos egulador Ajustable positivo egulador Ajustable negativo D. Seleccionando un egulador ntegrado Una vez decidido el regulador, el siguiente paso es especi- carlo. Para suministrar corrientes mayores a las que usualmente entregan los reguladores monoliticos (C), se requerirá de lo que usualmente se llama un Boost Transistor. Esto puede complicar las tareas de diseño y además pueden existir muchas alternativas y soluciones. Desafortunadamente no existe un una receta que explique paso a paso como determinar cual es el regulador exacto para un determinada aplicación. El circuito que resulte, deberá estar de acuerdo a un compromiso de los siguientes parámetros: endimiento, costo, tamaño y complejidad. El siguiente procedimiento puede ser sugerido: Seleccione un regulador que exceda sus requerimientos, para regulación de línea y para regulación de carga, TC (Temperature Coecient) del voltaje de salida y rangos de temperatura ambiente. Debe considerar también las capacidades del regulador desde el punto de vista de voltaje de salida, corriente de salida, SOA (Safe Operation Area) y sus características especiales. Seleccione el circuito de acuerdo a los requerimientos adoptados. ealice los diseños preliminares de acuerdo a las conguaciones elegidas. En base a parámetros como costo, complejidad y tamaño elija la más adecuada.

6 6 V. ELEMENTOS DE PASO SEE PAA EGULADOES LNEALES La mayoria de los reguladores integrados de voltaje (C) manejan rangos de corriente entre 00 [ma] y 3:0 [A]. Si es requerida una corriente más grande o el regulador no posee una área de seguridad de operación (SOA, safe operating area), es necesaria la incorporación de elementos de paso adicionales. En este apartado se muestran y analizan diferentes conguraciones, especicaciones, técnicas para limitar la corriente que deben ser consideradas para elementos externos de paso. h F E La mínima ganancia de corriente continua (DC) está dada por h F E Cmax ( ) B max ( CE = ( v o ) (3) Para algunos transistores existen ciertas combinaciones de V CE e C en las cuales pueden operar con seguridad, si se realiza el gráco de V CE e C, es posible obtener la región de llamada SOA mostrada en Fig. A. Usando transistores PNP Si el C regulador no tiene sensor de carga externa, puede ser usada la conguración de la Fig.. C c max P D max V s Elemento serie de paso V CE() C() V CEO B() V in C egulador V o O Fig. 5. Area de operacion segura del transistor. V CE BAS Fig. 4. egulador integrado con elemento de paso. El resistor proprociona la corriente de polarización ( BAS ) para el regulador integrado, en conjunto con la corriente de la base de. Si este resistor no es incluido, la regulación se perderá para bajas corrientes de salida ( es una pequeña fuente de corriente). El valor de debe ser lo sucientemente bajo como para no afectar el funcionamiento del regulador en operación normal, sin embargo, cuando la corriente máxima es requerida, la caída de voltaje en la base de, lo hace conducir, proporcionando una corriente adicional, la cual incrementa o. El valor de esta dado por 0 < V BEON( ) BAS (0) C. Técnicas de limitación de corriente Para estos reguladores, al igual que los construidos enteramente con componentes discretos, es posible diseñar algunos limitadores de corriente muy sencillos. El diseño de sc dependerá de la máxima corriente que se requiera del regulador, se diseña para que entre los terminales b-e de 3 se apliquen 0:6 [V ] : V s 3 sc Elemento serie de paso V CE() B() V in BAS C() C egulador Vo O B. Especicando los elementos de paso ndependiente de la conguración utilizada, el o los transistores utilizados como elementos de paso deben tener los valores adecuados para satisfacer Cmax, V CEO, h F E, disipación de potencia y SOA. C(max) Fig. 6. egulador integrado con trnasistor de paso y limitador de corriente. SC = V BEON ( 3 ) SC (4) V CEO Cmax o Bmax () V CE es igual a (max) cuando la salida está en cortocircuito o durante la partida. V CE() (max) () V. CÁLCULO DE CAPACTOES Para el cálculo de los condensadores que sirven de ltro, se deben considerar el tipo de recticador (media onda o de onda completa), Los condesandores de ltrado, se encuentran ubicados entre el recticador y el regulador Su comportamiento se basa en el hecho de que el condensador almacena energía durante el periodo de conducción,

7 7 Fig. 7. ENTADA ECTFCADO C D v i (t) = V sen( π m 50 t ) C FLTO v (t) o EGULADO Condensador ltro recticador de media onda. Carga egulador carga liberando dicha energía sobre la carga, justamente en el periodo de no conducción. Cuando el condensador C es sometido a una señal proveniente de un recticador de media onda, éste se cargará de acuerdo a la señal, sin embargo, cuando la señal cambia de pendiente, el diodo queda polarizado inverso, deja de conducir y el condensador se descarga a través de L, hasta que nuevamente el diodo conduzca. Fig. 8. v o(t) V m t / L C v (t) = V o m Curva v o(t) de un recticador de media onda. f La variación del voltaje en el condesador se llama ripple (ondulación), la cual depende de la corriente ; pues, si ésta aumenta, L disminuye, por lo tanto la constante de tiempo de descarga será más pequeña, lo que implica que la curva exponencial cae más rapido incrementandose el ripple. Si la constante de tiempo L C es muy grande comparada con el periodo de señal de entrada, el ripple producido será pequeño. Cuando la constante de tiempo es grande se puede aproximar la corriente media a Vm L. En un diseño típico se puede considerar que el voltaje contínuo es aproximadamente igual a V m, tomando en cuenta la corriente máxima requerida, se estima el valor de L. Ahora, si se especica el ripple, se determina el valor de C considerando que la variación de la carga, está dada por la variación de voltaje en el capacitor, es decir del ripple, v r. Sea la variación de la carga e v r = Cv (5) Considerando que la variación de la carga ocurre en un tiempo igual al periodo de la señal del recticador y la variación de voltaje corresponde a v r, se tiene Pero si = Vm L = C v r (6) t T = Cv r f (7) t C = v r f = V m L v r f (8) Para un recticador de onda completa se debe considerar una frecuencia f. De acuerdo a () mientras más grande la capacidad, menor será el ripple, así la constante de tiempo C aumenta y la carga de C debiera ser más lenta. Por otro lado, si C es muy grande, la impedancia equivalente es muy pequeña, luego en paralelo con la corriente se incrementará demasiado pudiendo producir la destrucción de los diodos, si el transformador es de gran potencia. El instante en el cual se produce el incremento de la corriente es cuando el condensador se empieza a cargar, si este proceso es lento, los diodos estarán sometidos a una alta corriente demasiado tiempo. Example : Sea el voltaje igual a [V ] MS y la corriente requerida de 00[mA], considerando la caída en el diodo de 0:7 [V ] de un recticador de media onda, el voltaje máximo al cual estará sometido el condesador será de Luego, calculando = V m = p 0:7 6:7 [V ] (9) V m 6:7 [V ] = = 6 [] (30) 00 [ma] 00 [ma] Considerando ahora un ripple de [V ] y como la frecuencia de la red corresponde a los 50[Hz], entonces C = 6:7 000 [F ] (3) 6 50 Lo que parece un valor aceptable si se quiere tener un ripple de cerca del 9%, ahora si la corriente requerida fuera menor, por ejemplo 5[mA], manteniendo el ripple, se determina un valor para el condensador de C = 6:7 = 50[F ] (3) El que se aproxima a un valor estándar de 330[F ] o 0[F ]: Si la corriente requerida es mayor, evidentemente el valor de debe ser menor, haciendo que el valor de C se más grande para mantener el ripple. Por ejemplo, si la corriente requerida igual a [A], entonces la capacidad aumenta 0000[F ]. Si el ripple requerido es más pequeño, estonces, C debería ser más grande. Considere que se está trabajando con un recticador de media onda. En la práctica, la elección del ripple debe considerar el voltaje y la corriente requerida en la carga, y luego el voltaje mínimo requerido por el regulador que permita matener el voltaje y la corriente en la salida, es decir, el ripple debe ser tal que el min sea suciente para que el regulador funcione. V. DSEÑO DE EGULADOES Example : Diseñar un regulador paralelo simple para una corriente máxima de 50 [ma] y un voltaje de 5 [V ], considere que le voltaje no regulado es 0 [V ]. Especique el diodo adecuado y la potencia de la resistor. Considerando los datos min = 8[V ]; Lmax = 50[mA]; = 5[V ]. Para determinar cual es diodo sener

8 8 correspondiente, éste debe tener el voltaje apropiado y soportar la corriente que en la peor situación será levemente superior a la máxima requerida ( Por qué?). De acuerdo al circuito de la Fig. 5b, podemos usar la ecuación (7), considerando el diodo de 5:[V ]; N53; se tiene = min 8 5: = (33) Lmax zmin 50 [ma] zmin Como no se conoce el valor de zmin del diodo, se recurre a la hoja de especicaciones del diodo. TABLE PAÁMETOS DODO ZENE. Z Tipo V znom[v ] Tol V z[] z% z[ma] N TABLE PAÁMETOS DODO ZENE CONT. [ma] [V] P D [mw ] 5 o C De la tabla se observa que no existe ningún parámetro llamado zmin, se tiene, z y P D, de acuerdo a esto se puede usar zmin = P D 0 = 500[mW ] 0(5:) = 9:809 [ma] y luego obtener la corriente mínima, sin embargo, este valor puede resultar mayor que el z estándar de o [ma]. Por otro lado, esto nos da un margen bastante amplio de seguridad para el diseño. En el caso de dar un valor muy superior a z, podría considerarse como éste o una fracción, pero el regulador siempre quedaría sobre dimensionado. = 8 5: = :6 [] (34) 50 [ma] 9:809 [ma] Este diseño aparentemente se ve bien, pero ocurre la siguiente situación: Cuando el sistema opera en vacío (sin carga), toda la corriente circulará por el diodo zener, que corresponde a 60[mA] aproximadamente, de acuerdo a las características de potencia, el diodo sufriría un severo daño. Una solución sería poner una carga mínima y la otra cambiar el zener. Se podría repetir el diseño con el diodo N4733 ( [W ]). Otro criterio sería considerar lo que por lo general ocurre, esto es, la corriente mínima de un zener de [W ], tiene un valor que uctúa entre y [ma]. Luego este valor puede establecerse como corriente mínima. = 8 5: = :5 [] (35) 50 [ma] [ma] Como el valor obtenido es muy similar, el comportamiento del regulador, si éste queda sin carga, perjudicará seriamente al diodo zener. N54B, es un zener de [V ], con P D = 500 [mw ]. Necesitamos conocer el h F E del transistor para poder diseñar la fuente de corriente (el valor de ). Si se revisan los datos se puede elegir el valor mínimo h F E = 40, con esto nos aseguramos que al menos debe entregar la corriente solicitada. Como la diferencia de potencial en la resistencia es pequeña y la corriente es pequeña, la potencia no es grande (determine el valor). Otro elemento importante es saber cuanto voltaje es capaz de soportar el transistor entre colector y emisor.i B max Luego = i E = ( ) i B (36) i B max = max 4 = = 48:8 [ma] (37) 4 Considerando un zmin = P D 0 = 500[mW ] 0() = 4:6 [ma], así, i = i Bmax i zmin = 53 [ma] = :5 [V ] [V ] 53 [ma] = 9:43 [] (38) Si se usara el criterio de usar una izmin de o [ma], el diseño no varía mucho. Tomando en cuenta que la potencia del transistor es de 0[W ], se determina que el transistor debe soportar ( max ) = (7:5 ) = [W ] (39) Un buen ejercicio consiste en repetir el diseño con el zener N474, evaluar la potencia del transistor y recalcular todo, considerando que el voltaje no regulado es 5 3 [V ]. X. CONCLUSONES Los reguladores de voltaje son sistemas que permiten mantener un voltaje jo en la salida independiente de la corriente requerida por la carga. Estos pueden ser tipo paralelo o serie. Si se requiere mayor precisión, el regulador puede ser realimentado, con lo cual también se podría obtener reguladores ajustables (voltaje de salida variable). Para el diseño de reguladores se debe conocer el voltaje y la corriente máxima requerida así como la ondulación de la entrada. Esto servirá para especicar el elemento de referencia, el transistor regulador (en el caso de requerirse corrientes sobre [A]) y si este ha de ser ajustable o no. Example 3: Diseñe un regulador serie para [V ] y [A], seleccione además el transistor adecuado para dicha corriente. Suponga un voltaje no regulador de 5 :5 [V ]. El requerimiento de corriente amerita el uso de un transistor de potencia. Para este ejemplo usaremos un N3055. El